XX大学 学 士 学 位 论 文
温度数据采集系统设计
院系名称： 专 业： 电子信息 学生姓名： 学 号： 指导老师：
XX大学学位委员会办公室制
二〇一 年 月 日
摘 要
随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。
本课题以AT89C51单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，同时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到主控机，进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果（包括历史数据）进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到系统整体统一、和谐的效果。
关键词：单片机 RS485协议 温度测量
Abstract
As the industry and the society developing, the temperature becomes more and more important and a lot of products are sensitive to temperature. However, temperature-measuring apparatus in the market now only can check and measure the temperature of one point, at the same time, the temperature information is not real time and the precision is low. It takes a great of troubles for the industry-controllers to make decision .In this situation, design and implement one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is real time and the precision is great is more essential. In order to meeting this application, this paper talk about The Multiple-Point’s temperature Measuring System.
This system based on single chip computer, can inspect and control multiple temperatures in real time. The Slaved Machine can collect temperature information on its own and display it on the LED module. Following the Master Machine’s command, the Slaved Machine can up-send the temperature
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information to the Master Machine through the RS-485 bus interface and the communication protocol. The Master Machine sends commands, controls the Slaved Computer gathering and up-sending the temperature data including history information, and it manages processes and stores the temperature information. The Master and Slaved Computer will exchange information and correspond to each other, so it works together perfectly.
Key words single chip computer RS-485 protocol measure-temperature
目 录
摘 要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................... 2 第1章 绪论 .......................................................................................................... 4 1.1 课题背景 ...................................................................................................... 4 1.2 系统整体目标 .............................................................................................. 5 1.3 方案比较 ...................................................................................................... 6
1.3.1 设计方案一 ........................................................................................ 6 1.3.2 设计方案二 ........................................................................................ 6 1.3.3 设计方案三 ........................................................................................ 6 第2章 硬件设计 .................................................................................................. 8 2.1 稳压电源的设计 .......................................................................................... 8
2.1.1 稳压电源的组成 ................................................................................ 8 2.1.2 电源设计 ............................................................................................ 8 2.2 温度信号的获取与放大 ............................................................................ 10
2.2.1 温度传感器选用细则 ...................................................................... 10 2.2.2 温度信号获取与放大电路 .............................................................. 11 2.3 模数转换单元 ............................................................................................ 12
2.3.1 12位串行A/D转换器MAX187 .................................................... 12 2.3.2 模数转换单元电路的设计 .............................................................. 13 2.4 通信模块设计 ............................................................................................ 14
2.4.1 RS-485接口简介 ............................................................................. 14 2.4.2 电路设计 .......................................................................................... 15 2.4.3 通信协议的建立 .............................................................................. 16 2.5 键盘模块的设计 .......................................................................................... 16
2.5.1 HD7279A的原理 ............................................................................ 16 2.5.2 键盘电路设计 .................................................................................. 18 2.6 液晶显示模块的设计 .................................................................................. 19
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2.6.1 DM-162液晶显示模块 ................................................................... 19 2.6.2 DM-162与MCU接口电路 ............................................................ 20 2.7 单片机控制电路 .......................................................................................... 21
2.7.1 单片机概论 ...................................................................................... 21 2.7.2 单片机外接电路 .............................................................................. 24 第3章 软件设计 ................................................................................................ 26 3.1 程序设计语言与软件开发环境 ................................................................ 26
3.1.1 程序设计语言的选用 ........................................................................ 26 3.1.2 系统软件开发环境 ............................................................................ 27 3.2 软件程序设计 ............................................................................................ 27
3.2.1 键盘管理 .......................................................................................... 30 3.2.2 用户界面的液晶LCD显示 ............................................................ 30 3.2.3 模拟量的采集与处理 ...................................................................... 30 第4章 抗干扰设计与误差分析 ........................................ 错误！未定义书签。 4.1 抗干扰设计 ................................................................ 错误！未定义书签。
4.1.1 抗干扰技术主要体现 ...................................... 错误！未定义书签。 4.1.2 用于单片机系统的干扰抑制元件 .................. 错误！未定义书签。 4.1.3 提高单片机系统抗干扰能力的主要手段 ...... 错误！未定义书签。 4.2 误差分析 .................................................................... 错误！未定义书签。 结 论 .................................................................................................................... 31 致 谢 .................................................................................................................. 32 参考资料 ................................................................................................................ 33 附 录 1 .................................................................................. 错误！未定义书签。 附 录2 ................................................................................... 错误！未定义书签。
第1章 绪论
1.1 课题背景
在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工
业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎?的工业部门都不得不考虑着温度的因素。
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温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。
传感器主要大体经过了三个发展阶段：模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；智能温度传感器。能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。
温度传感器的发展趋势。
进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
传感器在温度测控系统中的应用。
目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在-200℃~800℃之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.001~0.01之间。自带LED显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。
针对目前市场的现状，本课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。
1.2 系统整体目标
本系统的实现目标： 1. 实时巡检功能
本系统能够同时检测4路温度，检测温度范围0℃～400℃。根据实际需要，检测点数是可以扩展的。
2. 高精度
应用12位AD转换芯片，采用过采样和工频周期求均值技术，分辨率达到16位，检测温度变化最小值达到0.007℃。
3. 传输距离远
使用RS-485串行总线进行传输，MAX485驱动芯片进行电平转换，传送距离大于1200m，抗干扰能力强。
4. 功能完善
(1) 由主控机统一设置系统时间和温度修正值。
(2) 可由主控机分别设置各从机的温度报警上下限，主机、从机均具有声光报警功能。 (3) 具有定时、整点收集各从机数据功能，使用I2C串行E2PROM，可保存各从机以往24小时的数据，具有数据更新与掉电保护功能。
(4) 具有数据存储功能，可查询各从机以往24小时的温度情况。 从机可显示当前温度、时间、报警阈值等信息。
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