基于單片機(jī)的智能溫度巡檢儀設(shè)計(jì)(doc畢設(shè)論文)

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1、第2章基于單片機(jī)的智能溫度巡檢儀設(shè)計(jì)對于工業(yè)過程小型測控設(shè)備或者專用的智能化儀表，自動化工作者一般是采用以單片微型計(jì)算機(jī)為核心，配以相應(yīng)接口電路的模式來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)本身只是一個微控制器芯片，只有當(dāng)它和外圍電路有機(jī)地組合在一起，并配置適當(dāng)?shù)墓ぷ鞒绦蚝?，才能?gòu)成為一個單片機(jī)智能應(yīng)用系統(tǒng)。本章以工業(yè)生產(chǎn)過程中最基本的溫度參數(shù)測量為例，說明一臺智能溫度巡檢儀的設(shè)計(jì)思路、硬件配置、軟件編程、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及調(diào)試考核過程。2.1設(shè)計(jì)任務(wù)2.1.1主要功能為了滿足工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控的要求，設(shè)計(jì)的智能溫度巡檢儀應(yīng)當(dāng)具有如下功能

2、：能與常用溫度傳感器配合檢測多路溫度，本例是與溫度傳感器Pt100型鉑熱電阻配合，巡回檢測8路溫度；可選擇定點(diǎn)顯示方式，也可選擇巡回顯示方式；在全量程內(nèi)，可設(shè)定超限報(bào)警值，當(dāng)實(shí)測溫度超過設(shè)定值時，發(fā)出報(bào)警信號且有常開接點(diǎn)輸出；將檢測的每路溫度轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之線性對應(yīng)的4～20mA電流輸出；支持RS-485通信方式，方便組成局域監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，使實(shí)測溫度、溫度超限設(shè)定值等參數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中共享。2.1.2技術(shù)指標(biāo)?測量范圍：-200℃～850℃。?測量精度：優(yōu)于0.5級。?溫度巡檢周期：1s。?巡回顯示周期：以秒為單位，可

3、選定。?工作環(huán)境溫度：0℃～50℃。?相對濕度：小于85%。?供電電源：220VAC，±10%，50Hz。?結(jié)構(gòu)形式：盤裝式。?外形尺寸：160mm（長）×80mm（寬）×160mm（深）。開孔尺寸：152mm×76mm。2.2總體設(shè)計(jì)首先要確定實(shí)現(xiàn)主要功能與技術(shù)指標(biāo)的硬件、軟件的總體設(shè)計(jì)方案。必須遵守以下三個設(shè)計(jì)理念。①智能溫度巡檢儀是以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)，有些功能既可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，也可以通過硬件配置實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)遵守“能軟不硬”的理念，即凡是能夠用軟件方案實(shí)現(xiàn)的功能就不用硬件方案實(shí)現(xiàn)，其目的

4、是降低制造成本。軟件方案只需在軟件開發(fā)設(shè)計(jì)中一次性投入，一旦開發(fā)成功，在制造過程中將降低材料成本和安裝成本，同時能夠提高整機(jī)的可靠性。任何電子元器件都有老化失效的問題，整機(jī)的可靠性與采用元器件的數(shù)量成反比，減少使用的元器件數(shù)量，就相當(dāng)于提高了整機(jī)的可靠性。②設(shè)計(jì)過程應(yīng)當(dāng)兼顧技術(shù)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，技術(shù)指標(biāo)再高的儀表設(shè)備，如果制造成本高、售價高，將不會有市場前景。③在設(shè)計(jì)過程中，選用的元器件與材料的市場供應(yīng)渠道必須暢通。電子元器件、電子材料的發(fā)展日新月異，必須選用目前市場敞開供應(yīng)的元器件與材料，否則將給日后的

5、制造與維護(hù)帶來很多麻煩。如果設(shè)計(jì)中選用了一些早已淘汰的元器件，將無法實(shí)現(xiàn)樣機(jī)的研發(fā)。即便樣機(jī)開發(fā)成功，以后生產(chǎn)制造中的材料采購也十分困難。1.硬件總體方案主機(jī)電路采用以8位單片機(jī)為核心的方案，片內(nèi)要有足夠多的資源，盡量減少擴(kuò)展外部功能芯片，減小體積，降低造價。單片機(jī)要有如下資源：1.足夠的片內(nèi)程序存儲器，容量不小于20KB2.足夠的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，容量不小于256B3.定時器/計(jì)數(shù)器不少于3個。（通訊和A/D轉(zhuǎn)換要求）。4.中斷源不少于3個5.有串行通訊接口6.有通用I/O接口為保證測量精度，前向通道A

6、/D分辨率不低于12位。為了降低造價，8路溫度通道通過多路開關(guān)技術(shù)，公用一個放大器、一個Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。后向通道的多路模擬量輸出，采用一個D/A轉(zhuǎn)換器，８路保持器，利用軟件定時刷新的方法實(shí)現(xiàn)多路模擬量輸出。人機(jī)接口的顯示器采用LED數(shù)碼管，其亮度高，有效觀測距離遠(yuǎn)，成本低。按鍵采用薄膜按鍵，手感好，壽命長。通訊接口采用RS-485傳輸技術(shù)，方便按照總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M成局域測量網(wǎng)絡(luò)，而且RS-48５傳輸技術(shù)成熟，成本低。2．軟件總體方案軟件任務(wù)比較簡單，不需要嵌入操作系統(tǒng)，主要包括監(jiān)控程序、人機(jī)服務(wù)程序、數(shù)據(jù)

7、采集處理程序、通信服務(wù)程序幾部分。為了保證實(shí)時性要求，提高運(yùn)行效率，采用ASM51匯編語言編制。3．外形結(jié)構(gòu)方案按盤裝儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其外形結(jié)構(gòu)尺寸、安裝尺寸、安裝方式、接線方式與常規(guī)測試儀表保持一致，便于替代傳統(tǒng)測試儀表。2.3硬件系統(tǒng)及驅(qū)動程序設(shè)計(jì)8路溫度巡檢儀的硬件由主機(jī)電路、前向通道、后向通道、人機(jī)接口電路、通信接口及供電電源幾部分組成，如圖所示。其中，主機(jī)電路由CPU、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、EEPROM存儲器、定時器/計(jì)數(shù)器、通用異步串行收發(fā)器、中斷控制器、WDT定時器及通用并行接口等部件組成

8、；前向通道電路由Pt100轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、多路模擬開關(guān)電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成；后向通道電路由D/A轉(zhuǎn)換電路、多路模擬開關(guān)電路、V/I轉(zhuǎn)換電路、繼電器驅(qū)動電路組成；人機(jī)接口電路由按鍵和LED數(shù)碼管組成；通信接口電路由RS-485接口電路組成；供電電源電路分別向系統(tǒng)數(shù)字電路提供邏輯5V電源，向模擬電路提供±12V與±5V模擬電源。2.3.1主機(jī)電路設(shè)計(jì)主機(jī)電路設(shè)計(jì)的核心是選擇一款恰當(dāng)?shù)那度胧教幚砥?，其處理速度、?nèi)含的存儲器容量、