单片机的多路温度采集系统

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;单片机目录1 引言 (1)2 硬件部分设计 (1)2.1 系统总体框架结构 (1)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 (4)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 (5)2.5 报警系统的设计 (6)2.6 系统的电源设计 (6)3 系统软件设计 (7)3.1 温度检测程序设计 (7)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 (13)附录2：电路原理图 (18)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。

2 硬件部分设计2.1 系统总体框架结构图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8051温度采样电路显示 电路 报警 电路A/D 转 换电路电源 电路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I 0；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℃；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AD590R 1R 2500K+9V321411U1ALM32457U1B 1098U1CLM324R 5R 6R 71KR 81KIN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714ls b2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A 25IN-64ADD-B 24ADD-C 23IN-75ALE22ref(-)16ENAB LE 9START 6ref(+)12C LOCK 10IC 3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。

图4 温度采样输入电路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，clkf 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，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

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。

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。

图6 键盘电路表1 S 键对应的通道数R 310K R 410K R 510KR 210K VCCS1SW-PB S2SW-PB S3SW-PB S4SW-PBP 1.4P 1.3P 1.5P 1.6S4 S3 S2 对应通道数0 0 0 #00 0 1 #10 1 0 #20 1 1 #31 0 0 #41 0 1 #51 1 0 #61 1 1 #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。

图7 SR410561K数码管外形及电路符号2.4.2 LED显示电路设计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。

图8 串行动态LED 扫描电路2.5 报警系统的设计图9 报警系统的电路图报警系统的电路图如图9所示。

报警是单片机控制系统的一项重要功能，主要用于保证设备正常运行和安全等。

在工作过程中控制系统实时检测环境温度，当超出允许范围时，控制系统便会发出报警信号，引起操作者的注意以便采取相应的处理措施。

2.6 系统的电源设计A 1B 2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C LK8M R 974LS164TXD R XDP10P11V1V2V3+5Va b f c g deD PY269111238a b c d ef g 10dpdpa b f c g dedpa b f c g de dpS E G 11S E G 24S E G 35P12Q5PNPR 224K7+5VR LED P17稳压电源是单片机测控系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。

近年来，传统的线性稳压电源正逐步被高效率的开关电源所取代。