多通道溫度采集記錄儀的設計

1、多通道溫度采集記錄儀的設計Time:2013-03-14 03:17:29Author:賈秀梅 羅亞萍Source:北大學電子電工實驗中心信息與通信工程學院 關鍵字：多通道溫度采集記錄儀,ADC0809引言溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業(yè)、農業(yè)生產(chǎn)中常見的也是最基本的參數(shù)之一，也是測量領域最重要的參數(shù)之一。在電力、石油、冶金、化工、大型倉儲室等各領域都需要采集溫度信息，并對其進行控制。因此，準確、方便地獲取溫度就顯得特別重要。本文將電路設計、微機控制、通信及相應的技術和傳統(tǒng)的溫度測試理論相結合，以單片機為主要的控制中心進行實時控制，通過RS-232串行通信和上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，并通過Pr

2、oteus仿真軟件對其進行調試。系統(tǒng)總體設計和硬件電路本設計主要包括上位機和下位機兩部分，核心部分是單片機控制的下位機，本系統(tǒng)由前端采集單元、主控單元、數(shù)據(jù)存儲單元、鍵盤顯示單元、報警控制單元、看門狗電路單元構成。該系統(tǒng)將下位機采集到的溫度信號轉換成電路或電壓信號，經(jīng)過放大電路放大傳輸?shù)紸/D轉換器。A/D轉換器負責將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號傳送給單片機，在經(jīng)過RS-232送到計算機上，通過單片機對數(shù)據(jù)進行分析處理，然后將數(shù)據(jù)送到報警程序與設定值進行比較，如果發(fā)現(xiàn)采樣的平均值超過預設的報警值或低于預設的報警值時，則執(zhí)行報警處理程序，發(fā)出報警信號。如果采樣的平均值在設定值之內，則采樣繼續(xù)，通過LE

3、D數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖圖2 ADC0809與單片機接口圖A/D轉換模塊電路設計ADC0809與單片機AT89C51的硬件接口有三種方式：中斷方式、查詢方式和等待延時方式。本設計中用查詢方式，ADC0809與單片機的連接如圖2所示。由于ADC0809片內無時鐘，則利用ATC89C51提供的地址鎖存允許信號ALE獲得，ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后輸入到ADC0809中作為時鐘信號。這樣的采樣速度足夠滿足漏電和短路的保護要求。溫度采集電路設計本系統(tǒng)中溫度采集電路是8通道溫度傳感器，由8選1模擬選擇開關循環(huán)選通，被選中的溫度傳感器信號由信號處理及放大電路進行處理之后送入A/D轉

4、換器，再由單片機控制A/D轉換器進行溫度數(shù)據(jù)的采集，八路溫度模擬量采集的電路設計相同，這里以一路溫度模擬數(shù)據(jù)采集為例進行說明，如圖3所示。報警電路設計當某一通道的溫度測量值超出預先設定的上、下限報警值或系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警以提醒用戶注意。報警電路中光報警采用發(fā)光二極管，聲報警采用蜂鳴器來設計，其硬件電路如圖4所示。圖3 溫度采集電路圖圖4 聲光報警電路RS232串行通訊接口電路MAX232是邏輯電平轉換芯片，其作用是將上位機PC的正負邏輯電平轉換成AT89C51的5V電壓，實現(xiàn)串口通信。下位機(單片機)通過串行口(RXD和TXD)與上位機(PC機)進行異步通信，采用RS-232

5、標準接口，接口電路如圖5所示。鍵盤接口電路鍵盤是人工干預計算機的主要手段，輸入數(shù)據(jù)、查詢及控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)都要用到鍵盤。按鍵盤與CPU的連接方式可以分為獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。本設計中選用的是矩陣式鍵盤，又稱行列式鍵盤。電路如圖6所示。圖5 串行通訊接口電路圖6 鍵盤接口電路LED顯示電路由N片LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器，本設計采用4只共陰極LED數(shù)碼管，顯示的內容是溫度值的百位、十位、個位和小數(shù)點后一位，通過動態(tài)掃描的方式顯示所測試的溫度，原理如圖7所示。圖7 LED顯示電路系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)要實現(xiàn)功能比較多,除了完成數(shù)據(jù)分析和儲存,還要送顯示輸出。整個軟件可分為顯示模塊、鍵盤處

6、理模塊、串行通信模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和主程序模塊等。圖8為主程序流程圖。圖8 主程序流程圖數(shù)據(jù)采集模塊程序設計數(shù)據(jù)采集模塊主要對8通道溫度模擬信號輪流采樣一次，采用軟件延時法讀取轉換結果，并依次把轉換結果存入數(shù)組。首先對第一輸入通道的模擬信號進行A/D變換及數(shù)字濾波，將結果存入數(shù)組；然后通道數(shù)增1，單片機再向A/D轉換器發(fā)出采集指令，進行均值濾波后，由第二通道將結果存入數(shù)組，直至八路通道采集完畢。流程圖如9所示。圖9 8路溫度模擬數(shù)據(jù)量采集模塊圖10 數(shù)據(jù)處理和存儲模塊程序流程數(shù)據(jù)處理和存儲模塊程序設計數(shù)據(jù)存儲模塊是把保存在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的8通道溫度數(shù)據(jù)，按照約定的串行通訊協(xié)議要求的數(shù)據(jù)包格式，生成8通道溫度數(shù)據(jù)包，存儲到新的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。程序流程圖如圖10所示。結論溫度采集技術是當今工業(yè)、農業(yè)、航天、科研的領域的一項不可或缺的技術，本文詳細介紹了單片機控制的實時監(jiān)測溫度系統(tǒng)，它能夠很好地巡回采集測量控制多路信號，并闡述了上、下位機的整體結構及原理，利用Proteus軟件進行了電路圖的繪制仿真。在對該系統(tǒng)的研究中仍然存在一些地方