智能仪表设计原理.docx

1、智能仪表设计原理多点温度测控仪系统的设计1多路温度测量系统概述在工农业生产和日常生活中，对温度的监测始终占据着极其重要的地位。当前使用广泛硬件电路直接采集温度的系统，虽然可以满足大部分的需求，但是随着科学技术的不断发展，对温度监测的要求不断提高，比如在精度、实时性、和功能扩展性等。此时，硬件电路系统的性能局限性问题就比较突出。基于以上原因，设计并实现了基于51系列单片机位控制核心的温度监测系统。在温度测量上，使用高精度的LM35CA温度传感器，具有精度高、系统扩展性强、可靠性高、实时性能好、体积小、功耗低等特点。2多路温度测量仪总体设计方案2.1 系统的硬件结构设计根据设备的控制需求，CPU控

2、制电路选用性能优良的8位单片机（ATMEL公司生产的，型号：AT89C52）为控制核心。2.1.1 微控制器AT89C52主要特性和功能框图AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3

3、个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.1.2主要功能特性 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口，256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz 2个串行中断 ，可编程UART串行通道 2个外部中断源 共8个中断源 2个读写中断口线 ，3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能图

4、1- 微控制器AT89C52接口电路2.1.3 温度传感器选型温度传感器采用LM35CA(可测温度范围为-40- +110),LM35 是由国半公司所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0V，每升高1，输出电压增加10mV。LM35 有多种不同封装型式,在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到 1/4的准确率。 其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系，在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常省

5、电。图2- LM35的接口电路2.1.4 温度采样电路设计本装置采用4个单8通道数字控制模拟电子开关（CD4051）,做多可采集32路温度信号。检测电路原理图如下： 图3-检测电路原理图2.1.5 AD转换和DA转换电路设计本装置AD转换采用10位的AD芯片TCL1549,DA转换采用10位的TLC5615,确保了测量的精度。 具体电路如下： 图4- AD转换电路 图5- DA转换电路 2.1.6 人机界面电路设计本装置面板上采用1个四位LED数码显示，显示各路温度，同时面板上还有三个轻触按键，按键的功能分别是：上升键、下降键、确认键。通过按键和显示电路，可以单独设定每路温度的过/欠温值。具体

6、电路如下图：图6-人机界面电路图2.1.7通信电路设计本装置在背板上配有一个RS485通信端口，用户通过该通讯端口，可以在后台读取温度信息，并可以设定每路温度的过/欠温值。具体电路如下图：图7- RS485 通信电路2.2 系统的软件设计在软件系统设计方面，整个温度测控制的软件设计可分为以下几个内容：1、初始化（采集系统参数设置和参数的存储）2、AD转换的控制和数据读取3、显示采集数据4、后台通信软件的内容只有通过合理的分配，才能确保整个装置运行的稳定性。软件的主程序的流程图如下：图8- 温度监控系统的软件流程图2.2.1采集系统参数设置和参数的存储的程序设计 根据实际工况的需求可以单独设定每

7、路测量温度的过/欠温值，并将设置好的参数存到CPU内部自带的EEPROM内。#include #include sfr ISP_DATA = 0xc2; sfr ISP_ADDRH = 0xc3; sfr ISP_ADDRL = 0xc4; sfr ISP_CMD = 0xc5; sfr ISP_TRIG = 0xc6; sfr ISP_CONTR = 0xc7; extern void Delay (unsigned int y);#define READ_AP_and_Data_Memory_Command 0x01 /* 字节读应用程序区和数据存储区 */#define PROGRAM_

8、AP_and_Data_Memory_Command 0x02 /* 字节编程应用程序区和数据存储区 */#define SECTOR_ERASE_AP_and_Data_Memory_Command 0x03 /* 扇区擦除应用程序区和数据存储区 */* 定义Flash 操作等待时间 */#define WAIT_TIME 0x02 void ISP_IAP_enable(void) EA = 0; /* close intermit */ ISP_CONTR = ISP_CONTR & 0x18; /* 0001,1000 */ ISP_CONTR = ISP_CONTR | WAIT_T

9、IME; ISP_CONTR = ISP_CONTR | 0x80; /* 1000,0000 */void ISP_IAP_disable(void) ISP_CONTR = ISP_CONTR & 0x7f; /* 0111,1111 */ ISP_TRIG = 0x00; EA = 1; /* 读字节 */unsigned int byte_read(unsigned int byte_addr) unsigned int m; ISP_ADDRH = (unsigned char)(byte_addr 8); ISP_ADDRL = (unsigned char)(byte_addr

10、& 0x00ff); ISP_CMD = ISP_CMD & 0xf8; /* 1111,1000 */ ISP_CMD = ISP_CMD | READ_AP_and_Data_Memory_Command; /* 0000,0001 read */ ISP_IAP_enable(); ISP_TRIG = 0x5a; ISP_TRIG = 0xa5; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); ISP_IAP_disable(); m = ISP_DATA; byte_a

11、ddr+; ISP_ADDRH = (unsigned char)(byte_addr 8); ISP_ADDRL = (unsigned char)(byte_addr & 0x00ff); ISP_CMD = ISP_CMD & 0xf8; /* 1111,1000 */ ISP_CMD = ISP_CMD | READ_AP_and_Data_Memory_Command; /* 0000,0001 read */ ISP_IAP_enable(); ISP_TRIG = 0x5a; ISP_TRIG = 0xa5; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_no

12、p_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); ISP_IAP_disable(); m = m 8); ISP_ADDRL = 0x00; ISP_CMD = ISP_CMD & 0xf8; /* 1111,1000 */ ISP_CMD = ISP_CMD | SECTOR_ERASE_AP_and_Data_Memory_Command; /* 0000,0011 */ ISP_IAP_enable(); ISP_TRIG = 0x5a; /* 触发ISP_IAP命令 */ ISP_TRIG = 0xa5; /* 触发ISP_IAP命令 */

13、 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); for(i = 0; i 8); ISP_ADDRL = (unsigned char)(begin_addr & 0x00ff); ISP_DATA = (unsigned char)(arrayi8); ISP_CMD = ISP_CMD & 0xf8; /* 1111,1000 */ ISP_CMD = ISP_CMD | PROGRAM_AP_and_Data_Memory_Command; /* 0000,0010 */

14、 ISP_TRIG = 0x5a; /* 触发ISP_IAP命令 */ ISP_TRIG = 0xa5; /* 触发ISP_IAP命令 */ _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); begin_addr +; /* 写一个字节 */ ISP_ADDRH = (unsigned char)(begin_addr 8); ISP_ADDRL = (unsigned char)(begin_addr & 0x00ff); ISP_DATA = (unsigned char)(a

15、rrayi&0x00ff); ISP_CMD = ISP_CMD & 0xf8; /* 1111,1000 */ ISP_CMD = ISP_CMD | PROGRAM_AP_and_Data_Memory_Command; /* 0000,0010 */ ISP_TRIG = 0x5a; /* 触发ISP_IAP命令 */ ISP_TRIG = 0xa5; /* 触发ISP_IAP命令 */ _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); begin_addr +; ISP_I

16、AP_disable();2.2.2 温度信号经AD转换的程序设计A/D转换程序是将温度信号的模拟值转换成数字值送给CPU。unsigned int AD_transition(void) unsigned char i; unsigned int adtemp; AD_CS = 1; /屏蔽I/O CLOCK Delay(2); AD_CS = 0; /使能I/O CLOCK，DATA Delay(2); adtemp = 0; /变量清零 for(i=0;i10;i+) /循环采集10次 AD_CLOCK = 0; Delay(2); adtemp = 1; if(AD_DATA) adt

17、emp +; Delay(2); AD_CLOCK = 1; Delay(2); Delay(10); AD_CS = 1; Delay(100); return(adtemp);2.2.3 后台通信 本装置可以通过RS485口，读取温度信息，并可以设定每路温度的过/欠温值。oid transmit_data(void) unsigned int i,j,k; unsigned char *pointer,n,m; if(r_full = 1) /判读数据是否接收完成 r_full = 0; r_counter = 0; i = CRCcheck(buffer_r,6); /CRC校验 j =

18、 CHARtoHEX(buffer_r+6); if( i != j) return; pointer = buffer_t; if(add1_flag = 1) *pointer+=(0x6e+communicate_add1); if(buffer_r1 = 3) *pointer+=3; k = CHARtoHEX(buffer_r+4); /字节数是字符型数据,读取数据个数 *pointer+=(unsigned char)k1; n = CHARtoHEX(buffer_r+2); if(n25) / 发送24路温度数据 for(i=0;ik;i+) m=n+i; j=i=108)&

19、(n111) ) for(i=0;ik;i+) m=n+i-108; j=i1; HEXtoCHAR(tvi_data1m,buffer_t+(3+j); k=1; j = CRCcheck(buffer_t,k+3); HEXtoCHAR(j,buffer_t+k+3); t_number = k+5; t_flag; t_counter = 0; Delaynms(2); TI = 1; 3.装置内部线路板布局方案装置内部电路主要由CPU控制电路、温度信号采集电路、按键和显示电路、通信电路组成，具体的分布情况如下图所示： 4.系统设计总结本系统设计一种基于基于51系列单片机位控制核心的温度监测系统。在温度测量上，使用了高精度的LM35CA温度传感器，具有精度高、系统扩展性强、可靠性高、实时性能好、体积小、功耗低等特点，为中范围温度监测应用提供了一个良好的通用型解决方案，具有良好的前景和推广价值。