主从机均采用中文点阵式液晶显示器，人机界面友好。 (5) 自带+5V和+12V直流稳压电源。
1.3 方案比较
温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机等。
1.3.1 设计方案一
采用模拟分立元件，如电容、电感或晶体管等非线形元件，实现多点温度的测量及显示，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大。
1.3.2 设计方案二
采用PC机作为主控机，单片机构成信号采集单元。通过温度传感器采集温度信号，经信号放大器放大后，送到A/D转换芯片，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，通过通信线路将信息上行到PC机，在PC机上我们可对温度信号进行任何分析、处理。
多路开关 PC机控制的主控制器 总温度传感器 变送器 A/D转换单片机控制的检测系统 线 LCD显示图1-1 方案二的框图
采用该方案技术已经成熟，而且通过将温度信息上传到PC机，利用PC机强大的数据处理能力和相应的辅助软件，可以多角度、多需求的分析处理温度数据，但这在工业上大多不是必须的。而且目前PC的机价格的原因，制造出这样的系统，不会得到普遍的应用。所以我不准备采用此种方案。
1.3.3 设计方案三
本方案以AT89C51单片机系统为核心，对多点的温度进行实时控制巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地储存、显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将将采集的数据传送到主控机，进行进一步的分析、存档、处理。主控机负责控制指令发送，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、显示和打印。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到了系统整体统一和谐的控制效果。 从机1 温度测点1 键盘
主从机2 温度测点2 控LED模块 机89C51
温度测点3 从机3 6 声光报警
图1-2 方案三的系统框图
该方案主控机和从机完全由单片机实现，采用该方案完全可满足工业上大部分需求，而且相对与第二种方案价格更加容易让人接受。上图中，从机部分实现的功能几乎和主机是对等的，但会接受主机发送过来的命令的指示。
LED MCU 温度测
传感器 ADC RS-485接口电路 声光 报警
图1-3 从机部分的框图
该方案采用热电阻PT100做为温度传感器、AD620作为信号放大器MAX187作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。相对与方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升。相对与方案3，具有更高的性价比，更大的市场。所以我采用方案3完成本设计。
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第2章 硬件设计
2.1 稳压电源的设计
2.1.1 稳压电源的组成
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值。交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给集成电路供电的，而要通过整流电路将交流电变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近稳恒的直流电。但这样的电压还随电网电压波动（一般有?10%左右的波动），负载和温度的变化而变化，因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。
稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
2.1.2 电源设计
工作原理：图中为T1电源变压器，它的作用是将交流电网电压V1变为整流电路要求的交流电压 V2?2sin?t，四只整流二极管D1~ D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。
先计算文件参数：
二极管D1、D3和D2、D4两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为
1UID=IC=0.452R。
L2二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图1中看出。在v2正半周时D1、D3导通，D2、D4截止。此时D2、D2所承受的最大反向电压均为的v2最大值。即VRM=2V2 同理，在v2的负半周，D1、D3也承受到同样大小的反向电压。
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图2－1 +12V电源示意图
桥式整流电路的优点是输出电压高 ，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因为电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。
滤波电路：我们采用电容滤波电路。因为本设计为小功率电源,初始时电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当V2为正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；当V2为负半周时，通过D2、D4向电容器C充电。充电时间常数为?c?RintC。Rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于Rint一般很少，电容器很快就达到了交流电压的V2的最大值2V2。由于电容器无放电回路，故输出电压保持在2V2，输出为一个恒定的直流。 电容滤波电路的特点：
1. 二极管的导电角???，流过二极管的瞬时电流很大，电流的有效值和平均值的关系与波形有关。在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大，在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值I2?1.11I1而有电容滤波时I2?(1.5~2)I1
2. 负载平均电压V1升高，纹波(交流成分)渐少，且RC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取
τd=RLC≥(3~5)T/2 （2－1） 其中T为电源交流电压的周期。
3. 负载直流电压随负载直流电流增加二减少。V1随IL的变化关系称为输出特性或者外特性。
C值一定，当RL=∞，即空载时
VL0?2V2?1.4V2
当C=0，即无电容时
VL0?0.9V2 4. 在整流电路的内组不太大(几欧)和放电时间常数满足式（2－1）的 关系时，电容滤波电路的负载电压V1和V2的关系约为
V1?(1.1~1.2)V2
总之，电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。 +5V电源电路如图所示。
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图2-2 5V电源示意图
2.2 温度信号的获取与放大
2.2.1 温度传感器选用细则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1. 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
2. 灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的串扰信号
3. 频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
4. 线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5. 稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
6. 精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
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