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基于单片机设计实现多点温度的监测.pdf
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2022-11-10
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基于单片机的炉窑多点温度监测系统
一、系统背景
温度是一般工业领域最容易碰到的检测参数,如环境温度的检测,工业工艺
温度参数的检测,设备的温度保护检测等,而市场上专用的、通用的各类温控仪
产品也比较丰富,国内外的温度检测仪器的发展水平主要体现在仪器的竹能化水
平、测最的温度范围、测拟的精度以及仪器的功耗等技术指标上,目前国内的温
度测星,在精度上很少有高于 0. 1℃。
在同一个行业,各个企业之间的现代化水平的差异也十分人,尽管目前的计
算机技术和电子技术的发展水平都十分迅猛,但仍有一部分企业对温度的测量,
还停留在用水银温度计作为测量工具。近年来,信息化一词在自动化领域内十分
叫响,它在一定程度上推动了自动化技术的发展,我们的许多厂矿企业,运用计
算机的水平不再体现在办公室的管理上,而且深入到生产的各个环节,各种可能
导致安全生产隐患的各个环节在可能的条件下均运用了先进的计算机监控,例如:
煤矿计算机调度监控系统、胶带输送机的计算机综合保护系统、各种现场的电机
温度保护系统、各种炉窑的温度控制系统以及化工行业的温度工艺参数的自动调
节等,无不有温度参数的监测。
二、系统概述
本设计由一台上位机(PC 微型计算机)、下位机(单片机)、多点温度数据采
集电路,组成多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232 串行通信标准,
通过上位机(PC)来控制下位机(单片机)进行现场温度采集。温度值既可以送回
PC 机进行数据处理,由显示器显示出来。也可以由下位机单独工作,实时显示
当前各点的温度值,对各点进行控制。
下位机采用的是单片机基于数字温度传感器 DS18B20 的系统。DS18B20 利用
单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的
抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。
采用上下位机实现,下位机使用 AT89C52,可以实现按键控制,多路温度采
集,对温度的实时显示:上位机可以实现对下位机的控制,对于下位机采集到的
数据可以利用绘图软件绘成图显示出来。这种方案能够存储很多的数据,方便对
数据的处理,适合工业现场的实时控制。
在多点测温系统中,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 AD 转换,
而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及
放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片 DS18B20 测量温
度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法和很多外
围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较
好。在 0-100℃时,最大线形偏差小于 1℃DS18B20 的最大特点之一采用了单总
线的数据传输,由数字温度计 DS1820 和微控制器 AT89C52 构成的温度测最装置,
它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比
较简单,体积也不大,且由干 AT89C52 可以带多个 DSB1820,因此可以非常容易
实现多点测量,轻松的组建传感器网络。
采用温度芯片 DS18B20 测量温度,可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能
电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快。而且,集成块的
使用,有效地避免外界的干扰,提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将
成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片,也是顺应这一趋势。
键盘及显示
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 64 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,并能对双键或 N 键同时按下进行处理。
设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是
RS-232 串行通讯的标准,通过下位机(单片机)进行现场的温度采集,温度数据
既可以由下位机模块实时显示,也可以送回上位机进行数据处理,具有巡检速度
快,扩展性好,成本低的特点。
实际采用电路方案如下图:
PC 机
下位机
AT89C52
测温电路
键盘控制
显示电路
总体方案图
三、电路设计
系统底层电路的功能主要包括:多点温度测试及其相关处理,实现显示温度
信息与上位机通讯传输温度数据。硬件设计主要包括以一下几个模块:键盘以及
显示电路,A 温电路,串口通讯电路。下面对电路分模块进行说明:
测温电路
这里用到温度芯片 DS18B20,DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度
传感器,具有 3 引脚 T0-92 小体积封装形式。测温分辨率可达 0.0625C,被测温
度用符号扩展的 16 位数字址方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可
采用寄生电源方式产生。CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信,占用微
处理器的端口较少,可节省大最的引线和逻辑电路。
DS I8B20 支持“一线总线”接口,测量温度范 C4I 为-55℃~+50C,在-10-+85℃
范围内,精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大
提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备
或过程控制、测温类消费电子产品等。
硬件连接电路图如下图
1 2 64
DS18B20DS18B20 DS18B20
GND
AT89C52
P1.0
VSS
测温电路
键盘及显示电路
键盘显示电路主要用到 8279 芯片,8279 是可编程的键盘、显示接口芯片。它既具有按
键处理功能,又具有自动显示功能,在单片机系统中应用很广泛。
在本设计中只使用了三个数码管和四个按键,所以只需要采用译码方式设计电路。8279
连接键盘使用时需要注意以一下两点:一、8279 要求时钟 CLK 频率是 100KHZ 左右。
本设计中使用的是 6MllZ 的晶振,ALE 出来的信号是 1MHZ 的频率,需要进行十分频(这可
用编程实现);第二、键盘按键的处理是通过IRQ 电平来判断的,有键按下才为高电平,本设
计中采用的是外部中断 0 服务子程序来处理键盘按键,所以需要将 IRQ 通过反向器与 INTO
连接,键盘显示电路图见“原理图一、键盘显示电路图”。
串口通信电路
AT89C52 有一个全双工的串行通信口,使单片机和 PC 机之间可以很方便地进行串行通
信。进行串行通信时要满足一定的条件,PC 机的串口是 RS232 电平的,而单.片机的串口是
TTL 电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,在本设计中采川了 MAX232 芯片进行电
平转换。具体电路“原理图二、串口通信电路图”。
四、软件设计
本次设计的系统软件包括四个部分:主程序、定时器 T0 中断服务程序、外
部中断 0 服务子程序、测温子程序。
主程序:用于实现 8279 初始化、定时测温。
定时器 T0 中断服务子程序:时钟定时,配合单片机 1S 定时采样。
外部中断 0 服务子程序:用于对键盘按键的处理。
测温子程序:实现测温功能。
程序流程图设计
说明:本设计中是用了三种中断:外部中断 0 中断、定时器 T0 中断、串行
口中断。8279 初始化包括选择显示方式、调整 8279 时钟为 100KHZ(ALE 分频)。
定时器设置包括:设置定时方式、定时器初值。单片机每 1S 进行自动测温、显
示一次。流程图如下:
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