基于单片机的多路温度巡检系统设计毕业设计说明书.docx

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基于单片机的多路温度巡检系统设计毕业设计说明书

摘要

温度检测仪是一种非常重要的测温设备，广泛应用于建筑工业场所，温度检测系统中的信息对城市供暖、新型建筑材料的特性检验、建筑节能、空暖与热网、空调系统、通风、排水网与燃气配管网等系统的特性与运行研究起着至关重要的作用，这也是本文研究温度检测系统的意义所在。

本文主要设计了一种多路温度巡检系统的方案。

该系统主要完成以单片机STC12C5A16AD系统为核心,采用8路K型热电偶传感器和多路开关CD4051，从而实现对8路温度巡回采集，并且采用MAX6675芯片完成对热电偶微弱信号的放大、冷端补偿和A/D转换等功能。

将转换后的采样值送入单片机进行数据处理来确定其温度值。

单片机通过对数字信号处理，并在数码管上显示。

本文从硬件和软件两个方面介绍了设计的实现方法，其中硬件设计的重点是单片机最小系统、电源电路、温度检测电路、多通道切换电路、A/D转换电路、显示电路、按键电路、报警电路，软件设计的重点是系统总体流程设计、显示模块、按键模块、A/D转换模块、报警指示模块。

经过仿真测试结果表明，本系统测量速度快、测量精度高、测量范围广，达到了系统的指标要求，工作可靠，操作简单，用户界面友好。

关键词：

温度检测仪，单片机，热电偶，多通道切换

Abstract

Temperaturedetectorisakindofveryimportanttemperaturemeasuringequipment,whichiswidelyusedintheconstructionindustryplace,temperaturedetectionsystemintheinformationofurbanheating,newbuildingmaterialpropertytest,theconstructionofenergy-efficient,emptywarmandheatsupplynetwork,air-conditioningsystem,ventilation,drainagenetworkandgaspipingnetworksystemcharacteristicsandoperationofresearchplaysavitalroleandthesignificanceofwhichisthestudyofthetemperaturedetectionsystem.

Thispaperdesignedamulti-channeltemperaturemeasuringsystemscheme.ThissystemmainlycompletesSTC12C5A16ADmicrocontrollersystemasthecore,the8Ktypethermocouplesensorandmulti-channelswitchCD4051,soastorealizethetemperaturecircuitacquisition,andbyusingMAX6675chiptocompletethethermocoupleweaksignalamplification,coldjunctioncompensationandA/Dconversionfunction.ThesamplingvaluesintotheSCMdataprocessingtodeterminethetemperaturevalue.TheMCUthroughthedigitalsignalprocessinganddigitaltubedisplay.Thispaperdescribesthehardwareandsoftwareaspectsofthedesignimplementation,focusingonwherethehardwaredesignisthesmallestsingle-chipsystem,thepowersupplycircuit,thetemperaturedetectioncircuit,amulti-channelswitchingcircuit,A/Dconvertercircuit,displaycircuit,keycircuitalarmcircuit,focusingontheoverallsystemsoftwaredesignprocessdesign,displaymodule,buttonmodule,A/Dconvertermodule,alarmindicationmodule.

Accordingtothesimulationtestresultsshowthatthesystemfastmeasurementspeed,highmeasurementprecision,measurementrangewide,cansatisfytherequirementsofsystemofindicators,reliablework,simpleoperation,theuserinterfacefriendly.

Keywords:

Temperaturedetector,microcontroller,thermocouple,multi-channelswitch

第1章绪论

1.1系统背景

测量是运用专业的工具，根据生物、物理、化学等原理，通过计算与实验得到被测量的数据。

测量的目的是尽量准确的及时收集到被测量的状态信息，以便于对生产的过程进行准确的控制。

测量是人类认识和改造世界的一种不可缺少和代替的手段。

历史事实也已经证明：

科学的进步，生产的进步与发展是相互促进与依赖的。

测量技术反映一个国家的科学技术发展的水平。

测量水平的发展与科学技术的进步是密切相关的。

可以这么说，评价一个国家的科技水平，最简单方便的办法就是看这个国家的测量出的水平与测量出来的数据是如何被运用的。

在建筑测量的热工特性；暖通空调领域中，空调、供暖、制冷效果的检验；对建筑节能的研究；对新型建筑材料特性的检验；空暖与热网，空调系统、通风、排水网与燃气配管网等系统的特性与运行研究中，都需要对压力、温度等参数进行测量。

这些领域的测量具有本身具备的特点，例如在供暖网的系统中，它存在以下的特点：

（1）需要分时记录管网运行参数。

要对管网的运行进行分析与研究，管网的分时运行参数的测量和记录特别重要。

一般要求在管网运行时期，按规定的顺序检测与记录运行的参数。

（2）测量点分散，作用半径较大。

就拿一个城市的集中供暖网的系统来说，它的系统大，覆盖面广。

这样对供暖网不通点的运行参数进行测量时，测量点就相当分散。

除此之外还有节能建筑的效果检验，它需要对非节能建筑与节能建筑之间的功耗进行比较，这一样需要对建筑物内的房间进行分时的测量与记录。

但它也存在和供暖效果检验的一样困难。

另外一些其他的专业的科学实验中，温度也是一个特别重要测量参数。

综上所述，由于温度的测量存在上面所提到的问题，就需要由一种使用便利的测量仪表，能进行实时的检测，能进行对数据的记录，不需要人为干预其长期自动运行。

所以本文设计了一种方便使用的数码显示温度数据，采用热电偶温度传感器来将温度信号转换为电压信号，并运用冷端补偿的方法来消除热电偶的测量误差。

本温度传感器在设计的时候，为了满足多路巡检这个要求，采用了8路热电偶传感器轮流进行检测，从而实现对多路温度巡检的实时数据进行采集。

采用稳压电源来给位处理器进行供电，这样可以省去电池供电所带来的如电压不稳定、作用时间不长以及电压的下降而影响整个系统的工作精度于稳定性的问题。

1.2系统来源及现状

1.2.1系统的来源

温度是一个特别重要的物理参数，生活中任何物理、化学过程都与温度紧密地联系。

在工业生产的过程中，温度的控制与检测都和节约能源、安全生产、产品的生产效率等重大经济技术指标有直接的联系，所以在国民经济的各个领域里都受到了广泛的重视。

温度检测仪器作为温度计量的工具，所以也得到普遍的应用。

随着科技日新月异的发展，这类仪表的发展也同样迅猛。

尤其是随着计算机技术的迅速发展，以单片机为主的嵌入式系统已经普遍运用于工业控制领域方面，也就形成了智能化的测量控制仪器，从而使温度检测仪的结构进行了彻底的变革。

1.2.2温度检测仪表的现状

以前的温度检测仪表投入到工业生产过程中也有几百年的时间了。

通常它们都有表示温度的能力。

由于测温的原理不同，不一样的仪表在记录与远传等领域还是有很大的区别的。

如光学温度计的测量范围是300℃～3200℃，价格便宜，使用方便，但是它只能目测；另外热电阻温度计能够测量到－200℃～700℃,精度高，可用于温差或低温测量，能够指示远传、报警、控制变送，但维护工作量大并且还不能记录，也就是说你必须运用熟练才能测准，而且不能控制变送、远传等。

近年来随着计算机日益广泛的应用以及微电子技术的发展，智能化测量控制仪表也取得了很大的进步。

我国的单片机开发应用最早是在80年代，在这30多年中单片机应用发展迅速，技术也越来越成熟。

用单片机为主将传统仪器仪表的常规电子线路取而代之，可以轻松的将测量技术与计算机技术结合在一起。

智能仪表在测量自动化、测量结果的数据处理功能的多样化方面取得了很大的进步。

现在在研制高性能、高精度、多功能的测量控制仪表时，绝大多数考虑采用单片机让其成为智能仪表的。

拿技术背景来说，硬件集成电路的不断创新与发展也是一个特重要的因素。

所有集成电路芯片都在朝全CMOS、超大规模化的方向发展，所以用户具有了更大的选择范围，这些仪器可以解决许多传统仪器不易或不能处理的问题，并且还可以使仪表电路简化，降低仪表的成本，提高它的可靠性，并且加快了新型仪表的研发速度。

通过软件的控制，智能化控制仪表能够自动完成它的所有工作过程。

装在仪表内部的监控程序是通过许多程序模块构成的。

每个模块能够实现其指定的功能，如实现算法、获取和处理键盘输入指令等。

编写一些模块的完整的监控程序，能够代替某些硬件电路的功能。

这就为设计者改变或扩展仪表集体功能提供了方便。

在智能控制仪表引入单片机之后，已经对某些硬件电路降低了要求，但是测试电路仍然占有特别重要的位置，尤其是仍应对直接获取被测信号传感器部分给予足够的重视，有时提高整台仪器性能的关键仍然是是测试电路特别是对传感器的改善。

目前随着微电子技术的影响，传感器也在不停地改进变化。

传感器现在大都是固态、小型、功能较多与集成化高。

目前社会正致力于把单片机同传感器集成在一起，得到一种超小型、便宜的测量仪器。

同我国现有的多种多样的智能化测量控制仪表相比，其他国家的智能化测量控制仪表品种更多。

我国的规模相对较小，开发费用相对较高。

同国际相比还存在很大的差距。

1.3系统概述

对工业生产领域来说，温度的精确测量是一个经典课题，在温度检测的系统中，尤其是智能仪表中，测量变换电路起着至关重要的作用。

设计一个测量变换电路时，我们是从分析传感器的性能入手的，通过合适的补偿,得出一个较满足于期望指标的测量变换电路来。

目前，广泛使用的温度传感器有2类：

热电偶，热电阻，本文介绍的检测系统，采用的是热电偶元件测温。

热电偶具有精度高，性能稳定，测量范围广及使用方便等一系列优点，一直是工业测控系统中广泛使用的一种比较理想的测温元件。

1.4本文的研究的主要内容

本文以工厂