基于51单片机的多路温度采集系统.pdf-资料库

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基于单片机的多路温度采集系统摘要：本文是以 MCS-51 单片机系统为基础的，通过热电阻的阻值随温度的变化而得到的模拟信号进行采集，连接多路模拟开关实现多路模拟信号的采集，并通过 A/D 转换器对模拟信号进行数模转换，把转换得到的数字信号按照顺序分别送入单片机或把指定的那路信号送入单片机，通过单片机进行控制操作。本文通过单片机报警系统来实现热电阻传感器测量的温度范围 -50-100 摄氏度，若超出这个温度范围则报警。以单片机为核心完成温度检测、数据处理 .显示及上下限报警功能。本系统设计简单，性能稳定，能够通过单片机灵活编程进行各种功能的设定和修改。关键词：A/D 转换器 ;热电阻 ;单片机 Abstract: It is based on MCS-51 one-chip computer system for this text to design, is it gather to go on through thermal resistance changer to analog signal that thermal resistance receive with change of temperature, join many way analog switch realize many way collection of analog signal , is it count through A/D converter to analog signal mould change to go on, Send digital signal received to change according to order into one-chip computer or designated those distance signal send into the one-chip computer separately, carry on control operation through one-chip computer. This text realizes 200~700 degrees Centigrade of temperature ranges that the thermal resistance sensor measure at the same time through the warning system of the one-chip computer, if beyond the scope of this temperature to report to the police. Regard one-chip computer as the core and finish temperature and patrol examining , data processing. Show and the warning function of upper and lower limits. Key words: A/D converter; thermal resistance changer; an one-chip computer 目录 1 引言 .............................................................................................................................. 1 2 硬件部分设计 .............................................................................................................. 2 i

2.1 系统总体框架结构 ................................................................................................... 2 2.2 温度采样输入电路 .................................................................................................... 2 2.2.1 温度采样电路 ........................................................................................................ 2 2.2.2 A/D 转换电路 .......................................................................................................... 3 2.3 键盘控制的设计 ....................................................................................................... 5 2.4 显示系统的设计 ....................................................................................................... 5 2.4.1 YH310401K 三位一体数码管 ................................................................................ 5 2.4.2 LED 显示电路设计 ................................................................................................. 6 2.5 报警系统的设计 ..................................................................................................... 7 2.6 系统的电源设计 ....................................................................................................... 7 3 系统软件设计 .............................................................................................................. 8 3.1 温度检测程序设计 ................................................................................................... 8 3.1.1 主程序的设计 ........................................................................................................ 8 3.1.2 定时器中断程序的设计 ........................................................................................ 8 3.1.3 数据采样程序的设计 ............................................................................................ 9 3.1.4 A/D 转换程序流程图 ............................................................................................ 10 3.2 LED 显示程序设计 .................................................................................................. 11 3.3 报警系统的程序设计 ............................................................................................. 11 总结 ................................................................................................................................ 13 附录 1：程序清单 ......................................................................................................... 14 附录 2：电路原理图 ..................................................................................................... 19 ii

1 引言温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、烘烤、煅烧、蒸馏、结晶、空气流动以及温度漂移等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量以及生活安全等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。本文是基于单片机的多路温度采集控制系统设计，其利用单片机作为系统的主要控制器，通过温度传感器检测环境温度信号，再经 A/D 转换后，将数字信号，送入到单片机中进行数据处理，经过一定的控制算法后，通过单片机的输出 I/O 口，来控制继电器的闭合，达到弱电控制强电的目的，从而实现对了对环境温度的调节。本人的主要工作是运用单片机作为主控制单元及数据处理单元，控制四个开关管的接通与闭合，从而实现输出电压的变化，并通过在输出端串接一段康铜丝对输出电流进行实时检测，并输出充退磁信号，以实现远程控制。 1

2 硬件部分设计 2.1 系统总体框架结构 8051 显示电路报警电路温度采样电路 A/D 转换电路电源电路图 1 系统总体框图如图 1 所示本系统以 AT80C51 单片机为基础，通过温度采样电路对环境温度采样，然后将采样后的模拟信号送入 A/D 转换器转换为数字信号后送入单片机，采样后的温度信息通过单片机控制显示电路进行输出，实时显示，同时当环境温度超过系统允许值时，报警电路工作，进行报警。 2.2 温度采样输入电路本文温度采样电路通过电流型温度传感器 AD590 采样，ADC0809 集成芯片作为 A/D 转换电路，并对多路输入信号进行选择。 2.2.1 温度采样电路（1）AD590 是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。其电路外形如图 2 所示，它采用金属壳 3 脚封装，其中 1 脚为电源正端 V＋；2 脚为电流输出端 I0；3 脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图 3 所示。图 2 AD590 的外形图 3 AD590 的电路符号 AD590 的主特性参数如下：工作电压： 4～30V；工作温度：－ 55～＋150℃； 2

保存温度：－ 65～＋175℃；正向电压：＋ 44V；反向电压：－ 20V；灵敏度： 1μA／K。（2）温度采样电路如图 4，在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于 AD590 为电流输出元件，它的温度每升高 1K，电流就增加 1μA。当 AD590 的电流通过一个 10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为 10mV，即转换成 10mV／K。图 4 所示是一个电流／电压和绝对／摄氏温标的转换电路，其中运算放大器 U1A 被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放 U1B 的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给 A2 的同相输入端输入一个恒定的电压（如 1．235V），然后将此电压放大到 2．73V。这样，A1 与 A2 输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。 U1C 是一个减法器将 A1 与 A2 相减后输出。 +9V AD590 R1 10K 11 2 3 R2 500K CW358 1.235V R3 1K U1A 1 LM324 U1B LM324 7 4 5 6 R4 1K 图 4 温度采样输入电路 R7 1K R6 1K 10 9 R8 1K U1C LM324 R5 1K 8 2.2.2 A/D 转换电路 ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、 8 个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态地址锁存器。启动信号为脉冲启动方式，最大可调误差为 1LS。ADC0809 内部设有时钟电路，故 CLK 时钟需要由外部输入， clk f 允许范围为 500Khz-1MHz ，典型值为 640KHz。引脚结构： ADC0809 采用双列直插式封装，共有 28 条引脚。其引脚结构图如图 5 所示。 IN0-IN7: 8 条模拟量通道。 ADC 0809 对输入模拟量要求：信号单极性 ,电压范围是 0-5v，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模 3

拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 IC3 10 6 9 22 23 24 25 7 17 14 15 8 18 19 20 21 CLOCK START ENABLE ALE ADD-C ADD-B ADD-A EOC lsb2-8 2-7 2-6 2-5 2-4 2-3 2-2 msb2-1 ref(+) ref(-) IN-7 IN-6 IN-5 IN-4 IN-3 IN-2 IN-1 IN-0 12 16 5 4 3 2 1 28 27 26 图 5 ADC0809 引脚图地址输入和控制线： 4 条。 ALE 为地址锁存允许输入线 ,高电平有效。当 ALE 现为高电平时，地止锁存与译码器将 ADDA 、ADDB 和 ADDC 三条地址输入线，用于选通 IN0~IN7 上的一路模拟量输入。数字量输出及控制线： 11 条。START 为转换启动信号。当 START 上跳沿时，所有 ADC0808 内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间， START 应保持低电平。 EOC 位转换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 OE 为输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE=1,输出转换得到的数据； OE=0，输出数据线呈高阻状态。 D7-D0 为数字数出线。电源线及其他： 5 条。CLOCK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须有外界提供，通常使用频率为 500KHz 的时钟信号。 Vcc 为+5V 电源线。 GND 为地线。 Vref(+) 和 Vref(-)为参考电压输入，参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。本系统中 ADC0809 通过单片机程序选择多路输入中的一路模拟信号，并将将采样的模拟信号转换为数字信号送入单片机。 4

2.3 键盘控制的设计键盘按结构的不同可分为独立式按键和行列式键盘两类，每类按译码方式的不同又分为编码式和非编码式两种。本设计采用独立式按键方式，如图 6 所示，主要通过 4 个键，S1、S2、S3、S4 来实现指定显示某一电路，当 S1 断开时，为巡回检测电路，当 S1 闭合时，指定显示电路的通道数与 S2、S3、S4 的关系见下表 1。 VCC .3 1 P .4 1 P .5 1 P .6 1 P R2 10K R3 10K R4 10K R5 10K S1 SW-PB S2 SW-PB S3 SW-PB S4 SW-PB 图 6 键盘电路表 1 S 键对应的通道数 S4 S3 S2 对应通道数 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 “ 1’”表示键闭合， “ 0”表示键断开。 2.4 显示系统的设计显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。 2.4.1 YH310401K 三位一体数码管本文采用 YH310401K 三位一体数码管，如图 7 所示，采用 12 脚双列直插式封装， a-g、dp 为段引脚， SEG1-3 为位引脚，采用共阳结构。本文中的显示精度为一位小数点。 5

2.4.2 LED 显示电路设计图 7 SR410561K 数码管外形及电路符号 LED 的显示有静态显示方式和动态显示方式。在静态显示方式下， N 块显示器件都处于选通状态；每一块显示器件的段选线和一个 8 位的并行口相连，只要控制显示位的段选码，就可显示出相应的字幅。由于显示器件由不同的 I/O 控制，所以静态显示方式中的每一位都可以独立显示，在同一时刻每一位显示的字符可以各不相同。 LED 动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，有一个 8 位 I/O 口控制，而位选线则有其他的 I/O 口控制，通过程序控制，不断循环输出相应的段选码和位选码，由于人的视觉暂留效应，就可以获得视觉稳定的显示状态。本设计选用的是串行口动态扫描显示，其电路图如 8 所示。 74LS164 为串行输入 /8 位并行输出的移位寄存器。由于单片机输出的电流驱动能力较小，为此，使用了未级驱动三极管作为地址驱动。 TXD RXD 9 8 2 1 MR CLK B A 74LS164 13 12 11 10 6 5 4 3 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 2 6 9 11 12 3 8 10 f e a b c d e f 1 G g E dp S a g d b f c e dp 2 G E S DPY a b f c e dp g d 3 G E S a g d b c dp 1 4 5 P10 P11 P12 V1 V2 V3 图 8 串行动态 LED 扫描电路 +5V 6

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