智能化温度测量仪

《过程控制系统》课程设计设计题目：智能化温度测量仪设计学生：专业：测控技术与仪器班级学号：指导教师：吕江涛设计时间：2012.6.17-2012.6.29东北大学秦皇岛分校自动化工程系《过程控制系统》课程设计任务书专业测控技术与仪器班级姓名设计题目：智能化温度测量仪设计一、设计实验条件过程控制系统实验室实验系统二、设计任务1、温度传感器采用AD590，单片机为核心温度控制系统。

系统主要由温度传感器，单片机控制系统、锅炉温度对象、执行器（查找资料自己选择）等组成.2、写出温度测量过程，绘制温度测量仪组成框图3、（1）系统硬件电路设计单片机采用89S52；共阴极数码管，A/D采用ADL7315。

（2）编制温度测量程序：软件采用模块化程序结构设计,由温度采集程序、温度校准程序与测量程序三部分组成。

三、设计说明书的内容1、设计题目与设计任务（设计任务书）2、前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、主体设计部分4、参考文献5、结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：2周2、设计时间安排：熟悉实验设备、实验、收集资料：4天设计计算、绘制技术图纸：4天编写课程设计说明书：5天答辩：1天目录一概述 (4)1 引言 (4)2 设计要求 (5)3工作原理 (5)4方案设计 (6)二系统硬件设计 (7)1 单片机控制模块 (7)2 AD590温度采集模块 (8)3 A/D转换模块 (10)4 键盘扫描模块…………………………………………5 报警电路………………………………………………6 温度控制器件电路……………………………………7 接口通信电路…………………………………………8 电源输入部分…………………………………………三程序设计………………………………………………..1 程序结构分析…………………………………………2 程序流程图……………………………………………四结束语…………………………………………………………………………………..五参考文献………………………………………………………………………………….六附录……………………………………………………………………………………..前言【摘要】：本课题介绍了以AT89S52单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。

温度信号由温度芯片AD590采集，并以数字信号的方式传送给单片机。

文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、温度显示电路、报警电路和一些接口电路。

单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。

文中还以图文并茂的方式着重介绍了各部分的电路组成和软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：主程序、数码管显示子程序、键盘扫描及按键处理子程序、温度设定子程序、以及有关DS1820的程序。

【关键词】：S52单片机；温度；AD590 ; 温度采集；温度控制一概述1 引言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。

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。

温度对于工业如此重要，由此设计一个具有高可靠性，灵活姓方便性和有高的测量精度和分辨率，测量范围大；抗干扰能力强，稳定性好；信号易于处理、传送和自动控制；便于动态及多路测量，读数直观；安装方便，维护简单的温控是很有必要的。

所以采用AT89S52单片机和AD590传感器构成测温系统来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等以上优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

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测温系统。

2 设计要求设计基于单片计算机的温度控制器，用于控制温度。

具体要求如下:1. 自动检测温度并用LED显示；2. 键盘实现测温、设温、控温等功能切换；3. A/D转换，温度以℃为单位；4. 温度测量和控制范围：0~99℃；5. 温度控制精度：±1℃；6. 要求能够和上位机进行通讯或实现数据存储；7. 要求仪表工作稳定、可靠、控制实时准确。

8. 超调量σ%≤20%9. 温度误差≤±0.5℃10. 人-机对话方便3 工作原理温度传感器AD590从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S52 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。

当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。

当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。

系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。

系统结构框图及工作原理4 方案设计该系统主要通过单片机实现对温度的控制，数据来源于集成温度传感器AD590的采集，并通过AD0808模数转换模块进行模拟量到数据量的转换，将转换的数据通过串口传给PC 机，同时将温度用数码管显示，通过4*4键盘进行温度设定。

综上，该系统主要包括单片机控制模块、AD590温度采集模块、A\D 转换模块、键盘扫描模块、温度控制器件电路、接口通信模块、电源输入部分、报警电路。

二 系统硬件设计1 单片机控制模块AT89C52是一个低电压，高性能8k bytes 的可反复擦写的FPEROM—FlashProgrammable and ErasableRead Only Memory）和256 bytes，器件采用MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，在电子行业中有着广泛的应用。

单片机接线图：2AD590温度采集模块集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。

1 主要特性AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。

根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。

AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图3-2所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。

集成温度传感器的电路符号如图3-2所示。

图3-2 AD590外形（图1）及电路符号（图2）1、流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：I T/T=1μA /K式中：I T——流过器件（AD590）的电流，单位μA。

T——热力学温度，单位K。

2、 AD590的测温范围-55℃- +150℃。

变3、 AD590的电源电压范围为4V-30V。

电源电压可在4V-6V范围变化，电流IT 化1μA，相当于温度变化1K。

AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。

4、输出电阻为710MΩ。

5、精度高。

AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线形误差±0.3℃。

2 AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mV／K的电压信号。

其基本电路如图3-3所示。

图3-3 AD590内部核心电路图3-3是利用ΔUBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。

其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。

T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为ΔUBE。

因此，电流I1为：I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R对于AD590，n＝8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。

由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。

图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1μA／K的I 值。

图3-4 AD590内部电路图3-4所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4相当于图3-3中的T1、T2，而T9，T11相当于图3-3中的T3、T4。

R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。

T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。

T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。

T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。

R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。

T1～T4是为热效应而设计的连接防式。

而C1和R4则可用来防止寄生振荡。

该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的1／3。

T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。

T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出：ΔU BE＝（R6－2 R5）I／3R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的2／3。

根据上式不难看出，要想改变ΔUBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使ΔUBE 减小，不过，改变R5对ΔUBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。

实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250℃之下使总电流I达到1μA／K。

3A/D转换模块采用A/D0808进行A/D转换ADC0808转换器带有8位A/D转换器、8路多路开关及微处理机兼容的控制逻辑76COMS组件，它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接连接。

ADC0808构成：由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器以及一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。