温度采集与显示系统设计.docx

《温度采集与显示系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度采集与显示系统设计.docx（20页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、学号：和）速岑皮专业综合课程设计汇报题目：智能温度采集和显示系统设计专业：电气系通信工程班级：姓名：指导教师：崔雷英成绩：电气工程系2023年11月课程设计任务书学生班级：学生姓名：学号：08091310设计名称：智能温度采集和显示系统设计起止日期：2023年11月7日-2023年11月18日指导教师：崔雪英设计规定：某化工厂需要持续监测8个反应皤的温度，反应罐温度容许范围：10IC199C,假如温度低于下限或高于上限1,立即声光报警。己知：温度传感器的敏捷度均为IOmV/TC,并且温度为0时，传感器的输出电压为0V,工作电压为+5V。现场有较严重的50HZ工频干扰信号和随机干扰信号。功能：测

2、量误差05C,显示精度1C。按2S间隔轮番显示各通道温度和通道号；能通过按键选择显示任一通道的温度；系统具有自动零点校正和自动增益校正功能，上下限报警温度可以变化。摘要为了处理在某些温室测控系统中，数据显示方式单一,数据无法长期存储、调用，系统接口过于复杂0问题。在分折研究了目前国内、外温室测控研究现实状况，并结合目前最为热门0嵌人式系统,ARM处理器,单总线B温度传感器,提出了一种构造简朴、低功耗、以便实用的系统处理方案。本系统重要用于分布式智能型温室计算机测控系统中。近年来，电子电路开发应用领域的深化和集成电路工艺水平的发展为电子技术课程注入了新的内容，也为课程的试验、实训开拓了视野，发明

3、了条件。教师应深入钻研教材内容，涉猎有关知识，搜集应用信息，在做好理论教学和试验教学的同步精心构思实训方案，努力提高学生0综合应用能力。应当说运用基本电路设计应用电路是我们教学的基本目的和规定。尤其是对于高等职业技术教育来说因其自身是培养高等技术应用性人才，而实践教学体系是培养学生专业技能B重要途径，因而实践教学必须引起我们B足够重视。我们懂得实践教学有试验、实习、实训等环节，而实训内容确实定,详细方案的实行则至关重要。科学地安排实训环节,针对不一样0专业合理0布置实训题目这是指导教师颇费心机B过程,详细操作时规定我们必须精心构思,认真组织。温度检测与显示应用广泛，实现的措施也诸多，从简朴的水

4、银温度计到微机数据采集显示系统几乎无处不在。我们这里简介0系统是由模拟电路元器件，逻辑电路部件，存储器电路和时序电路综合搭建而成，它波及的知识几乎涵盖了电子电路课所有内容。目录1系统整体框图设计51.1设计原理51.2 系统框图51.3 系统总体阐明62系统硬件设计62.1 稳压电源设计61 .1.1稳压电压设计原理62 .1.2稳压电源设计电路72.2 传感器与多路开关的选择82.2.1传感器选用82. 2.2多路开关选择82.3信号处理电路设计102. 3.1减法电路103. 3.2放大电路123系统软件设计错误!未定义书签。3. 1系统主程序错误!未定义书签。3.2定期程序错误!未定义书

5、签。3.31ED显示程序错误!未定义书签。参照文献14自我评价15指导老师评语和成绩错误!未定义书签。1系统整体框图设计1. 1设计原理根据设计任务规定，本次课设的系统设计中应当包括如下7大模块：传感器部分、信号调理电路、A/D转换电路、单片机部分、声光报警部分、四位显示和拨码盘输入。由于给定时已知条件里面对于传感器已经给出了敏捷度这一指标，因此我选用了可以满足这一指标的PT1OO热电阻温度传感器，详细传感器设计本次课设中没有进行。信号调理电路重要由：数据选择器、陷波器、放大器和一种减法器构成，使用数据选择器是由于共有8路传感器输入信号具有共性且系统不规定同步采用处理，其中0-3和4-7分别可

6、以共有数据输入通道，节省系统硬件成本，同步是系统简洁明了。A/D转换电路采用8位ADCO809芯片来实现A/D转换，其中只有两路输入。显示部分采用4为1ED显示，一位显示代表反应罐的号数，此外3位表达对应反应罐的温度。键盘部分重要是用来设定温度范围，采用拨码盘来实现。声光报警部分由一种显示灯和蜂鸣器构成，在温度超过正常范围时进行自动报警。系统的关键是单片机部分，重要是将A/D转换来的数据进行分析，正常就输出显示；异常就进行声光报警；同步进行系统其他部分的控制与调整，使整个系统正常工作。12系统框图按照上面B本来阐明，详细B系统框图如图1.1所示。2111Z以!几1.3系统总体阐明由于系统精度规

7、定分别是0.5和0.3,因此必须对传感器采集的信号进行放大处理，由于系统给定日勺传感器敏捷度均为IOmV/C,系统给定0温度值分别是Io1C199C和30C-349,因此输出电压分别为1.01VT.99V和3.01V-3,49V,这样放大倍数最多2.5倍，由于50Hz0工频信号的干扰，达不到规定0精度。为了处理这一问题，设计中采用两个减法电路，分别减去Iv和3V,然后再分别放大5倍和10倍，这样就完全可以到达系统需要的精度，也可以被采样，只需要在单片机处理程序里面分别在输入数据上重新加上IV和3V即可。由于系统08个反应罐B温度传感器输出值分为两组，因此多路开关（数据选择器）采用双四选一的芯片

8、741S153来进行传感器选择，背面的减法电路、陷波器和放大电路都是两路。一路放大5倍，一路放大10倍。这两路的最终输出信号进入ADC08090两个输入端进行A/D转换。根据系统设计规定，采用4位七段1ED来显示反应罐号码和对应的温度，反应罐号码是由单片机控制循环控制显示，同步系统的温度采集也是对应于此进行0,3位1ED显示反应罐0温度，必将进行取整处理，这是由软件编程来实现。此外，根据系统需要还设计了键盘输入和声光报警装置，来实现对反应罐上下限温度值的设定和超过上下限温度的自动报警显示。尚有一种不得不提0部分是稳压电源的设计，由于系统芯片需要供电，同步减法电路中需要IV和3V0电压作为基准B

9、电压进行运算处理，因此设计中专门设计了稳压电源，可以将220V工业电压，转换成系统需要的稳压直流电压。2系统硬件设计2.1稳压电源设计2.1.1 稳压电压设计原理电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值。交流电通过二极管整流后，方向单一了，不过大小（电流强度）还处在不停变化之中。这种脉动直流一般不能直接用来给集成电路供电，而是要通过整流电路将江流点变为直流电压。由于此直流电压还具有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。滤波的任务就是把整流器输出电压中的波动成分尽量的减小，改导致靠近稳恒的直流电。不过这样的电压还随电网电压波动（一般有10%左右0波动），负载

10、和温度0变化而变化，因而在整流滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路日勺作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压0稳定。稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分构成。变压器把市电交流电压变为所需0低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定0直流电变为稳定0直流电压输出。2.1.2 稳压电源设计电路根据以上理论分析，设计0稳压电源如图2.1所示。图2.15V稳压电源电路工作原理：图中为TR1电源变压器，它0作用是将交流电网电压220V变为整流电路规定的交流电压V2=2sinwt,四只整流二极管D1-D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。先计算文献参

11、数：二极管DI、D3和D2、D4两两轮番导通B,因此流经每个二极管的平均电流为:二极管在截止时管子两端承受0最大反向电压可以从图3.1中看出。在V2正半周时DI、D3导通，D2、D4截止，此时D2、D4所承受的最大反向电压均为V2B最大值，即w=同。同理，在V2B负半周，DUD3也承受到同样大小0反向电压。桥式整流电路的有点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同步由于电源变压器在正负半周内均有电流给负载供电，电源变压器得到了充足0运用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。滤波电路：我们采用电容滤波电路。由于本课设中为小功率电源，初始时电容器两端

12、初始电压为零，接入交流电源后，当V2为正半周时，通过DI、D3向电容C充电;当V2为负半周时,通过D2、D4向电容C充电。充电时间常数为算二%C。此M包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D正向电阻。由于Rim一般很小，电容器很快就到达了交流电压0V20最大值0四。由于电容器无放点回路，故输出电压保持在应V2,输出为一种恒定的直流。2.2传感器与多路开关的选择2. 2.1传感器选用在本次课程设计的任务规定中，明确了传感器的辨别率为IOn1V/C。因此，我在设计中选用了PT1OO专业温度传感器，Pt1OO是伯热电阻，它的阻值会伴随温度0变化而变化。PT后的100即表达它在Oc时阻值为100欧姆，在1

13、00时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT1OO在0摄氏度的时候他B阻值为IOO欧姆，它的阻值会伴随温度上升而成匀速增长的。至于温度传感器的工作使用原理和详细工作方式在本次课设中暂不讨论，只是确定传感器时输出电压值分别为1.O1V-1.99VW3.O1V-3.49Vo课设中就是针对这些信号进行处理和分析显示。2. 2.2多路开关选择在本次课设时系统测量中采用了8个温度传感器，且其中也具有一定H共性，同步不需要同步采样。因此在课设中采用了多通道共享输入通道，将8个传感器输出的测量信号通过双四选一芯片741S153分别进行输入信号选择，再由两路输出通道分别进行信号处理。采用多通道共享输

14、入构造可以充足运用元器件的性能，提高性价比，减少硬件成本。由于系统中8个反应罐的温度测量在2个范围内：101-199和30C-349,因此在设计中采用了741S153芯片。741S153是一种双四选一数据选择器，有选通输入端。74153里面有两个地址码共用的4选1数据选择器。2.3信号处理电路设计信号处理电路重要包括减法电路、陷波器电路和放大电路3部分构成。2.3.1减法电路正如前面总体原理简介中论述的原理：由于系统精度规定分别是0.5C和0.3,因此必须对传感器采集的信号进行放大处理，由于系统给定时传感器敏捷度均为10mVoC,系统给定0温度值分别是IoIC199和301C349,因此输出电

15、压分别为1.O1V-199V和3.01V-3.49V,这样放大倍数最多2.5倍，由于50HZB工频信号的干扰，达不到规定的精度。为了处理这一问题，设计中采用两个减法电路，分别减去IV和3V,然后再分别放大5倍和10倍，这样就完全可以到达系统需要0精度，也可以被采样。由叠加原理（叠加原理是指在线性电路中，任一支路的电路是每一种电源单独作用时在该支路所产生的电流代数和），U1、U2共同作用时（两者叠加），输出电压为：Uo=Uo+/=一凯+Q+*）袅U2AAA4当RI=R2=R3=R4时,则:Uo=U1-U2通过该电路，将传感器输出信号转换成0.01V-0.99V和0.01V-0.49V的小信号，然后分别进行5倍和10倍的放大，到达0.05-4.95，和0.1-4.9丫的电压信号,这样保证信号可以被ADCO809采样,这样可以到达设计需求的精度规定0.5和0.3o2.3.2放大电路根据设计需要，分别要对陷波后来的信号进行放大5倍和10倍，才能到达AD转换的规定，因此需要设计两路放大电路。不过在前面的减法电路中，假如选择合适的电阻参数值，也可以实现对于信号放大的功能。因