基于单片机的温度巡检仪硬件设计Word文件下载.docx
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2.4方案的确定………………………………………………………………………………7
1.绪论
1.1课题背景
在当今工业化大生产日趋发张的过程中，检测生产过程温度变化的智能温度巡检仪也被赋予很大的作用，在生产工业生产中起着不可替代的作用。
目前温度巡检仪的设计技术已基本成熟，设计方案也各种各样，许多心的设计方案也层出不穷，当然随着当今电子技术的不断进步，温度巡检仪的设计也只能是越来越自动化、智能化，在生产中所发挥的作用也会更加的高效。
随着社会的发展和超大规模集成电路的出现，与其他独立的电子元件相比，单片机具有体积小，价钱便宜，控制能力强等优点，在工业、消费品、军事、通讯等领域的应用越来越广泛，利用单片机来设计的新产品实现不同程度的智能化将是历史发展的趋势，各种各样的设备也将会随着单片机的发展而更新换代。
应用单片机来设计的新产品具有新颖，结构紧凑和设计灵活、方便等特点。
1.2温度控制的发展概况
1.2.1国内温度控制的发展概况
在我国温度传感与温度控制技术发展情况来看，温度传感与温度控制技术大致经历了三个发展阶段：
手动控制，自动控制和智能化控制。
手动控制是在温度传感与温度控制技术发展初期采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。
生产一线的操作人员既是生产环境温度传感器，又是对生产环境进行温度控制的执行机构，他们是温度传感与温度控制的核心。
通过对生产环境温度状况感测，凭借经验和直觉判断，手动调节生产环境温度。
生产者采用手动控制方式，对生产环境温度作出直接、迅速、有效的控制。
自动控制是通过对计算机输入生产环境温度的目标参数，计算机能够根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定生产环境温度的控制过程，控制相应机构进行相应的加热和通风冷却等动作。
计算机自动控制的温度控制技术实现了生产自动化，通过改变温室环境的设定目标值，可以自动地对生产环境温度进行调节。
目前我国绝大部分工业生产都采用这种控制方式。
智能化控制是在自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集适合生产环境的各种试验数据构建专家系统，以建立产品生产的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同产品或者产品数量不同的温度专家控制系统技术。
温度传感与温度控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进，功能越来越完备的方向发展。
1.2.2国外温度控制的发展概况
国外对温度传感与温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。
先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。
80年代末出现了分布式控制系统，控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。
电子计算机根据程序表确认生产环环境温度参数，并给终端控制系统指令；
终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现生产环境温度的调节。
目前，国外正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。
现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
1.3课题研究内容
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。
目的是对工业生产的温度传感与温度控制进行模拟实验，学习单片机用于工业生产的温度传感与温度控制技术的方法。
本毕业设计介绍了温度计的测量和控制之间的关系：
检测是控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。
不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。
科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。
现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。
同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。
目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。
目前的温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。
传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。
但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。
主要解决以下内容：
1．对8处不同的测试点巡回检测其温度，进行集中管理，集中控制。
2．在测量范围内可以正常显示。
3．采用遥控器来控制，可以进行位置温度的显示选择和高低温报警温度的设置。
4.实时温度高于设定高温报警温度或低于设定报警低温温度时，蜂鸣器发出报警，同时发光二极管显示报警点。
5．系统有较强的抗干扰性能。
6．有较高的分辨率，极好的可维护性。
2.系统设计方案
2.1设计要求
本设计是基于单片机的温度传感与温度过程控制的硬件设计。
设计要求：
1、技术指标
〈一〉测温范围：
0℃—125℃
〈二〉八路温度数字显示，显示分辨率0.1度
〈三〉温度误差：
±
0.1度
2、系统功能
〈一〉对工农业实现不同点巡回测温并且显示，如温控箱、蔬菜大棚等
〈二〉遥控器功能：
遥控器远程设定报警温度，选择测量的实时温度显示
〈三〉报警功能：
上下限温度可任意设定。
高于或低于设定报警温度，蜂鸣器发出响声报警，同时发光二极管亮。
2.2系统组成及工作原理
2.2.1系统组成
系统组成如图2-1所示。
本系统是由温度传感器进行温度信号采集，将温度信号直接转化成数字信号，然后经过AT89S51单片机的电平输出来给控制电路中的蜂鸣器，从而实现了对温度的报警。
另外，本设计还可以把温度在共阳数码管上显示出来，通过电路板上面的按键也可以进行手动温度的控制。
图2-1系统结构框图
2.2.2工作原理
本系统是采用STC89C52RC单片机作为设计核心的温度传感与温度控制系统。
系统工作时单片机发送指令给温度传感器，温度传感器传送采样温度到单片机，单片机对采样温度进行滤波后，送到共阳数码管中显示出传感器的温度，并与设定的目标温度比较，然后由单片机发送温度处理命令，如果采样温度越限，则进行声光报警。
为了方便控制，本设计还采用遥控作为单片机的输入设备，实现对报警温度的设置，测量点的选择显示，实现远距离控制，对于不能近距离接触等很容易实现控制。
采用红外发射接收TC9012-011进行遥控。
2.3方案的选择
根据设计要求对控制器可以有以下2种选择：
1、传统的测试方案：
各测试点的温度值经过测温元件热电偶、热电阻等，被转化为电信号，这样得到的多路采样信号经滤波器、放大器、多路开关及A/D转换电路，由单片机控制通道A/D转换，实时对电压信号进行采样和A/D转换。
这种方案是单片机处理非电量信号的典型方法；
2、现代广泛采用的智能设计方案：
采用数字传感器和单片机结合使用，用先进的数字式温度传感器，将采集到的数字式信号直接送入单片机进行处理。
这种方案中的温度传感器兼有测温和A/D转换的功能，输出值是数字信号，所以不必使用A/D转换器和相关的接口芯片，能够直接进入单片机进行数字信号处理。
硬件电路的设计也更加简便，有较好的线性关系和较强的抗干扰能力。
该方案被现代工业生产中广泛的采用。
2.4方案的确定
设计选择方案2，方案2的优点如下：
第一种方案由于硬件复杂、线性度不高，不适用于智能温度传感器的设计，我们将采用第二种方案，而且第二种方案所采用的电子器件技术比较先进可靠实现起来非常容易。
另一方面，考虑到电路中的干扰，以及在各种环境下的干扰，设计的时候，我们加进去了电容滤波和二极管整流，对在一些电干扰较强的区域工作时，可以避免受到各种电干扰。
方案2用到的元件如下：
STC89C52RC单片机，数据传输串口电平转换芯片，四位共阳数码管，蜂鸣器，数字温度传感器。
方案2设计的要求：
一、设计采用的单片机满足了系统速度的要求；
二、设计采用的温度传感器的精度满足了要求，精度为±
0.1℃；
三、设计采用的共阳数码管来显示传感器的温度；
四、设计采用稳压电源供电。
3.系统的硬件设计
3.1硬件总体设计
系统的整体结构框图见图3－1。
图3-1系统硬件框图
单元电路的设计分为以下6个部分:
1、温度传感模块；
2、单片机控制模块；
3、遥控器模块；
4、LED显示模块；
5、二极管及蜂鸣器报警模块；
6、MAX232传输模块
整个温度传感与温度过程控制的接线图如附录五所示。
3.2温度传感模块
温度传感模块主要的器件就是数字温度传感器，它对被控温度进行采样，传输给控制器，因为实验的条件限制，本设计采用的是数字温度传感器DS18B20。
3.2.1数字温度传感器DS18B20
技术性能描述
1.独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
2．测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。
3．支持多点组网功能，多个
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