智能仪表原理与设计综合训练报告

智能仪表原理与设计综合训练报告

题目：温度采集仪的设计班级：

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

江苏理工学院

电气信息工程学院

2015 年 11 月 13 日

目录

前言 (1)

第1章课程设计任务和要求 (2)

1.1 设计任务 (2)

1.2 技术指标 (2)

第2章系统设计方案 (3)

2.1 温度采集仪总体设计方案 (3)

2.2 各模块设计方案 (3)

第3章系统硬件电路设计 (5)

3.1 单片机STC89C52简介和最小系统 (5)

3.1.1 STC89C52单片机简介 (5)

3.1.2 STC89C52单片机最小系统 (5)

3.2 数字温度传感模块设计 (7)

3.2.1 数字温度传感器DS18B20简介 (7)

3.3 显示模块设计 (9)

3.3.1 LCD1602液晶显示器的工作原理 (9)

3.3.2 LCD1602液晶显示器的设计 (10)

3.4 报警模块设计 (11)

3.4.1 蜂鸣器简介 (11)

3.5 温度上下限值电路设计 (12)

3.6 串口输出电路的设计 (13)

3.6.1 波特率的计算 (13)

3.6.2 MAX232芯片实现串行通信的电平转换 (13)

第4章系统软件电路设计 (14)

4.1 LCD液晶显示软件设计 (15)

4.2 主控模块软件设计 (17)

4.3 温度采集软件设计 (19)

4.4 报警电路软件设计 (23)

第5章系统软硬件调试结果分析 (25)

5.1 软硬件联调结果如表1-3所示 (25)

5.2 VB界面显示如图2.7所示 (25)

5.3 软硬件联调结果分析 (26)

参考文献 (27)

致谢 (28)

附录A 硬件原理图 (29)

附录B 实物图 (32)

附录C 元器件清单 (34)

前言

在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，目前使用最广泛的温度测量系统一般由温度测量元件、温度变送器和温度指示仪表三个部分组成。这种结构存在两个方面的缺点：一是三个部分相互分离，不便于随身携带和进行临时性的测量；二是整个系统不易取得较高的性能价格比。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。

本文提出的一种由单片集成电路构成的温度传感器的种类多，测量的精度高，响应时间短，使用方便无需变换电路等。该测温仪本身就是一个完整的温度测量系统，它不仅可以将代表被测温度值的电信号转换成温度值并显示出来，而且还将处理后的温度数值转换成电流或电压信号输出，以供计算机或其他仪表使用，即完成温度变送器的功能。

近年来，美国DALLAS公司生产DSI8B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。DSI8B20集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量。温度采集仪增加PC机与单片机之间的通信，可以对实时温度进行远程监测与存储，此仪器可用于蔬菜大棚的监控或者工厂中的锅炉温度的采集等场合应用广泛。

第1章课程设计任务和要求

1.1 设计任务

本次课程设计要求设计出智能化温度测量仪表，要求该测量仪表能够通过温度传感器采集温度，并将温度传到单片机进行处理，并通过液晶显示，同时以单片机为核心的主控单元通过对按键的操作，设定上下限报警温度与实测温度进行比较，并判断是否报警，且与PC机通信将监测的温度发送到PC机。

温度监测界面可用VB进行编程设计实现上位机人机界面的设计，要求上位机发送的命令下位机能及时的给与响应，并且上位机能够实时准确的显示下位机所上传数据以及电机设备的运行状态；使用汇编语言完成下位机程序驱动，并且要尽量保证系统的稳定性和可靠性以及使用性。

1.2 技术指标

1.可以对0℃～＋125℃温度进行实时采集并能（通过液晶）显示；

2.可以通过按键人工设定上下限报警温度并判断是否报警（蜂鸣器发出响声）；

3.实现下位机与PC机之间的串行通信（在PC机上用VB所编写界面显示实测温度值）。

第2章系统设计方案

2.1 温度采集仪总体设计方案

单片机控制电路中使用STC89C52。温度采集电路中采用数字温度传感器DS18B20（该传感器具有测温范围广、测温准确的优点，其精确度可达到0.1摄氏度，可测量的温度范围从-55~125摄氏度）。将采集到的温度数据送到单片机，通过单片机控制的温度报警模块判断是否报警，最终将实测温度发送到液晶显示器LCD1602显示，同时很方便的完成单片机与PC机之间的串行通信（利用MAX232芯片实现电平转换功能，在VB程序编写的界面上显示监测温度）。

温度采集仪设计如图1.1所示。

图1.1 图温度采集仪设计

2.2 各模块设计方案

本设计是一个基于单片机的温度采集仪，利用单片机的功能强大且体积小、价格低、抗干扰性好等特点，根据需要完成的功能需要在本设计中实现温度的采集、显示、上下限报警温度值设定、报警和与PC机的串行通信等功能。本设计中主要分硬件与软件的设计，硬件包括：主控模块、温度传感模块、显示模块、按键模块、报警模块、通信模块等，软件包括：温度采集、按键与报警、显示、PC机上的温度界面等。

（1）主控模块：可以选用STC89C系列的单片机，这里采用的STC89C52单片机，价格便宜，使用方便，STC89C52的片内RAM已能满足存放要求。

（2）温度传感模块：由于本设计中单片机除了要完成数据采集、处理、控制和显示任务外，还要完成按键值的采集、处理。如果用常规的数字加模拟电路实现就会相对困难一些。本设计选用的数字式集成温度传感器DS18B20。DS18B20是DALLAS半导体公司（现属MAXIM公司）设计生产的单总线数字温度传感器，其测量温度范围为－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。这个传感器最大的特点就是能够从一根总线直接输出二进制的温度信号，不需要A/D转换和信号放大。这样的选择使得整个电路的硬件设计更为简化，节省了单片机的资源。

（3）显示模块：可以使用数码管或者液晶显示，两者皆可。在本设计中，主要使用液晶，焊接简单且程序调用方便。

（4）按键模块：本设计采用三个按键分别用来设定上限、下限温度。

（5）报警模块：就是当设定的温度在门限温度之外，就会报警，蜂鸣器发出响声。

（6）通信模块：RS-232电平与单片机TTL电平之间的转换方式，可以使用分立元件焊接而成，也可以直接使用集成芯片MAX232芯片。从电路使用方便的角度来看直接采用集成芯片，适应性更强，加之其价格适中，硬件接口简单。

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