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基于单片机控制的多功能智能化温度测量仪设计学士学位论文.doc
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基于单片机控制的多功能智能化温度测量仪设计学士学位论文.doc
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I
多功能智能化温度测量仪设计
摘要:本文主要介绍了温度的自动测量,包括温度传感器、单片机接口及其应用软件的
设计,大体分为以下几大部分:介绍了国内外温度检测技术和特种测温一钢水温度检测
的发展现状,并且分析了温度检测技术的未来发展方向;根据实际使用要求设计了相应
的单片机硬件系统,该系统能够实现数据采集、 数据处理、温度值的在线显示以及时钟
电路的时间显示;简略介绍了该仪表的软件部分;对该温度仪表的未来发展进行了展望。
多功能智能化温度测量仪是以 8051 单片机系统和温度检测元件一 AD590 相结合的
温度测量系统。本系统的数学模型合理,测量方法容易实现。实际仪器采用抗干扰、低
零漂、低温漂的电子元件,性能稳定。该测量仪总体特点是使用简便、实用、使用对象
广、并且实现了自动化。
关键词:温度测量 多功能 智能化 单片机
II
Designe on Multifunctional Intellectual Temperature
Measure Instrument
Abstract:The thesis introduces automatical measurement of temperature,including
temperature sensor,I/ O of single-chip microcomputer and application software,it can be
divided into some parts : It introduces the development of temperature measurement and
Temperature measuring 一 measurement of molten steel's temperature , as the development
direction of temperature measurement in the future;According to the practical demands, I
design corresponding hardware system;The system can realize data acquisition,showing of
temperature on-line.I discuss the future of the instrument.
The multifunctional intellectual temperature measure instrument introduced by the
paper is the system of 8051 single-chip microcomputer and conventional measureing
component 一 AD590. The mathematic model is appropriate,and measurement method is
easy to be excuted. The electronic components used are anti 一 jamming,less zero-drift and
less temperature-drift. The instrument is convenient and applicabale,it is steady,reliable and
so fit to use. At the same time, it has larger scope of measurement and it can be used in many
kinds of object measured. It has intellectualized the process
[4]
.
Keywords: Temperature Measurement, Multi-purpose, Intelligentiztion,
Single-chip Microcomputer
多功能智能化温度测量仪设计
1
第 1 章 绪 论
1.1 引言
温度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产
等方面起着关键的作用。因此,能够确保快速、准确地测量温度的技术及其装置普遍受
到各国的重视。近年来,利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测已成
为温度检测技术的一种发展趋势。本文介绍的智能温度检测系统,以智能化数字式温度
传感器与 PIC 微处理器有机结合,构成了一种新型智能化温度检测系统。该系统具有性
能可靠、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线路简捷、使用灵活、抗干扰
性好、可移植性强等优点,可在工程实际中得到广泛应用。
随着电子技术的发展,将组成CPU的部件集成在一块半导体芯片上,这个具有
CPU功能的大规模集成电路芯片就称之为微处理器(MPU)。微处理器的出现,推动了
微型计算机的发展,同时也引起了电子设计技术领域的探到变革—电子技术专业人员,
使之可以把微处理器部件像其他集成电路一样嵌入到电子系统中,使电子系统具有可
编程序的智能化特点,开辟了计算机技术在电子技术领域应用的广阔大地。
将微处理器、存储器、I/O电路集成到一块半导体芯片的技术再次推动了这种嵌
入式技术的发展,单片微型计算机是这种设计技术中的一个典型代表。单片机适用于
测量和控制领域,它以芯片形式嵌人到电子产品或系统中起到“电脑”作用,受到电
子专业技术人员的青睐。单片机以其体积小、可靠性高、功能的专门化为特点。沿着
与适用微处理器不同的方向发展。它的出现和发展,标志着单片嵌入技术已经成为电
子系统设计的一个重要发展方向。
本课题主要为采用单片机实现温度采集与多功能数字钟的制作。突出民用产品
的低成本多动能的特点。按照选题要求应实现温度测量精度<0。5℃,并且能够实现
数字钟和温度测量部分的通过键盘进行控制。
1.2 国内外测温技术及其发展趋势
1.2.1 国内外测温技术现状
随着国内外工业的日益发展,温度检测技术也有了不断的进步,目前的温度检
测使用的温度计种类繁多,应用范围也较广泛,大致包括以下几种方法。
(1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计。利用此原理制成的温度计大致分成
多功能智能化温度测量仪设计
2
三大类 : 玻璃温度计、双金属温度计、压力式温度计。
(2)利用热电效应技术制成的温度检测元件。利用此技术制成的温度检测元件主要是
热电偶。热电偶发展较早,比较成熟,至今仍为应用最广泛检测元件之一。 热电
偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点,因此广泛
作为温度传感器的敏感元件。
(3)利用热阻效应技术制成的温度计。用此技术制成的温度计大致可分成以下几种:
电 阻 测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏元件。
(4)利用热辐射原理制成的高温计。热辐射高温计通常分为两种:一种是单色辐
射高温计 ,一般称光学高温计;一种是全辐射高温计,它的原理是物体吸收热辐
射后 ,视物体本身的性质,能将它吸收、透过或反射。
1.2.2 国内外温度检测技术的发展动向
随着工业生产效率的不断提高,自动化水平与范围也不断扩大,因而对温度检测技
术的要求也愈来愈高,一般可以归纳以下几方面。
(1) 扩展检测范围。现在工业上通用的温度检测范围为一200^30000C,而今后要求 能 测
量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切,如IOK 以 下 的温度检
测是当前重点研究课题。
(2) 扩大测温对象。温度检测技术将会由点测温发展到线、面,甚至立体的测量。应用
范 围 己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域 。
(3) 发展新型产品。利用老的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型 产
品 ,以满足于用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。
(4) 适应特殊环境的测温。在许多场合中的温度检测器有特殊要求,例如防爆、防硫 、
耐 磨等性能要求;又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温 、 火 焰温度
检测等。
(5) 显示数字化。温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无度数误差、分辨
率 高 、测量误差小,因而有广阔的销售市场。
(6)标定自动化。应用计算机技术,快速、准确、自动地标定温度检测器。
根据上述要求,国内外温度仪表制造商将向以下几方面发展[1]。
(1) 继续生产量大面广的传统温度检测元件,如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。
(2) 加强新原理、新材料、新工艺的开发。如近来己开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度 检
测 器,厚膜、薄膜铂电阻温度检测器,硅单晶热敏电阻温度检测器等。
(3) 向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能,又要具有判 断
和 指令等多功能,采用微机向智能化方向发展。
多功能智能化温度测量仪设计
3
随着国内外工业的日益发展,温度检测技术也有了不断的进步,目前的温度检测使
用的温度计种类繁多,应用范围也较广泛,大致包括以下几种方法:
(1) 利用物体热胀冷缩原理制成的温度计。利用此原理制成的温度计大致分成三大 类 :
玻璃温度计、双金属温度计、压力式温度计。
(2) 利用热电效应技术制成的温度检测元件。利用此技术制成的温度检测元件主要是 热
电 偶。热电偶发展较早,比较成熟,至今仍为应用最广泛检测元件之一。 热 电 偶具
有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点, 因 此 广泛作为温度
传感器的敏感元件。
(3) 利用热阻效应技术制成的温度计。用此技术制成的温度计大致可分成以下几种: 电
阻 测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏元件。
(4) 利用热辐射原理制成的高温计。热辐射高温计通常分为两种:一种是单色辐射高 温
计 ,一般称光学高温计;一种是全辐射高温计,它的原理是物体吸收热辐射后 ,视物体
本身的性质,能将它吸收、透过或反射。
1.3 单片机
[1]
单片机是微机发展的一个分支,是为了适应控制系统微型化、集成化的需要而生产
和发展起来的。严格的说,对单片机目前还没有严格确切的定义。
1.3.1 单片机的历史
如果将 8 位单片机的推出作为起点,那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶
段
(1)第一阶段(1976-1978):单片机的控索阶段。以 Intel 公司的 MCS-48 为代表。
MCS-48 的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有 Motorola 、Zilog 等,
都取得了满意的效果。这就是 SCM 的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。
(2)第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。Intel 公司在 MCS-48 基础上
推出了完善的、典型的单片机系列 MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型
单片机体系结构。
①完善的外部总线。MCS-51 设置了经典的 8 位单片机的总线结构,包括 8 位
数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU 外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
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