智能仪器设计课程设计Word格式.docx
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二、设计思路
通过B型（铂铑30）热电偶测量的答题思路为
三、硬件电路原理图与设计
3.1智能仪表基本模块硬件电路
智能仪表基本模块由单片机、输入按钮、硬件显示和通信接口组成原理图：
.
JLED
4
3
2
1
Jkey1
13
12
10
11
15
5
6
7
9
1312
SN74HC595
14
SER QHQH1
QA
RCK QB
QCSRCLRQD
SRCKQEQFQG
G
G QA
RCK QBQC
SRCLRQD
abcdefgh
510¦
¸
x8
SM2
LLM
RMR
SM1
n812
n79
n68
n56
n412
n39
n28
n16
hgf
ed
cba
+5V
x4
Uy1
Uy2
AN1AN2AN3
AN4
Rz1510
J5951
data
RCKSRCK
（1）最小系统板电路
n8n7n6n5n4n3n2n1
（2）电源电路
（3）按键电路
（4）扬声器电路
（5）数码管电路
（6）信号调理电路
（7）功率驱动电路
（8）LED电路
3.2智能仪表基本模块的功能：
（1）具有两排8个是数码管显示，分别显示测量值与设定值，数码管由74HC595驱动，因此只需要3个单片机引脚，可以用SPI接口引脚：
PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是采用I/O引脚搭配时序的方法驱动。
（2）具有4个按钮：
功能选择按钮、数码管选择按钮、数字加按钮、数字减按钮。
按钮直接连在单片机引脚，低电平有效。
（3）具有4个LED灯，用于显示状态，直接连到单片机引脚，低电平有效。
智能仪表的外形：
PV
SV
SET
Ö
Ç
Ä
Ü
Ò
±
其中上排数码管显示测量值，下排数码管显示设定值，4个按钮用三个，右上侧有4个发光二极管。
四、测温模块设计
4.1热电偶
B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。
适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。
B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。
B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。
两种不同成分的导体两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势成为热电势，也称为热电动势，热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。
其中，直接用做测量介质温度的一端叫作工作端（称为测量端），另一端叫做冷端（称为补偿端）。
冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会显示出热电偶所产生的热电势。
热电偶将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注
意以下问题：
（1）热电偶所产生的热电势大小，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关
（2）当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后，热电偶电势的大小，只与热电偶的温度差有关；
若热电偶冷端的温度保持一定，则热电势仅是工作端温度的单值函数
本设计要求的B型（铂铑30）热电偶测温范围如下表
热电偶分类
热电偶电极材料
温度范
围
（ C）
热电动势（mV）/温度
正极
负极
B
铂铑30
铂铑6
0—1800
0/0 18.84/1800
D11N4001
JD1
~220V
L N
G1
JRELAY
R1
300¦
C1
104
TLP521-1+12V
9013
Q1
10k¦
5.1k¦
R5
470¦
0.047uFC3
J1_1
J1_2
¼
Ó
È
Æ
÷
2000W
.GND12
GND12
加热器1000W
JC1
4.2热电偶信号调理电路
采用LM35的B00000000 型热电偶冷端补偿电路
B型热电偶在0度时的热电势为0mV，在1600度时的热电势为18.84mV。
若输出电压为0.2-3.3v。
因此放大器输出电压方程为：
1）0.2=m*0+b和2）3.3=m*18.84+b算出m、b的值然后根据
3）m=[R2/（R1+R2）][（Rf+Rg）/Rg]和4）b=Vref[R1/（R1+R2）][（Rf+Rg）/Rg]算出实验所需的数据
五、驱动双向晶闸管设计
本系统采用晶闸管脉冲调制驱动电路，其负载为1000W的电加热器（电源电压为
220VAC）。
单片机驱动晶闸管脉冲调制驱动器的电路如下图所示。
8
+12V
单片机驱动晶闸管脉冲调制驱动器的电路
六、软件设计
6.1主程序
#include<
iom16v.h>
#include<
macros.h>
unsignedcharvadc;
//vadc测得的放大电势值
unsignedintvar;
//测得的温度值
Unsignintdata[8];
//全局变量unsignedcharxs[8];
//数据缓存
unsignedchardisp[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,//共阳数码
0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xFE,0xFF};
unsigned intweizhi[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
高电平有效*/
unsignedcharLED0,LED1,LED2,LED3;
Voidmain（void） //主函数
{
unsigncharadc_time;
unsigncharsaomiao_time;
unsigncharxianshi_time;
init_devices（）；
adc_time=0;
}
while
（1）
While（adc_time=1） //测温
{adc（）;
Charlp（）;
//滤波
PID（）；
Shuchu（）;
adc_time=0;
While（saomiao_time==1）
{saomiao1（）;
//扫描按键并存放数据
Saomiao_time=0;
}while（xianshi_time==1）
{spihc（）;
//数码管显示
LED（）;
//LED灯显示
xianshi_time=0;
#pragmainterrupt_handlerint_TCCR1A:
7 //定时器1的TCCR1A组比较匹配中断服务程序
{staticunsignedcharn；
n++;
If（n==20） //200ms
adc_time=1;
//adc转换
Saomiao_time=1;
//扫描PD口按键
xianshi_time=1;
//显示数码管
6.2子程序
（1）ADC初始化函数
Voidadc_init（void）
{ADCSRA=0x00;
//ADCSRA–ADC控制和状态寄存器
ADMAX=0x20;
//选择外部参考电压，通道0，左对齐
ADCSRA=0xE2;
SFIOR=0Xa0;
//SFIOR-特殊功能IO寄存器，定时器1比较匹配B
（2）ADC转换程序
Voidadc（void）
{staticunsignedcharn;
while（!
（ADCSRA&
（1<
<
ADIF）））;
//等待转换完成
ADH=ADCH;
//8位转换
If（n<
5）
Value_adc[n++]=ADH;
Else
n=0;
（3）算术平均值滤波子函数VoidCharlp（void）
{Intsum=0;
Charcount;
For（count=0;
count<
5;
count++）
{ sum+=Value_adc[count];
//获取ADC转换结果，计算相加
Delay（）;
}vadc=sum/5;
（4）定时器初始化函数
VoidT1_init（void） //初始化定时器，产生10ms周期中断
{OCR1A=1249;
TIMSK|=（1<
OCIEA）;
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x08;
//定时器工作在CTC计数器模式
TCCR1B|=0x02;
//设定定时器1的分频值为8分频
（5）显示LED灯子程序
VoidLED（void）
{if（LED0==1）PORTB^=0x01;
If（LED1==1）
PORTB|=1<
1;
If（LED2==1）P
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