多路温度巡回检测.docx

1、多路温度巡回检测多路温度巡回检测李丹孟令雷杨乐张巧玲程建川(电气学院)指导老师：赵志衡摘 要：本系统由单片机及其最小系统模块、热电偶测温模块、 AD62信号放大模块、键盘模块、LED寸钟显示模块、LCD0形显示模块、串口通讯模块组成。可 以实现对多点温度的实时测量、 分时显示，用户可以通过键盘选择需要显示的通 道，也可以通过计算机上的用户界面查看温度变化，强大的显示功能给用户一个 直观的印象。关键词：单片机；多路温度；液晶；串口通讯；键盘；时钟1.立项依据1.1课题研究的目的、意义.课题研究的目的:(1)通过课题的研究进一步巩固所学的知识，同时学习课程以外的知识，培养综合应用知识的能力。(2)

2、锻炼动手能力与实际工作能力，将所学的理论与实践结合起来。(3)培养团队精神，加强协作能力，增进同学间的友谊。二.课题研究的意义:(1)研究过程本身可以使参与者得到极大的锻炼，为将来参加实际工作做好准备。(2)研究的预期成果可以弥补现有现有实验环境的不足。1.2现状分析温度的测量在很多领域都有应用，本系统以实验室里的线圈发热的温度测量为载体进行设计，设计好的系统可以在很多将温度信号转化为电压信号的系统中 应用，强大的显示功能给人们更直观的认识。友好的键盘输入届面，更是方便了 人的介入。2.方案论证与比较2.1六路模拟信号与A/D变换器部分被测信号为一路由A/D590测得的代表室温的电压信号，经O

3、PO放大后在0-5V 范围内，五路由热电偶测得的代表线圈各点温度与室温差值的电压信号，经A/D620放大后也在0-5V范围内。对于A/D变换器的选择有两种方案：方案一：采用带多路模拟开关功能的芯片ADC0809分辨率为8位，精度较低，但控制方便;方案二：采用芯片AD574和多路模拟开关AD4051,AD405完成多路温度的切换功台匕能, AD574t行模拟数字信号的转换，分辨率为12位，精度较高，控制也不是很麻烦。比较两种方案从获得更高精度方面考虑选择第二种方案。2.2数据采集部分数据的采集采用一次采集六路信号的方式，对于每一路采集三次求平均值, 这样可以减小偶然误差。对于采样时间间隔的定时有

4、两种方案： 方案一用单片机 内部定时器，这样比较方便，但是有个很大的缺点就是不准确，定时一小时后, 误差大概在二分钟左右，这几乎是不允许的；方案二是采用专用的时钟日历芯片DS12887这种芯片可以提供比较精确的定时时间， 而且还可以将其发出的时间送LEE显示，起到时钟的作用，可谓一举两得。2.3数据的存储与提取部分经AD57转换来的信号的存储方式有两种，方案一：连续存储即将同时采得的六路数据按顺序存放在外部数据存储器中，这样存储，对于存储比较方便， 但是提取比较麻烦，因为提取是提取其中的两路信号运算后显示。方案二： 分开存储即将同时采得的六路信号放在已经分开的六个存储空间中， 六个空间有不同的

5、 起始地址，这样存储使得存储和提取都很方便，因此采用第二种方案。2.4数据处理部分放入存储空间里的数据只是温度信号的电压表示形式， 显示的时候要将其转 化为温度形式，根据热电偶测温原理，被测信号的实际温度为室温加上热电偶输 出的电压代表的温度。AD590俞出的电压信号经OP07放大后与温度的的关系为0.1V代表二，热电o偶输出的电压信号经AD620放大后与温度的关系为0.2V代表1 C。2.5温度的显示（液晶显示部分）经过处理后的温度信号要显示到液晶上还要经过转换， 由于点阵液晶是通过 点亮一些点来绘制出图形，去掉坐标轴后剩下 56行和120列用于绘制曲线，由于 要体现的温度曲线在20-100

6、 Oc，按照每格点代表20c绘制曲线，这样精度肯定受到影响，但是用液晶只是用来反映温度的大致趋势， 要得到更精确的温度曲线可 以从上位机即计算机得到，另外液晶上也标明了当前温度的值， 这个数值精确到0.1 Oc精度已足够。2.6温度的显示（计算机显示部分）上位机与51单片机串行通讯有三种方案：方案一，通过按键选择通道数，单 片机上传数据，上位机显示图形。方案二，单片机循环上传六路数据，上位机在 六个窗口中依次显示所采集到的数据。 方案三，通过上位机选择通道数，然后发 送控制符给单片机，单片机根据收到的控制符来进行相应的操作。方案一通过按 键切换通道，图形显示与液晶捆绑在一起，计算机显示不仅显得

7、多余，而且浪 费了单片机资源.。方案二虽可实现多路数据的同时显示，但是这样不太符合人 们观察得习惯，而且加重了单片机负担， 不利于系统的扩展。以上两种方案还有 一个共同缺点，就是只实现了单工通讯，没有数据校验及错误处理。方案三串行 通讯采用中断方式，单片机接收到数据后，立即产生串行口中断，转入中断服务 程序，然后根据接收到控制符的含义发送相应的数据， 数据发送完后即退出中断 服务程序。上位机接收到数据后进行数据分析， 根据编写的协议，若数据正确则 根据建立得数学模型将十六进制数转化成温度值后送显示， 若数据错误则发送错 误标志符请求重发。这样就实现了上位机与单片机之间一问一答式的半双工通 讯。

8、上位机接收到单片机发送的数据包后，首先判断第一个字节是否为上次发送 的控制符，若发生错误，则舍弃数据包并重新选择通道。然后判断第二字节是否与第四字节相同以及第三字节是否与第五字节相同， 若不相同，舍弃数据并发送 相应的控制符，请求重新发送上一个数据包，若相同，则保存数据。可见，方案 三为比较理想的方案。2.7键盘部分键盘的制作有两种方案：方案一：直接使用I/O 口作为键盘行线和列线选择 按键，这样的好处是比较简单，但是当需要按键消抖和多个按键同时按下处理时，软件部分显得比较笨重，比较繁琐，时间较慢。方案二：采用通用键盘显示器接 口芯片8279, 8279对键盘部分提供一种扫描工作方式， 能对6

9、4个按键键盘阵列 不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的按键并得到键号， 能对双键或N键同时 按下进行处理。同时8279可以显示多达16位的字符或数字，这样正好和DS12887 配合显示当前时间。综上，选择第二种方案。2.8时钟部分时间的设定也有两种方案：一种方案是设定一次时间后就不再改变， 这样编 程控制比较方便，但是有一个问题是一旦时间不准， 除了修改程序重新初始化以 外没有别的办法能够修订时钟；第二种方案是通过上位机从串口输入准确的时 间，这样虽然带来了编程的麻烦，但是控制时钟比较方便，可以很方便的修订时 间。本系统米用方案二。3.原理框图线包输出信号4.设计原理图4.1模拟部分(只画出一

10、路信号的放大部分，和室温测量部分 )1). AD620信号放大部分KG=C1036 AINAD620寸O-9V2). AD590测量室温部分3).稳压电源部分VinVoutLrT317 I!CNiiFO.luF0.1 ufiLMT374.2串口通讯部分-13V C耳血T2OCVout VitiuF4.3 AD574采样部分1091213+1.nLI遍 nrDffl rpOIOCfuIB15T1,14.4键盘及LED显示部分DDQ2O1?18193031blr22p21231124123r1 102? 十1072B Its 3 570W 564.5 AT89C52及其外围接口电路部分1Hij11

11、 IIIJ61r-lhV S S- IN Mil I呱 T II I nrc44肛44g44肛44Tl44444非-_ Jim111.HUH1 Nil 11 Pri 1 HI 1I MTHrunor*A6tUj十沪JJrK JlUllllilG5.1主程序流程图5.程序流程图5.2显示初始界面程序流程图显示多路温度巡回检测指导老师：赵志衡字样延时5秒后清屏显示默认地一通道字样15.3采样程序流程图选择第一通道，采样三次求平均值将结果放在外部RAM的第一 KB中存储器地址增一其余五个通道重复第一通道的操作函数返回5.4采样后送显示程序流程图通过按键值选择相应的通道从相应的外部RAM中调用要显示的

12、点，送液晶显示. /函数返回5.5键盘部分程序流程图5.6定时程序及其中断服务程序流程图初始化DS12887 ，设定当前时间及其内部时钟频率，设定工作方式将时钟信号输出到LED显示出栈，中断返回5.7上位机串口操作流程图5.8单片机串口中断服务程序流程图上位机控制符处理7厂 * 调岀上次采样保存的数据 丿根据协议生成数据包并发送 中断返回6.系统测试及结果分析6.1测试仪器UT56手持式四位半数字多用表两块DS5102CA 100MHZ双信道数字示波器一台TFG3050 DDSg数信号发生器一台DF17351SB5A直流电源一台奔四3.0计算机一台6.2测试方法先分别调试各功能单元模块，调通后

13、再进行整机调试，以提高调试效率。调 试过程如下:1).模拟部分调试 这部分包括AD590测量室温，及其经过OP07信号放大部分；五路经热电偶测温输出电压小信号经 AD620信号放大部分。调试时，先调试室温部分，通过温度计测得当前室内温度，通过调节 9V稳压源与AD590之间 串联的可调电阻的阻值使温度与输出电压的关系是 1 c代表0.1V OPO7五脚与一出电压的关系，使之满足输出信号是输入信号的 八脚之间接的是精密电阻，电阻值通过公式 R脚之间的可调电阻是用来调节零漂的。 调好室温后，再调节AD620输入电压与输1000倍，其中AD620的一脚和 49.4K询宀 确疋。G 1包括微处理器 A

14、T89C52外部数据存储器 RAM6264 74HC138译码器，时钟日历芯片DS12887并行IO接口芯片8255, AD574模数转换芯片，RS-232C双工发送器/接收器接口电路芯片MAX232液晶接口插槽，键盘接口插槽。调试的时候从液晶部分开始，执行液晶清屏和全部点亮等简单的操作，当调试成功后， 再进 行查表操作，往液晶里写数字和汉字， 都成功后说明液晶部分已经可以控制。 调 节AD采样部分时，给AD574俞入标准的5V电压，用伟福仿真器观察转化是否正 确，正确后将其写入外部RA附检查RAM是否工作正常，同样是从伟福仿真器中 相应的地址单元观察。这部分调好后输入一个方波观察转换结果是否

15、正确。都正 确后，调试采样后结果送液晶显示部分，同样是先给标准 5V电压，观察液晶上 输出是不是直线，所在位置是否正确， 正确后送方波观察结果是否正确， 其后用 正弦波观察。串口的调试方案是：先用两台计算机通过串口进行数据的传送和接 收，检查程序的正确性，然后再将串口接到实验板上进行调试。 时钟日历芯片的 调试要结合键盘及LED显示部分，可以同键盘一起调。各部分都成功后再进行整 个板的调试，检查有无冲突的地方。3).键盘、LED时钟日历部分的调试 先编写一个简单的程序将输入的键值送LED显示观察结果是否正确，对于时钟日历的调试是通过初始化 DS12887后将时间送LED显示查看结果的正确性。4

16、).整机调试 各个部分都调通后，将各部分连起来调，检查是否能满足基本功能，这部分工作量较大，要注意软件上各个部分的衔接，是否有互相影响的因素，由于程序中用到了中断，要注意对现场的保护，还有对与键盘要考虑小但是也要注意各部分豆时间是否合理。这时候硬件电路出错的可能已经比较小,是否有互相影响的地方，要注意防止外界的干扰。6.3结果分析将调试完成后的程序烧进 AT89C52中后，去掉伟福仿真器运行，观察结果。经观察液晶上的曲线有微小的跳变幅度在 2-4摄氏度之间不等，但是室温那一路比较平稳基本呈一条直线。我们认为由于液晶点数有限造成显示的时候一个AD620上带有精密点需要代表2摄氏度，这样由于在线包

17、温度上升的过程中处于临界状态的时候,由于温度的微小浮动造成显示的很大差别。再有一个原因是,电阻，而其放大倍数是1000倍，使得只要电阻有微小的变化，输出电压都会发生很大的变化从而影响采样得到值， 进而影响液晶上显示的曲线形状，对精密电阻进行屏蔽后效果会好一点。串口通讯到上位机后显示波形为:1).室温部分竹幵s口 关闭$口 至口駅骨 抒骂li择声行nETFl窗01旳h2).其中一路的温升曲线0- 广 1 严 2 5 5 4 1- 5 r 6T r F T 1 q.-F r p q 一 ! r T F r-TF-I I I I I I 小，：EAJllllllll lllllILl-r=-TH-：

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20、示3).回放时的曲线IMr; TiT几 n;口弭】!-：； ：Ti:訂:了f; H： TT仃、】rri7； M lllllllllllllhllll I I I I I I I I I I I I h I I |-|-|I I!IRIPIIIIRIII:I|-|IT ! r -ii p r i -Trr p riT -tt.I I I I I h IIII |十| P 1 I-ITPT F腐出口一川期一口用一專川工4*辖神1 Il- I I I d I b I I - I I I I- I II I I I I- I訂；-：卜 H 禺i * 1岀 詔诂! M ：；+： ! ； ： !4 I I

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