智能仪表课程设计HY

《智能仪器设计基础》考试题

题目号：3

题目：实现智能数字显示仪表。

班级：自动化0702

学号：07100519

姓名：胡源

摘要

试采用C8051F330单片机实现智能测温仪表。要求8位数码管显示（上排4位显示测

量值，下排4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数值增加、数值减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。传感器为S型热电偶，测温范围为0℃~500℃。比例控

制算法、并用PWM方式控制1000W电加热器（电源电压为220V AC）。具有4~20mA电流接口，输出温度测量值。

单片机综合练习是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。

一、设计目的及原理

1.1设计题目

实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。适配S型（铂铑10）热电偶，测温范围为0℃~1200℃。采用位式（两位、三位，具

有滞环）控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。

1.2设计原理

由热电阻传感器送来的电信号在测量桥路进行冷端自动补偿后，送入放大器，一面把信号进行放大，同时把非线性信号校正为线性信号，经线性放大信号一路Ａ／Ｄ转换电路把模拟量转换成数字信号进行数字显示，另一路传输到调节网络，

进行规定的比较运算，同时输出一个需要的控制信号和进行工作状态指示。

二、硬件设计

2.1系统原理框图

本设计智能温度数显表由温度监测、信号处理、输出控制三部分组成。其系统框图如图1所示,它通过S型（铂铑10）热电偶传感器获取绕组温度值,经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端。微控制器根据信号数据及设定的各种控制参数,按照嵌入的软件控制规律执行计算与处理,自动显示智能仪表数显表可测的温度范围、并根据当前状态输出正常、设定上下线报警等。

2.2基本模块简介

S型热电偶传感器及电路

温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。

特点：

材料性能稳定，测量精度高。

还原性气体中易被侵蚀。

低温热电势极小，冷端温度在50℃以下可不加补偿。

成本高。

热电偶输入电路：

S型热电偶信号调理电路如图10-25所示。该电路利用二极管IN4148的负温度系数实现热电偶冷端补偿。为保证0℃时输出电压为0V，电路中采用了负电源

数码管显示及指示电路

A：显示电路

SM1显示的是热电偶测的电加热器的实际温度值，SM2显示的是人工设计的电加热器的期望温度值。数码管是有HC595芯片来驱动的，HC595接在SPI通信的3个接口上。

B：指示电路

指示电路是指示按键的输入状态的。D1、D2、D3、D4与S1、S2、S3、S4一一对应，当某个按键按下时，单片机相应的引脚将置低电平，使该按键相对应的二极管发光。

按键电路

4个按键与单片机的接线图及个按键的作用如上图所示；当单片机的引脚输入为低电平时，表示该引脚所对应的按键按下，单片机实现相应的功能。

功率输出电路

4~20mA电流输出电路

采用光控过零驱动晶闸管，进而控制电加热器的通断电。

电源电路

报警电路

当温度超过报警限时，单片机相应管脚输出一定频率的电平。蜂鸣器发出响声。下载电路

下载程序代码用的是SPI接口，用ISP电缆对单片机进行编程。