温度测控系统设计详解.docx

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温度测控系统设计详解

温度测控系统设计

自动化专业学生xxx

指导教师xxx

摘要：

温度是工业领域中十分重要又较为普遍的被控参数，其稳定性对工业产品质量有着直接的影响。

本设计是以8086微处理器为控制器，将温度传感器输出的小信号经过放大和低通滤波后，送至A/D转换器；微控制器实时采集、显示温度值（要求以摄氏度显示），同时系统还应可设定、控制温度值，使系统工作在设定温度。

利用ADC0809采用中断式设计一个温度测控系统，在LED数码显示器上显示温度值，并对温度进行测试和控制，当检测温度达到温度上限60℃时开启风扇（即开启电机），低于下限温度30℃时关闭风扇，LED上的显示内容为：

XX℃（采用十进制显示）。

关键词：

被控参数；控制器；转换器

TheDesignofTemperatureControlSystem

Studentmajoringinautomationmajorxxx

Tutorxxx

Abstract：

Thetemperatureisveryimportantandmorecommoncontrolledparameterintheindustrialfield,itsstabilityhasadirectimpactonthequalityofindustrialproducts.Thedesignisbasedonthe8086microprocessorasthecontroller,theoutputofthetemperaturesensorforthesmallsignalafteramplificationandlow-passfilter,senttotheA/Dconverter;microcontrollerreal-timeacquisition,displaytemperature（indegreesCelsiusdisplay）,andatthesametimethesystemshouldbesetup,tocontrolthetemperaturevalue,makethesystemworkatthesettemperature.UsingADC0809toadoptthedesignofatemperaturecontrolsysteminterrupt,displaythetemperaturevalueintheLEDdigitaldisplay,andtestandcontroloftemperature,whenthedetectedtemperaturereachesthetemperaturelimitat60℃openfan（i.e.openmotor）,turnoffthefanbelowthelowerlimittemperatureis30℃,theLEDdisplaycontent:

XX℃（usingdecimaldisplay）.

Keywords:

controlledparameter;controller;transducer

1课程设计目的

课程设计是学生理论联系实际，提高实际综合运用能力的一个保障，也是工程师基本训练的重要环节，电子信息工程专业的学生在学完了《微机原理与接口技术》课程后，已经具备了对微机系统进行设计的初步能力。

通过对一个具体微机系统软硬件系统的设计和调试，培养学生运用该课程的理论知识和技术知识解决工程实际问题的能力，学习微机系统的设计方法：

学生通过对实验室系统的实验调试，进一步培养和提高科学实验能力，因此，本课程设计为学生提供了一个良好的理论联系实际的机会和场所，有利于为学生树立微机是一个整体系统的概念，同时加强了学生编制和调试程序的能力，进一步培养学生的独立工作能力。

因此，它是教数学计划中必不可少的重要环节。

本课程是电子信息工程专业的必修课。

本设计的目的是以8086微处理器为控制器，将温度传感器输出的小信号经过放大和低通滤波后，送至A/D转换器；微控制器实时采集、显示温度值（要求以摄氏度显示），同时系统还应可设定、控制温度值，使系统工作在设定温度。

2温度控制系统的总体结构

温度信息由温度传感器测量并转换成微安级的电流信号，经过运算放大电路将温度传感器输出的小信号进行跟随放大，输入到A/D转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机。

数据经过标度转换后，一方面通过数码管将温度显示出来[1]；另一方面，将该温度值与设定的温度值进行比较，调整风扇的开通情况，从而控制温度。

在断开风扇，温度仍然异常，报警器发出声音报警，提示采取相应的调整措施。

其温度控制系统的原理框图如图1-1所示

图1-1系统原理框图

3系统硬件选择和设计

3.1系统扩展接口的选择

本次设计采用的是8086微处理器，选择8255A可编程并行接口作为系统的扩展接口，8255A的通用性强，适应灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。

3.2温度传感器与A\D转换器的选择

本系统选用温度传感器AD590构成测温系统。

AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器，测温范围为-55℃~150℃，非线性误差在±0。

30℃，其输出电流与温度成正比，温度没升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加1uA。

其输出电流I=（273+T）uA。

本设计中串联电阻的阻值选用2KΩ，所以输出电压V+=（2730+10T）MV.另外，为满足系统输入模拟量进行处理的功能，对其再扩展一片ADC0809，以进行模拟—数字量转化[2]。

3.3显示接口芯片

为满足本次设计温度显示的需要，我们选择了8279芯片，INTEL8279芯片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘键入和LED显示控制两种功能。

4系统各部分功能模块介绍

4.1温度测量部分

A\D590是AD公司生产的一种精度和线度较好的双端集成传感器，其输出电流与绝对温度有关，对于电源电压从5-10V变化只引起1uA最大电流的变化或1摄氏度等效误差。

图4-1给出了用于获得正比于绝对温度的输出电流的基本温度敏感电路[3]。

A\D590输出的电流I=（273+T）uA（T为摄氏温度）。

因此测量的电压V为（273+T）uA×10K=（2.73+T/100）V，为了将电压测量出来，又务必使电流I不分流出来。

使用电压跟随器使其输出电压V2等于V。

由于一般电源供应多器件之后，电源是带杂波的，因此使用稳压二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调至2.73V。

差动放大器其输出V0为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V。

输出电压接A\D转换器，那么A\D转换输出的数字量就和摄氏温度成线性比例的关系。

图4-1基本温度敏感电路

4.2温度控制部分

当PC6为高电平时，三极管导通，继电器吸合，向降温系统输出12V电压降温；反之，输入低电平，三极管截止，继电器断开，停止降温。

在图4-2中，二极管的作用是吸收继电器端开时产生的浪涌电压[4]。

图4-2降温系统

4.3ADC0809与8255的连接

模拟输入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只对通道IN0输入的电压进行模数转换。

为了减少输入噪声其他通道直接接地。

ADC0809的数据线D0-D7与8255的PB0-PB7相连接。

其片选CS与8086的地址/数据总线AD14相连接。

图4-33ADC0809与8255的连接

4.48086的可编程外设接口电路

8255的数据口D0-D7与CPU的6根控制线相连接，控制8255A内部的各种操作。

控制线RESET用来使8255A复位[5]。

CS和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。

分别与8086的高位地址线A19，A1,A0相连接。

图4-4可编程外设接口电路

4.5数据显示部分

如图4-5为数据显示系统

图4-5数据显示系统

4.6系统硬件原理图

如图4-6为系统硬件原理图

图4-6系统硬件原理图

5系统软件设计

5.1主程序

通过开始界面，显示提示信息，调用温度子程序，设置温度。

通过模数转换器采集A\D值并求其平均值。

调用BCD码转换子程序将其转换为十进制温度值；调用显示子程序，如果温度高于实际温度，不降温，反之拨动开关关闭，开始降温。

在此过程中，还可以重复设置温度值。

其主流程图如图5-1所示

图5-1主程序流程图

5.2BCD码转换子程序

设定温度为0摄氏度时变换放大电路送出的模拟量为0.0V，此时A/D输出的数字量为00H[6]；温度为60℃时变换器送出对应电压4.98V，此时A/D输出的数字量为FFH，即每0.3℃对应1LSB的变化量，对应电压值为19.5mV。

报警温度设定为60℃，此时，输出电压约为5.0V左右。

其流程图如图5-2所示

图5-2BCD码转换子程序流程图

5.3源程序

CSADEQU209H

Z8279EQU212H

D8279EQU210H

LEDMODEQU00H；左边输入，八位显示外部译码八位显示

LEDFEQEQU38H;扫描频率

LEDCLSEQU0C1H;清除显示RAM

Z8255EQU21BH

Z8255AEQU218H

Z8255CEQU21AH

COUNTEQU8

DATASEGMENT

DATA1DB4DUP（?

）

MESS1DB‘ENTERANYKEYTOBEGIN!

’,0DH,0AH,’$’

MESS2DB10,13,’ENTERANYKEYCANEXITTODOS!

’,0DH,0AH,’$’

MESS3DB10,13,’INPUTTHETEMPERATUREVALUE:

’,’$’

MESS4DB10,13,’INPUTVALUEERROR!

’,0DH,0AH,’$’

MESS5DB10,13,’INPUTANEWTEMPERATUREVALUE:

’,’$’

MESS6DB10,13,’***LETPA0=0TOADJUSTTHETEMPERATUREVALUE!

***’,0DH,0AH,’$’

MESS7DB10,13,’***LETPA0=1TOINPUTANEWTEMPERATUREVALUE!

***’,0DH,0AH,’$’

LEDDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H

DATAENDS

STACKSEGMENTSRACK

STADW50DUP（?

）

TOPEQULENGTHSTA

STACKENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA,ES:

DATA,SS:

STACK

START:

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVES,AX

MOVAH,09H;显示提示信息一

MOVDX,OFFSETMESS1

INT21H

MOVAH,09H;显示提示信息六

MOVDX,OFFSETMESS6

INT21H

MOVAH,09H;显示提示信息七

MOVDX,OFFSETMESS7

INT21H

MOVAH,08H

INT21H

MOVAH,09H;显示提示信息三

MOVDX,OFFSETMESS3

INT21H

CALLINPUT;输入设置的温度值存DATA1

OK：

MOVDX,Z8255;设置A口为输入，C口为输出

MOVAL,92H

OUTDX,AL

MOVDX,Z8255C

MOVAL,00H

OUTDX,AL

CALLdelay

CALLdelay

MOVDX,Z8279;初始化8279

MOVAL,LEDMOD

OUTDX,AL

MOVAH,09H;显示提示信息二

MOVDX,OFFSETMESS2

INT21H

BEGIN:

MOVBX,0

MOVCL,COUNT

MOVCH,0

BB:

MOVDX,CSAD;启动A/D

MOVAX,0

OUTDX,AL

CALLDELAY

INAL,DX;采样A/D值

ADCBX,AX;求平均值

LOOPBB

MOVAX,BX

RCRAX,1

RCRAX,

RCRAX,1

CALLCHANGTUBCD;转化为十进制的温度值

MOVDI,OFFSETDATA1

MOV[DI+3],AL

CALLDIS

MOVDI,OFFSETDATA1

MOVBL,[DI+2];取输入值

MOVAL,[DI+3];取实际值

CMPAL,BL;实际值与输入值比较

JBUP;小于则不降温

MOVDX,Z82555A;否则读开关量

INAL,DX

ANDAL,01H

JZDOWN;PA0=0则开始降温

MOVAH,09H;PA0=1则设置新的温度值，并将PA0切

换到0进行新的控制调节

MOVDX,OFFSETMESS5

INT21H

CALLINPUT

JMPBEGIN

UP:

MOVAL,40H

JMPAA

DOWN:

MOVAL,00H

AA:

MOVDX,Z8255C

OUTDX,AL

MOVAH,0BH;坚持键盘状态，有键按下则返回DOC

INT21H

CMPAL,0

JZCC

MOVAX,4C00H

INT21H

CC:

JMPBEGIN

DELAYPROCNEAR;延时子程序

PUSHCX

MOVCX,0F00H

LOOP$

POPCX

RET

DelayENDP

INRUTPROCMEAR;温度值的设置子程序

MOVAH,1H

INT21H

MOVDI,OFFSETDATA1

MOV[DI],AL

MOVBH,AL

MOVAH,1L

INT21H

MOV[DI+1],AL

MOVBL,AL

ANDBH,0FH

RCLBH,1

RCLBH,1

RCLBH,1

RCLBH,1

ANDBH,0FH

ORBL,BH

MOVAL,BL

CMPAL,76H输入温度大于60则显示错误信息

JAERR

MOV[DI+2],AL

RET

InputENDP

ERR:

MOVAH,09H;显示错误提示信息

MOVDX,OFFSETMESS4

INT21H

MOVAX,4C00H

INT21H

CHANGTOBCDPROCNEAR;BCD码转换子程序

MOVBL,3

MULBL

MOVBL,10

DIVBL

AAM;非压缩BCD码乘法调整指令

MOVBL,AL

MOVAL,AH

MOVCL,04H

RORAL,CL

XORAL,BL

RET

CHANGTOBCDENDP

DISPROCNEAR;显示子程序

MOVBL,AL

MOVAL,0FH

PUSHAX

MOVDX,Z8279

MOVAL,90H

OUTDX,AL

POPAX

PUSHBX

LEABX,LED

XLAT

POPBX

MOVDX,D8279

OUTDX,AL

CALLDELAY

MOVAL,BL

MOVCL,04H

RORAL,CL

ANDAL,0FH

LEABX,LED

XLAT

MOVDX,D8279

OUTDX,AL

CALLDELAY

CALLDELAY

RET

DISENDP

CODEENDS

ENDSTART

6系统调试

通过前一部分的介绍说明，我们对系统的工作情况有了大体的了解。

为了进一步了解系统的工作过程，这里介绍一下系统调试过程及调试过程中出现的一些具体的问题。

我们的实验调试软件运行于DOC环境下，其步骤如下：

（1）根据硬件图和原理图连接好线路。

（2）在PC机上敲入程序，并对其进行的查错，编译，连接，最后生成可执行文件。

（3）接上电源，敲入可执行文件的文件名，系统就开始了工作过程。

这是DOC屏幕上会出现的一些提示信息，如

’ENTERANYKEYTOBEGIN!

’

’***LETPA0=0TOADJUSTTHETEMPERATUREVALUE!

***’

’***LETPA0=1TOINPUTA

NEWTEMPERATUREVALUE!

***’

然后敲任意一个键，系统就开始进行温度测量和显示，屏幕上就会显示’INPUTTHETEMPERATURE：

’

在这一条信息之后敲入一温度值。

注意这里敲入的温度值不能大于76摄氏度，否则屏幕将会显示’INPUTVALUEERROR!

’并返回DOC。

（以后重新设定温度时也是如此）

在正常情况下，敲入设定温度后系统就开始进行控制调节，当实际温度小鱼设定值时，系统就开始进行加热，如果不加改变，它就会加热一直稳定到设定的温度值；如果这是想重新设置一温度，只要把8255的PA0读取拨动开关拨到1，屏幕上就会显示：

‘INPUTANEWTEMPERATURE:

’

这里又得注意一下，在敲入一个新的设定温度之前，得先把PA0读取拨动开关拨到0，否则，在敲完设定温度之后，屏幕上又会显示同样一条信息。

因为它是根据PA0是0还是1来决定是去重新输入设定温度还是去调节温度。

如果不先把PA0拨为0，它就是一直让你输入却不进行调节。

另外，这里温度值的设定的次数没有限制。

参考文献：

[1]周佩玲，傅忠谦.微机原理与接口技术[M].北京：

北京电子工业出版社，2005：

10-15.

[2]李国栋，陆志平.微机原理与接口技术课程设计[M].杭州：

浙江大学出版社，2007:

100-106.

[3]陈继红，徐慧.微机原理及应用2版[M].北京：

高等教育出版社，2011:

56-60.

[4]闫玉德，俞虹.MCS-51单片机原理与应用（C语言版）[M].北京：

机械工业出版社，2003:

150-160.

[5]田爱萍，王力生.微型计算机技术[M].北京：

清华大学出版社，2005:

160-165.

[6]李继灿.微型计算机系统与接口[M].北京：

清华大学出版社，2005:

120-125.

致谢

我在写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。

尤其要强烈感谢我的论文指导老师—刘敏娜老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。

另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。

在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢。

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。