电气控制与检测技术课程设计

电气控制与检测技术课程设计

院校：沈阳农业大学

学院：信息与电气工程学院

专业：06电气工程及其自动化

学号：

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设计一：

智能温度测量系统

摘要:在现代化的工业生产中,温度是常用的测量及被控参数。采用51 单片机来对温度进行测量,不仅控制方便、组态简单灵活,还能够大大降低成本。据此介绍了一种温度传感器选用AD592、单片机选用A T89C52 的温度测量系统,并详细介绍了该系统的硬件电路及软件设计。该系统的温度测量范围为-25℃－+105℃,可以精确到一位小数,体积小、成本低、工作可靠,可适用于工业场合及日常生活中。

关键词:温度测量;温度传感器;单片机;硬件电路;软件设计

本文介绍了一种温度传感器选用AD592、单片机选用AT89C52 的温度测量系统。该系统的温度测量范围为-25℃－+105℃,可以精确到一位小数,可适用于工业场合及日常生活中。

1系统结构

1.1整流电路

考虑到供电电源是220V交流电，而本系统需要低压直流电，所以要经过整流电路才能给系统提供稳定的直流电，其电路图如下：

1.2测温系统

本测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、A/ D转换电路、单片机系统、温度显示系统构成。其基本工作原理:温度传感器电路将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路,与温度值对应的电压信号经放大后输出至A/ D转换电路,把电压信号转换成数字量送给单片机系统,单片机系统根据显示需要对数字量进行处理,再送温度显示系统进行显示。

本测温系统的原理框图。

2 硬件电路设计

附件所示为该系统的硬件电路图。

2. 1 温度传感器电路

AD592 是ADI 新推出的一种电流输出式模拟集成温度传感器。

主要特点如下:

(1) 测温精度高。在单电源供电时, 测量精度最高可达±013℃(典型值)。测量范围- 25～ 105℃。重复性误差和长期稳定性均小于±011℃。

(2) 是两端集成温度传感器, 外围电路简单。在常温测量领域中, 可取代电热调节器、电阻式温度检测器、热电偶和PN 结等传统的温度传感器。电流温度系数仍为1uA／K。

(3) 输出阻抗高, 互换性很强。

(4) 电压范围4～ 30V。即使供电不稳定或者在反向电压高达20V 时, 也不会损坏芯片。技术性能描述：

测温范围: -25℃－+105℃

分辩率: 0.1℃

测量精度: ±0.3－±2.5℃

线性度: 0.15℃ max(0℃－+70℃)

输出接口: 模拟信号,

封装特性: 不锈钢管密封，防水、防腐蚀

工作电源: +4V－+30V

2. 2 信号放大电路

由于温度传感器AD592 输出的电压较低,如果不进行放大直接进行A/ D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。系统中选用通用型放大器对AD592 输出的电压信号进行幅度放大,还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。系统采取同相输入,电压放大倍数为5倍,电路图如图所示。

2. 3 A/ D 转换电路

A/ D 转换电路选用8 位AD 转换器ADC0809。ADC0809 是CMOS单片型逐次逼近式A/ D 转换器,可处理8 路模拟量输入,且有三态输出能力。图中运算放大器的输出电压Vo 送入AD670的模拟通道IN0。单片机A T89C52 控制AD670的开始转换、延时等待A/ D 转换结束以及读出转换好的8 位数字量至单片机进行处理。

2. 4 单片机系统

单片机选用的是ATMEL 公司的A T89C52 ,主要完成对A/ D转换电路的控制、对转换后的数字量的处理以及对显示模块的控制,并且为ADC0809 提供工作时钟。同时AT89C52 外接锁存器74LS373 ,对A T89C52 的P0口的地址信号进行锁存。74LS373 的Q2 , Q1 , Q0 接ADC0809 的C ,B ,A ,实现对模拟通道的选择。AT89C52的晶振选择3 MHz , 则其AL E 引脚的输出频率为015 MHz ,小于ADC0809 的时钟频率最高值640 kHz ,正好为其提供工作时钟。其具体连接电路如附图所示。

2. 5 温度显示系统

该温度显示系统较为简单,由可编程并行输入输出芯片8255A 的A ,B ,C端口外接3 个8 段L ED 显示器来实现。A T89C52 的P216 为8255 提供片选信号,74LS373 的Q7 ,Q6 接825的A1 ,A0 ,可得到8255的A ,B ,C及控制口的地址为BF3FH ,BF7FH ,BFBFH ,BFFFH。AT89C52处理好的温度数据输出至8255 ,并由A T89C52 对8255编程控制其A ,B ,C端口输出高电平或低电平,以便从8段L ED显示器显示实际温度。8段LED显示器选用共阳极,8255 的A ,B ,C端口与8段L ED显示器之间接限流电阻,图2中只画出了PA口,PB ,PC口的接法类似[2 ,3 ]。

3 系统软件设计

系统的软件部分用51汇编语言编程,采用模块化结构,主要由A/ D转换模块、单片机内部数据处理模块、温度显示模块等3部分构成,便于修改和维护。

3. 1 A/ D 转换模块

根据测量系统要求不同以及单片机的忙闲程度,通常可采用3 种软件编程方式:程序查询方式,延时方式和中断方式。本系统采用延时方式。延时程序实际上是无条件传送I/ O 方式,当向A/ D 转换器发出启动命令后,即进行软件延时,延时时间稍大于进行一次A/ D 转换所需要的时间,之后打开A/ D 转换器的输出缓冲器读数即为转换好的数字量。A/ D转换时间为64 个时钟周期,因为系统中ADC0809 的工作时钟为500 kHz ,故A/ D 转换时间为128μs ,延时时间可大致选择160μs。程序段如下:

为了使采样数据更稳定可靠,系统还采用了8 次采样平均值的方法以消除干扰。