单片机温度监测系统论文

单片机温度监测系统论文（共12篇）

单片机温度监测系统论文 篇1

0 引言

粮食是人类赖以生存的根本,是促进国家稳定发展的重要保障。为了防止粮食发霉变质,按期对粮仓进行温度测量是粮食储备中常用的手段。传统的粮仓温度测量都是由人工完成,由于监测分站比较分散,传统的温度测量方式周期长、成本较高,而且测量员必须到现场进行测量,因此工作效率非常低,且不便于管理[1]。随着科技的发展和自动化水平的提高,温度的自动监测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。笔者针对粮仓分布的特点,设计了一套基于单片机实现的温度监测系统,对各个粮仓的温度进行监控,以保证粮食的储藏安全。

1 系统的总体结构设计

为了适应对多个监测点的监测与管理,系统设计时采用了分布式系统的组成方式。即在每个监测点配置能独立工作的从机,多个从机由1个上位机进行监测管理,上下采用主从式监测管理形式。系统总体结构如图1所示。

系统的各个部分功能为:主机为管理机,完成参数设置、数据存储、处理及管理功能;从机为控制机,采用单片机AT89S51,直接实现对粮仓的监测功能,并能在主机关机的条件下实现所有的监测功能;分机与主控机的通信采用RS-485远程数据通信方式。主机通过其向从机发送控制参数,从机将现场采集数据通过其传给主机;数据采集实现对传感器及运行设备的监测;输入部分的输入模块将采集的信号转换后输入到从机,经数据线将该信号传送到上位管理机进行最后的数据的处理,并进行集中的图形显示。

2 硬件设计

基于系统总体框架所设计的各主要模块的结构和功能如下。

2.1 控制器模块

控制器采用了ATMEL公司的AT89S51,这是一个低功耗、高性能的8位单片机,片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash程序存储器,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案[2]。AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。

2.2 电源模块

AT89S51的工作电压为+5V,而照明电压为220V,50Hz的交流电,所以需要先通过一个变压器T1降压,再通过整流桥将电压转换成直流电压,电路如图2所示。由于变压后得到的直流电压可能含有交流分量,所以要通过C1和C3组成的滤波电路对其进行滤波处理,然后通过7805得到稳定的5V电压,其中C1和C3为0.1μF,C2和C4为1 000μF。

2.3 温度监测网络

温度传感器采用美国Dallas半导体公司的DS18B20[3]。它采用1-Wire总线技术,将地址线、数据线、控制线合为一根信号线和控制器进行信息通讯。温度读取、温度测量和温度设置等所需的能源也都可以在数据线上获取而无须另加电源[4]。每个DS18B20都有1个唯一的序列号存在于其内部ROM中,单片机通过发出匹配ROM的指令可以选中指定的DS18B20,这使得在1根与单片机相连的总线上可以根据需要挂接多个DS18B20。DS18B20有2种可选的供电方式:寄生电源供电和外部电源供电。在系统中,为了提高系统的抗干扰能力和系统工作效率,采用外部电源供电的方式[5]。温度监测模块电路如图3 所示。

2.4 报警指示模块

本系统专门设计了报警模块,由音频放大电路LM386和蜂鸣器组成。由单片机P1.0口输出信号控制放大器实现蜂鸣器报警。当某个监控参数长时间(具体时间由程序设定)超出其合理的上下限范围时,报警系统启动。它与单片机的连接电路如图4所示。

2.5 温度监测网络RS-485通信模块

系统采用RS-485通讯方式来实现上下位机的通讯。RS-485采用平衡式传送方式,输入、输出均为差动方式,这样在受到干扰时,两根信号线可能同时产生干扰电平,对差动输入不起作用,因此RS-485 传输距离远。RS-485 的接受器的输入负载小,可允许一个传送器驱动多个接受器,而且处于禁止状态的输出的漏电流较小,可允许多个传送器的输出并联。因此,采用RS-485 协议是较为理想的选择。由于单片机的信号为TTL电平,为了进行电平转换,选用的转换模块为MAX485。MAX485的接收器输出端RO、驱动器输入端DI以及使能端RE、DE均为TTL电平,因此可以直接将单片机串行口的TXD端、RXD端直接与MAX485的DI,RO端相连,并用单片机的一位端口线控制MAX-485的RE及DE端,就可以实现从机的发送与接收。为了实现传输线末端的阻抗匹配,也需要在MAX-485的A,B端接一个120Ω的电阻。其电路如图5所示。

3 软件设计

整个系统采用了能够实现对多点监测管理的分布式系统的组成方式和主从机的体系结构。为此,软件系统由两个相对独立的上位机软件和下位机软件部分组成。

3.1 上位机监控软件设计

本系统设计的上位机监测软件模块结构图,如图6所示。

3.2 下位机程序设计

系统的下位机主要完成数据采集和显示,数据通信、越限报警的任务。系统的软件用C51编制,经测试运行后下载到AT89S51单片机中。为了方便程序调试和提高可靠性,软件采用模块化结构。应用软件包括主程序、数据采集子程序、数据处理子程序、数据通信子程序和显示报警子程序等主要模块。其中主流程和DS18B20温度转换程序如下:

1) 下位机主程序流程图。主程序完成系统初始化(如设定堆栈、设置定时器工作方式、开启中断等)和对采集到的温度进行计算等其他一些任务。而温度采集和显示、键盘处理等都在编程时作为相对独立的功能模块实现,并由主程序在运行中按照设定的流程来调用,完成相应的任务后再返回主程序。主程序流程如图7所示。

2) DS18B20温度读取子程序。根据温度传感器DS18B20的单总线通讯协议,单片机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤:初始化,ROM操作指令,存储器操作指令。由此可见,单片机与DS18B20进行通信主要完成以下3基本子程序:复位子程序、写命令子程序和读数据子程序。温度监测系统主程序如图8所示。其控制过程为:启动DS18B20,采用默认的12位转换精度开始温度值转换,将温度值高位字节送MSB单元,低位字节送LSB单元;再按照温度值字节的表示格式及其符号位,读出转换值,经过简单的变换即可得到实际温度值;转换后的温度值再与系统庙宇的报警值进行比较,决定是否报警或显示,最后将数据经RS-485网络传送到主站。

4 结论

利用AT89S51单片机和DS1820数字温度传感器以及RS-485总线技术实现了对粮仓多点温度的测量。系统结构简单,而且具有成本低、测试速度快、测试准确、便于维护和扩展等优点,大大提高了粮仓测温效率,为粮食储藏提供了可靠快速的测温手段,应用前景广阔。其不仅适合于粮食系统粮情测控的要求,将该系统做适当修改还可推广应用于烟草,酿造,温室大棚等相关行业。

参考文献

[1]于永学,葛建.1-Wire总线数数字温度传感器DS18B20及应用[J].电子产品世界,2003,12(2):80-82.

[2]郝丽英.大规模多点温度巡检系统设计与应用[J].交通科技与经济,2002(2):50-52.

[3]曹晶人,曹哲,胡振山.粮仓内温湿度测控系统[J].北华大学学报,2007,8(5):454-457.

[4]肖志飞,张铁肩,孙秋桐.基于DS18B20的单总线温度巡检系统[J].电子工程师,2005,31(12):57-59.

[5]徐青菁,唐厚君.单片机嵌入式系统实现的网络远程监控系统[J].测控技术,2006,25(6):48-53.

[6]贾智平,张瑞华.嵌入式系统原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,2005:160-233.

单片机温度监测系统论文 篇2

【摘要】电力设备在正常工作时都会产生发热现象，线路、设备等的连接处此种现象会更加明显，长期如此会加速电力设备线路等的老化，引起电力设备的绝缘性 能下降，加之外界环境对电力设备的负面影响，更会使老化现象加剧，严重的可能引起重大的电力事故，造成难以弥补的人员伤害或重大的经济损失。以往的电力设 备的温度检测是靠工作人员定期完成的，费时费力，工作效率极低，而且不能及时发现潜藏的隐患，有些电力设备的焊点与接头位于不便触及的里端，这又给检测人 员带来了极大的不便。为解决上述问题，电力设备的智能无线温度监测系统应运而生。

【关键词】电力设备;智能化;无线技术;温度;数据收集

1、智能无线温度监测系统的工作原理

智能无线温度监测系统被设定成三个子系统，分别是采集系统、汇总系统、监测系统。三个子系统通力协调工作，实现了电力设备温度的实时、准确、便捷的智能无线监测。

智能无线温度监测系统的三个子系统间的连接方式是不同的，无线通信方式是应用于采集系统和汇总系统之间，而通信线缆则是使用在汇总系统与监测 系统之间，即一个无形，另一个有形。对应部位的热感应元件将其所监测到的温度信息通过无线通信设备传输到汇总系统的总站，总站将会对收集到的所有温度信息 进行分类整理、分析并处理，再将处理完毕的数据信息传输到监测系统的监测计算机上。同时，调节端监测计算机也将收到同样的数据信息。监测计算机对接收到的 数据信息进行二次处理分析，当处理所得数据结果超高设定的极限值时，监测计算机就会发出警示信号。每个总站可以管理数百个子站，信息量的采集将是非常巨大 的。

2、智能无线温度监测系统的组成

2.1采集系统

通过将热敏电阻、传感器等热感应元件安装在容易因工作而产生不正常散热的`部位，实时的对温度数据进行测量与采集工作，并将采集到的信息发送出去。交流电作为长期供能电源及太阳能电池板作为的后备电源(确保突然断电后的数据持续收集的)是采集系统的正常工作的依靠。

2.2汇总系统

信息汇总系统主要由无线接收装置构成，在收集到采集系统所传递而来的数据信息后，再传递给总站，总站接收到分站的温度数据之后，继而再将其传递给当地监视系统，与此同时还将温度数据传递给调节终端。实时温度变化同样被调节终端监视，如此便避免了无人监测的情况。

2.3监测系统

监测系统又可以细分为站级监测系统和调节端监测系统。用于监测系统的计算机直接接受总站所传递的温度信息等数据，并与总站是直接通信的关系。 监测计算机对总站所传递来的数据信息进行汇总、整理、分析后，存储于特定的数据存储库(可以对数据库进行灵活改动，比如扩容)。监测计算机可以对数据信息 进行报表统计，准确记录处于何时、何地、何种状况下的温度情况。同时，监测计算机在温度越过某一设定极限值时会有警示信号出现。监测计算机的另一个便捷之 处在于，可以根据需要进行任何时间段的任何部件的温度查询。调节端监测系统的数据信息传输用到的是汇集系统的通讯管理器，通过数据传输线缆直接传输到 PCM设备之中，在经过线缆转送给调节端，经PCM的数据信息还可以作为存储资料被下载到调节端监测计算机。

3、智能无线温度监测系统的特点

3.1免于布置排线

因为采用了无线传输设备，所以不用布置排线，热感应元件的安装更方便。

3.2免于经常的维护

智能无线温度监测系统都是整体化设计，所以免于维护。

3.3节能

智能无线温度监测系统的各个部分均采用节能、低功率消耗设置，同时应用太阳能电池板更是绿色节能。

3.4警示系统更完善

当温度过高时，总站智能终端电源，后台监控系统能够及时发出警报。

3.5稳定性更高

智能无线温度监测系统中的设备均有坚实的外壳保护，同时又有静电保护。数据在传递过程中安全、稳定，能够抵抗外界的干扰。

3.6具有较好的兼容性

能够应用更多的应用软件和控制系统。

4、智能无线温度监测系统与传统监测间的对比

4.1智能无线温度监测系统由于装有位于各个需要测量的部位的热感应元件的帮助，这使得数据的采集与监测具有了实时性、连续性和准确性的优 点，通过对每年、月、日甚至每小时的温度数据的变化情况，总结出电力设备不同部位的相应温度的变化规律，确定出其温度规律的峰值，有效的对电力设备的工作 稳定性就行预见性分析，消除潜在的威胁。而传统的电力设备温度的监测是依靠监测人员定期的监测与测量才能得出的，传统的电力设备温度的监测耗费大量的人力 物力，由于人类生理的局限性，所测得的数据存在不确定误差，甚至会出现错误，而且潜在的故障威胁不能及时发现并作出应有的处理，致使出现不必要的人员或财 力的损失。

4.2智能无线温度监测系统对数据的处理速度以及对故障的预见性分析是人类所不能比拟的，其所存储的数据信息能够被极其方便的调阅，对数据信 息的存储量也是相当的巨大。而传统的监测数据信息要进行存储就需要建立专门的存档管理机构，而且常年所存储的信息量是无妨想象的，要对某段数据进行查阅也 是极为不便的，费时费力，极不现实，而智能无线温度监测系统则解决了上述所存在的所有问题。

4.3智能无线温度监测系统的应用软件简单，操作方便，减少人员培训上岗时间。而传统的监测测量则需要专门的工作人员进行培训。

5、智能无线温度监测系统的后台监控功能

5.1热感应元器件所监测的部位的温度能够实时的传递给监控计算机并于显示屏上呈现出来，出现警示温度时的时间及故障位置都会以数据的形式保存起来，保存期限可长达数年。

5.2可设置警示音的类型，如可以以真人语音的形式播报出来或者以文字警示的方式显示到屏幕上。

5.3监测计算机所监测到数据信息可以以年、月、日等为单位用线性图或者表格的形式一目了然的展现出来，也可以直接抽查或打印出来。

5.4当智能无线温度监测系统中的任何部件出现问题时(如电源故障、信号传输中断等)，都会有警示出现，及时警示给工作人员。

5.5都可以实现对监测位置的编码、命名处理，方便系统化管理。

6、智能无线温度监测系统国内外现状

在国外许多国家，智能无线温度监测技术的发展极为迅速，它被广泛应用到了人们生活中的吃穿住行。当传统的监测方式产生多年后，智能无线温度监 测系统在万众期待中登上了历史舞台，监测技术从此掀开了新的一页。现今已经不仅仅局限于电力设备的维护方面了，精密生产线、医疗系统、农业方面都已成熟融 合。智能无线温度监测系统在电力方面的应用，也是国外首创的。

在中国国内，智能无线温度监测技术的起步就相对较晚了，但凭借着多年的不懈努力终于成功由实验走到了实验。智能无线温度监测技术的应用范围之 广已不用过多阐述，将其应用在监测温度的设备上已是非常常见的了。智能无线温度监测技术最突出的优点就在于不需要布线，用智能无线温度监测技术监测温度还 突出了其准确简洁的优势。目前，智能无线温度监测技术仍在朝着攻克减小功耗、增加传输距离的技术难题努力。

【参考文献】

[1]高人伯.数据仓库和数据开采相结合的决策支持新技术.计算机世界.

[2]任玉珑,王建,牟刚.基于CA模型的电力设备全寿命周期成本研究.工业工程与管理，,(5)：56-70.

[3]赵新民.智能仪器原理及设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

[4]吴正毅.测试技术与测试信号处理.北京：清华大学出版社，1988.

[5]陈焕生.温度测试技术及仪表.北京：水利电力出版社，1987.

[6]王建民,曲云霞.机电工程测试与信号分析.北京：中国计量出版社,.

基于单片机的温度控制系统的思考 篇3

关键词：单片机；温度控制系统；硬件电路；软件电路

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

科技的进步为企业的生产带来了单片机技术，单片机的温度控制系统能够为企业的生产活动提供合适的温度，提高了生产效率，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。目前，单片机的温度控制系统主要应用于金属冶炼、化工生产、食品加工和机械制造等工业活动中，此系统能够对冶炼金属所使用的加热炉，化工生产所需要的反应炉和热处理炉等生产器具进行温度控制，为产品生产提供合适的温度，从而提高产品的品质和产量，为人民群众提供丰富的资源来从事生产和生活，提高人们的生活说平，促进国家经济的快速发展。本文主要对单片机的温度控制系统的功能和工作原理进行介绍，并分析系统的软硬件电路设计时的相关要求，进而为系统的设计人员提供科学合理的方法来进行系统设计，从而提高设计效率。

一、单片机的温度控制系统的功能及工作原理

（一）单片机的温度控制系统的功能。从单片机的温度控制系统的名称上来看，此系统的功能就是对产品生产过程进行温度控制，这就是单片机最主要的目的。将控制功能进一步细分，我们可以知道，单片机的温度控制系统可以对温度进行检测，然后将检测的数据以十进制的数码提供给监控人员，单片机温度控制系统的操作人员在进行系统设置的时候，可以将温度控制在一定的范围内以适应不同的温度控制系统的应用场所，一旦温度超过预设的温度范围，系统就会自动将温度调节到温度范围内，以此来保证产品生产所需的温度，实现产品生产的继续进行，促进企业的快速发展和国家经济的进步。

近几年来，随着科技和经济的快速进步，人们对产品提出了新的要求，为了满足人们对产品的需求，企业必须使用测控精度较高的温度控制系统，并且还要使用稳定性较好的系统来确保生产产品所需的最是温度，从而确保生产的持续进行。

（二）单片机的温度控制系统拥有控制温度功能的原因。单片机的温度控制系统要想拥有控制温度的作用，就必须依靠系统的硬件电路和软件电路，只有两者协同合作，才能对温度进行检测，并为温度检测系统提供合适的温度范围，为产品生产提供适宜的温度，从而促进产品生产的数量和质量，改善人们的生活，为生产建设部门提供优质的产品，促进建筑行业和生产行业的发展。

二、单片机温度控制系统的硬件要求

（一）温度控制系统中单片机的选取。设计人员在设计单片机温度控制系统的时候，必须按照系统使用者的需求选取科技含量较高，应用效果较好的单片机，从而对整个系统进行连续系统的控制，确保温度控制系统的持续运转，为产品生产提供适宜的温度，促进生产企业的快速发展。

（二）检测温度的电路对硬件的要求。检测温度的电路中需要的硬件有热电偶、放大镜和信号转换器。热电偶在系统中能够将变化的温度信息转换成与信息变化相一致的电信号，此种电信号在输出的时候比较微弱，所以就要利用放大器来将微弱的电信号放大，由于放大后的数据属于模拟信号，无法顺利地输入到计算机内，就需要使用信号转换器来将模拟信号转换成数字信号，从而为监测人员提供监测数据。

（三）控制温度的电路对硬件的要求。在控制温度的电路中只需要使用一个控制温度的电路元件，检测人员通过该元件可以对温度进行设定，一旦产品生产过程中的温度超过设定的最高温度，该元件就能利用半导体的制冷功能来降低产品生产的温度，当产品生产过程中的温度低于设定的最低温度，元件就能够通过半导体的加热功能来升高产品生产的温度。

（四）人机对话电路对硬件的要求。人机对话电路使用的硬件主要有显示器、键盘。单片机的温度控制系统中的显示器是由一些发光二极管组成的，当显示器接收到的字符的时候，一些发光二极管就会发生不同变化，因而就会在屏幕上显示出不同的亮光，为检测人员提供相关的信息。键盘作为输入设备，能够实现人机对话，还能够对系统设置进行更改，从而为产品生产提供合适的温度。

三、单片机温度控制系统软件设计的步骤

（一）温度控制系统中监控程序的设计。设计人员在设计监控程序的时候，要正确处理系统的调度问题，这就要求设计人员根据环境的相关变化来选取合适的调度方法，从而帮助单片机的温度控制系统快速地实现系统的任务。

（二）系统中断与子程序调用的设计。要对程序进行初始化处理，然后将脉冲方式的中断信号输向外部中断源，将中断源进行中断，再进行相关地址的更改，促进信号转换硬件的顺利使用。经过一系列的信号转换，将最终的数字信号储存在缓冲区域内。

四、系统调试

（一）利用开发装置来进行系统检测。单机片的温度控制系统的设计人员在系统开发装置上完成系统设计之后，就可以在开发装置上来对系统进行检测，主要方法是在开发装置上连入仿真器，在应用系统的时候，就会出现一系列的程序代码，如果运行出错，就找到处错误的代码进行更改，提高系统的稳定性。

（二）对系统进行连调处理。在对系统进行连调处理的时候，可以采用自底向上或自顶向下的方法来实现系统的联调，根据联调得到的信息进行方案更改，最终达到优化系统的目的。

（三）将程序固化到芯片内部。设计人员要将完成设计和调试的程序固化到芯片内部，从而保护程序的安全性，保护设计人员的知识产权。

五、结束语

单片机的温度控制系统在经济的发展方面上发挥着越来越重要的作用，为了与经济的发展性适应，企业在产品生产过程中必须使用单片机的温度控制系统，才能够加快产品的生产速度，提高产品的品质，因此要求设计人员必须根据企业产品生产的需要设计单片机的温度控制系统，为企业的发展做贡献，促进国家经济的快速发展。

参考文献：

[1]刘泽群，江世明.基于单片机的温度控制系统的分析与设计[J].湖南科技学院学报，2013（14）：111-112.

单片机温度监测系统论文 篇4

关键词：单片机,温度信号,串行通信接口,实时,采集

1、系统主要设计思想

本系统是以单片机C语言来进行软件设计, 为了便于扩展和更改, 软件的设计采用模块化结构, 使程序设计的逻辑关系更加简洁明了, 硬件在软件的控制下协调运作。

本系统分为上位机和下位机两部分。下位机利用单片机对温度传感器采集到的温度数据定时采样, 并在液晶屏上显示, 同时将采集到的温度数据通过串口传送到上位PC机上;上位机在屏幕上显示温度数据, 若温度超过一定阀值, 在屏幕上告警, 下位机也能实时显示环境温度, 并且具备报警功能。下位机主要采用支持在线下载的ATMEL公司生厂的S系列单片机AT89S51来驱动字符型液晶显示模块MS12864R, 驱动温度传感器, 和语音报警芯片ISD1110;上位机采用采用VisualBasic语言编写。

2、系统设计的主要功能及技术指标

(1) 利用单片机对温度传感器采集到的温度数据定时采样, 并有显示。 (2) 将采集到的温度数据通过串口传送到上位PC机上。 (3) 上位机能在屏幕上显示温度数据。 (4) 当温度超过50摄氏度时, 通过语音报警电路实现语音报警。 (5) 温度范围为0-99摄氏度;温度误差为±1摄氏度。

3、系统硬件电路设计

本系统硬件部分由单片机最小系统 (即单片机主控芯片、时钟电路、复位电路) 、液晶显示电路、温度采集电路、语音报警电路、上位机电路等模块组成。整机电源电路采用7805转换为直流5V给整个电路供电。

液晶显示模块采用的是MS12864R液晶显示器, 它是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式, 内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64, 内置8192个16×16点汉字, 和128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令, 可构成全中文人机交互图形界面。低电压低功耗是其又一显著特点。

温度采集模块采用DS18B20温度传感器。DS18B20数字传感器是一个3脚的芯片, 1脚为接地, 2脚为数据输入数据输出, 3脚为可选的VCC电源。通过一个单线接口发送或接收数据, 因此单片机与DS18B20之间仅需一条连接线。

语音报警模块采用ISD1110系列, 单片录放时间10秒, 音质好。芯片采用CMOS技术, 内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操作结束后, 芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅0.5uA。片内信息可保存几十年, EEPROM单片可反复录音十万次。

由于温度采集和实施控制是通过单片机控制系统实现, 而微机完成温度监控, 所以需要采用单片机和微机之间的通信协议。本设计应用条件为传输距离不超过15米的短距离数据传输, 且传输数据量较小, 所以采用在控制领域里应用较广泛RS232C串行通信方式。单电源电平转换芯片MAX232C可以使电路变得简单, 可靠。

针对近程小批量的数据通信, 设计时采用3线制 (RXD, TXD, GND) 软握手的零MODEM方式。即:将PC机和单片机的“发送数据线 (TXD) ”与“接收数据 (RXD) ”交叉连接, 二者的地线 (GND) 直接相连而其它信号线如握手信号线均不用, 而采用软件握手。这样即可以实现预定的任务, 又可以简化电路设计节约了成本。

由于RS232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准, 其逻辑电平与TTL, MOS逻辑电平不同。逻辑0电平规定为+5～+15V之间, 逻辑1是电平为-5～-15V之间。因此在将PC机和单片机的RXD和TXD交叉连接时, 必须进行电平转换。

4、下位机软件设计

下位机主要完成从温度传感器上采集数据, 将采集到的数据在液晶模块上显示, 同时将采集到的温度通过串口传送到上位机上显示, 并判断温度数值是否达到阀值, 若达到阀值, 则控制报警电路报警等功能。因此下位机软件分初始化模块, 温度采集模块, 数据通信模块, 液晶显示模块, 语音报警模块五部分组成。

5、上位机软件设计

上位机程序主要完成与下位机的串口通讯, 显示下位机采集到的温度数据, 并将下位机送来的数据在文本框中显示出来, 并要求与下位机同步显示。

在一个监测系统中, 上位机需要时刻监控下位机的工作状态, 若下位机通信线路发生故障, 应能及时告警提示。因此在系统设计中, 约定下位机每隔2秒向上位机报送一次采集到的温度数据, 若下位机正常, 上位机应在1秒内接收到下位机传送来的数据。实现的方法是设置一个1秒的定时器, 若1秒时间内收到一组数据, 重新计时。

程序设计语言采用VB语言, 实现的上位机界面显示如图1所示。

单片机温度监测系统论文 篇5

株洲师范高等专科学校物理与电子工程系毕业论文 基于单片机的水塔水位监测报警控制系统 姓 名： 刘治标 指导老师：

专 业： 应用电子技术 班 级： 07级应用电子班 学 号： 04207108 时 间：

错误！未找到引用源。摘 要

本设计从分析水塔水位报警器的原理和设计方法入手，主要基于单片机的硬件电路和语言程序设计, 实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述，并给出了主要的流程图和软件设计程序。这是个简单而灵敏的监测报警电路，操作简单，接通电源即可工作。因为大部分电路采用数字电路，所以本水位监测报警器还具有耗能低、准确性高的特点。

关键词：单片机 ；水位自动控制

From the analysis of the design of the towers level alarm principle and design method of the main based on single-chip microcomputer hardware circuit and

programming language, achieve a level to realize automatic control, automatic protection and automatic control system of the audible and visual alarm function.This system consists of A/D conversion parts and single-chip microcomputer control section, digital display section, motor drive, motor control parts etc.For each part discussed in detail, and gives the main flow chart and design of the software program.This is a simple and sensitive monitoring alarm circuit, simple operation, turn on the power can work.Because most of the circuit USES digital circuit, so the water monitoring alarm also has low energy consumption and high accuracy.目录 摘

要..............................................................................................................................................I 第一章 绪

论.............................................................................................................................1 第二章 水位控制硬件设计...........................................................................................................2 2.1 基本要求............................................................................................................................2 2.2 硬件设计............................................................................................................................2 2.2.1 电路总体框架图设计.............................................................................................2 2.2.3 水塔水位控制电路.................................................................................................5

2.3 数码管与LED 显示..........................................................................................................6 2.3.1 相关芯片简介.........................................................................................................7 2.3.2 显示部分工作原理.................................................................................................7 2.4模数转换.............................................................................................................................9 第三章．软件设计.........................................................................................................................12 3.1整体设计...........................................................................................................................12 3.3.1主程序流程图........................................................................................................12 3.4.2 数据采集程序.......................................................................................................15 结

论..............................................................................................................................................24 参考文献.........................................................................................................................................25

致谢................................................................................................................................................26 第一章 绪 论 在工业生产中, 对温度控制系统的要求, 主要是保证炉温按规定的温度工艺曲线变化, 超调小或者求不高。无超调, 稳定性好, 不振荡, 对系快速性要求不高。本文浅析了单片机电阻控温系统设计过程及实现方法。热电偶将炉温变换为模拟电压信号, 经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器, 信号放大后送模/数转换器转换为数字量送单片机。同时, 热电偶的冷端温度也由IC 温度传感器变为电压信号, 经放大和转换后送单片机。

通过检测锅炉温度的来实现自动控制外部设备的运行, 如当传感器检测到水温过高时, 转换成电压经过模/数转换送入单片机, 通过比较程序输出信号控制光电耦合器的通短来控制继电器的输入电流通短, 再通过继电器来控制外部设备如水泵的运行情况。温度过低时关闭输出, 而关闭水泵的输入即减少了冷水吸收热量, 当温度升高后又打开水泵, 这样实现循环控制.而通过数码显示我们可以观看锅炉各个点的温度, 来判断运行是否正常.同时通过各点的温度的纪录和出产品的纪录可以计算出该系统在某段时间是否起到了节能的作用.所以本设计对节能控制有着很大的意义.设计的控制任务要求用单片机实现, 数码管显示.单片机是将RAM,ROM, 定时器/计数器以及输入/输出(I/O接口电路等计算机主要部件集成在一块芯片上, 这样所组成的芯片级微型计算机称为单片微型计算机, 简称单片微机或单片机.由于单片机的硬件结构与指令系统都是按工业控制要求设计的, 常用于工业的检测和控制当中, 因而也称为是微控制器或嵌入式控制器.单片机的特点:1.具有优异的性能价格比;2.集成度高, 体积小, 可靠性高;3.控制功能强;4.低电压, 底功耗.在设计过程中我们采用了软件和硬件双结合的的设计方法，而软件的设计简化了硬件要求。在本设计中软件主要有五个方面的应用，它们分别为：数据采集，显示程序，键盘控制和水泵控制。数据采集主要完成温度的采集和数据的处理，显示

则是把要显示的温度用七段数码显示出来，而键盘程序则是使其相应的键完成相应的工作和要求，水泵控制则是检测水泵的运行和水位。

第二章 水位控制硬件设计 2.1 基本要求

控制水箱的水位去趋近指定目标值，水位指定范围为10—5CM，控制精度0.4C 实测水位用十进制数码显示。

2.2 硬件设计

2.2.1 电路总体框架图设计

图2.2.1 控制原理图

虚线表示允许水位变化的上下限。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制的目的。

①当水位上升，达到上限时，因水导电，B、C 棒连通+5V。b、c 均为“1”，应停止电机和水泵的工作，不再供水；

②当水位降到下限时，B、C 棒都不能与A 棒导电。b、c 均为“0”，应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水；

③当水位处于上下限之间时，B 与A 棒导通。b为“1”，c为“0”，无论怎样都应维持原有的工作状态。

上下限水位信号由P1.0和P1.1输入，这2个信号共有4种组合状态： 2 控制信号由P1.2端输出，去控制电机。为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合；

由P1.3输出报警信号，驱动一支发光二极管进行光报警。图2.2.2控制电路图 0：电机工作 1：电机停止 2.2.2 80C51芯片功能与引脚介绍

下面是8051单片机引脚图及引脚功能介绍：

图2.2.2 80C51的引脚图

40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。⒈ 电源: ⑴ VCC接地端；

注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v 或者5v，这是标准的TTL 电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v 之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v 或者5v 的。

⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。⒊ 控制线:控制线共有4根，⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM 编程脉冲 ① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

② PROG功能：片内有EPROM 的芯片，在EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵ PSEN:外ROM 读选通信号。⑶ RST/VPD:复位/备用电源。

① RST（Reset）功能：复位信号输入端。② VPD功能：在Vcc 掉电情况下，接备用电源。

⑷ EA/Vpp:内外ROM 选择/片内EPROM 编程电源。选择端。

② Vpp功能：片内有EPROM 的芯片，在EPROM

① EA功能：内外

ROM

编程期间，施加编程电源Vpp。⒋ I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

2.2.3 水塔水位控制电路

这里有一个水塔模型，如图2.2.3所示，水箱是用透明有机玻璃胶合而成（或用现成的透明塑料盒），箱内插入一块金属板（代表箱体的金属外壳），金属板上装有两根塑料包皮的硬导线，分别作为高、低液位的探针，图中的“1”、“2”、“3”三端分别与高、低液位探针和金属板相通，“4”、“5”是离心式水泵模型电动机的接线端。

图2.2.3 水塔模型

水塔水箱里的水位由继电器来控制，这只继电器的原理结构如图2.2.4所示，它的线圈有放大作用，将6、7两端放入水中而不直接接触，继电器线圈即可导通而使衔铁动作。继电器的衔铁可以控制两把闸刀，每刀都有常开、常闭触点各一对。图2.2.4 继电器的原理结构图

设计连接好电路，使得水塔水位低于低液位探针时，抽水机工作；当水位上升到高液位探针时，抽水机停止工作；当水位下降时仍不工作，直到水位低于低液位探针时，重又工作。

图2.2.5 继电器线圈放大电路如图 2.3 数码管与LED 显示

模拟水位高度由15个双色发光二极管（LED）来完成，共分为4组。在某一特定时刻，每组LED 与一个数码管一起被选通（4组LED 对应4个数码管），两个8位的移位寄存器741S164级联，将单片机送出的2个字节串行数据转化为16位并行数据，分别送选通的LED 和数码管。在不同时刻，系统对4组LED 和数码管快速地循环扫描，就完成了面板显示的功能。

2.3.1 相关芯片简介

显示部分用到的芯片包括数据缓冲器74LS244以及多路开关CD4051。数据缓冲器74LS244。74LS244 缓冲器常用作三态缓冲或总线驱动，+5V供点，其高电平时输出最大电流可达15mA, 低电平输出时最大电流可达24mA, 足以驱动数码管和LED 工作。74LS244共8个输入输出通道，通过门控端G1和G2来选择其通断，其功能原理及引脚如图2.3.2所示。

图2.3.1 74LS244内部结构及引脚图

从图中可以看出，当引脚1G 为低电平时，输入通道1A~1A4与输出通道1Y1~1Y4连通；当引脚1G 为高电平时则截止。同理引脚2G 控制着输入通道2A1~2A4与输出通道2Y1~2Y4的通断。

2.3.2 显示部分工作原理

首先介绍一下双色二极管的功能和用法。表2.3.2所示，1个双色二极管有3个引脚，引脚1、2均为信号“+”端，引脚3为GND 端（信号“—”端）。引脚电平（TTL 电平）与LED 显示颜色如图2.3.2所示。

表2.3.2 双色二极管功能表 7 图2.3.2 双色二极管外观图

数码管及LED 显示电路如图2.3.3所示，RC5口作为串行数据的同步时钟端，与74LS164的数据输入端相连；RC3口作为串行数据的同步时钟端，与74LS164的同步时钟输出端均与SPI 方式时端口一样；实际应用中，若不用SPI 方式，而用第5章中提到的模拟数据串行口时，可以用任何普通I/O端口代替）。两片移位寄存器74LS164的并行数据输出端则分别与两片数据缓冲器74LS244的输入端相连，RD7口作为数据缓冲器74LS244的门控信号输出端，控制74LS 244的通断。

图2.3.3 数码管和LED 显示电路

每4个双色二极管和1个数码管一组，二极管的8个信号“+”端分别与第一片74LS244的8位数据输出端相连，数码管的8位数据输入端分别与第二片74LS244的8位数据输入端相连，每组二极管和数码管的GND 端都与CD4051的1个输入通道相连，CD4051的输出端与系统的“地”相连。RE0～RE1口作为地址译码输出端口，用于多路开关CD4051的4路通道选择，每一时刻只有一组共4个二极管和1个数码管被选通，其GND 端同系统的“地”构成通路，其他的二极管与数码管则不能构成通路。

每向74LS164传送完两个字节共16位数据，通过RD7口使能74LS244，将 8

数据送到二极管和数码管的输入口，然后通过RE0～RE1口打开一条通道，则被选通的数码管和二极管就会按照接收的数据进行相应的显示。不断地发送新数据并利用CD4051循环的扫描4个通道，则所有的二极管和数码管 就会持续的发光显示。

另外由一个双色二极管作为报警灯，RD5口与二极管的引脚1相连，RD4口与二极管的引脚2相连。

2.4模数转换近年来.微机测控系统.特别是单片机在工业自动化，生产过程控制，智能化仪器仪表等领域的应用越来越深入和广泛。这使得传感器的应用更为显著, 测温传感器就是将温度信息转换成易于传递和处理的电信号的传感器, 测温传感器的选择及合理使用是微机测温系统中设计的关键。同理液位传感器是将液位信号转换成易于传递和处理的电信号。

A/D转换器件的选择主要取决与温度的控制精度，本设计中的A/D转换由集成电路ADC0809完成。A/D转换器分类及性能指标。A/D

转换器是将模拟量转换成数字信息接口电路, 按工作原理分为:逐位比较型, 并行比较型, 双积分型, 电压频率型及计数比较型等ADC0809转换器的内部结构如下：

图2.4.1 ADC0809转换器的内部结构

1）ADC0809是逐次逼近型8位转换芯片, 具有8路模拟输入端口，ADC0809芯片采用多路模拟开关, 允许8路模拟量分时输入, 共享一个A/D转换器完成转换。模拟输入通道选择地址及转换结果均有锁存译码器。下图为引脚图： 图2.4.2 ADC0809转换器的引脚 它的主要引脚及功能如下： INO-IN7: 8个模拟通道输入端 D0-D7: 8位数字量转换结果输出端 ADDA,ADDB,ADDC :模拟通道选择路地址 ALE: 路地址锁存信号输入端

START:启动转换信号输入端，加上正脉冲后，A/D开始转换

EOC:转换结束输出信号，转换开始后EOC 信号变低；转换结束时，EOC 信号返回

高电平

OE:输出允许控制端，高电平时打开三态输出锁存器，输出转换结果 CLK:芯片工作时钟信号

VREF(+与VREF(-：芯片工作参考电压输入端 2）.ADC0809转换器的特点

ADC0809 芯片性能特点:是一个逐次逼近型的A/D转换器, 外部供给基准电压;单通道转。换时间116us 分辨率8位, 带有三态输出锁存器, 转换结束时, 可由CPU 打开三态门。读出8 位的转换结果;8个模拟量的输入端, 可引入8 路待转换的模拟量。ADC0809的数据输出结构是内部有可控的三态缓冲器, 所以它的数字量输出信号线。可以与系统的数据总线直接相连。内部的三态缓冲器由OE 控制,OE 为高电平时三态。缓冲器打开, 将转换结果送出;当OE 为低电平时, 三态缓冲器处于阻断状态, 内部数据对。外部的数据总线没有影响。因此, 在实际应用中, 如果转换结束, 要读取转换结果, 则只要在OE 引脚上加一个正脉冲,ADC0809 就会将转换结果送到数据总线上。在本系统中，ADC0809 在电路中的连接如下图所

示，在模拟量之前加入滤波电路是为了使采集数据更加准确，对于模拟输入通道，还需要采用一些消除干扰的措施，这点在应用时需注意.11 第三章．软件设计 3.1整体设计 3.3.1主程序流程图 3.4.1主程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTA 图3.3.1 主程序流程图 ORG 0013H LJMP INTB ORG 0030H 初始化； MAIN:MOV SP,#60H MOV A,#00H 清零 MOV 30H,A 12

MOV 31H,A MOV 32H,A MOV 33H,A MOV 34H,A MOV 35H,A MOV 36H,A MOV 37H,A MOV 38H,A MOV 39H,A MOV 40H,A MOV 41H,A MOV 42H,A MOV 43H,A MOV 44H,A 单元清0处理； MOV 36H,#01H 进烟温度高八位； MOV 37H,#09H 进烟温度低八位 ； MOV 38H,#250 进烟温度下限值； MOV 39H,#100 水温上限值； MOV 40H,#70 水温下限值；

CLR RS0 13 CLR RS1 选择工作寄存器组R0； LP3: LJMP LP1 LJMP LP2 LJMP LP3 跳入子程序和中断程序； SJMP$ END 14 3.4.2 数据采集程序 LP1:MOV DPTR,#0EFF0H MOV R1 ,31H MOV R7,#04H 设置通道数； 15

LOOP:MOVX @DPTR,A 启动A/D转换器； MOV R6,#20H DJNZ R6,$ 延时等待；

DLAY:JB P3.3,DLAY 查寻EOC，EOC=1则等待转换 MOVX A,@DPTR INC DPTR INC R1 DJNZ R7,LOOP MOV A,31H MOV B,#05H

MOVL AB MOV 31H,A MOV 30H,B MOV R0,32H MOV R2,#03H LOOP1:MOV B,#05H MOV B,#05H MOV A,@R0 结束； 读取转换结果； 转存在片内RAM 当中；指向下一通道；判断是否采集完毕； 数据转换； MOV @R1,A MUL AB MOV @R0,A INC R0 DJNZ R4,LOOP1 MOV A,36H CJNZ A,30H,LOOP2 MOV A,37H SUBB A,31H JB C,LOOP3

修改数据指针；

MOV A,30H JNE LOOP4 MOV A,31H SUBB A,38H JB C,LOOP3 SUBB A,34H JB C,LOOP3 MOV A,34H 17 数据比较； 进烟温度上下限比较；水温上下限值比较；C,LOO3 LOOP4:MOV A,39H SUBB A,40H JB C,LOOP3 LJMP LOOP5 LOOP3:MOV P2 LOOP5:RET 3.4.3 显示程序： LP2：MOV A,35H MOV B,#100 DIV AB

CLR C LOOP2:JB MOV 41H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 42H,A MOV 43H,B MOV 44H,30H MOV 44H,36H MOV A,45H MOV A,43H 18 报警； 返回；ADD A,#06H MOV B,#10 DIV AB MOV 43H,B ADD A,42H ADD A,#05H MOV B,#10 DIV AB

数据BCD 转换 判断高位上否有值，否转 JZ LOP1

MOV 42H,B ADD A,41H ADD A,#02H LOP1:ORL 41H,#10H ORL 42H,#20H ORL 43H,#40H MOV R0,40H MOV R1,#03H MOV P1,A MOV R3,#02H AGAIN:MOV R4,#0F8H 19 显示数据 LOP2:MOV A,@R0 DELAY:DJNZ R4,DELAY DJNZ R3,AGAIN RET 返回 3.4.4键盘程序：

INTA:PUSH ACC 保护现场 PUSH PSW PUSH DPH

PUSH DPL JB P2.0,L0 判断流览键是否按下 MOV 35H,32H 中间温度显示 LJMP LP2 调用显示子程序 L1:JB P2.0,L0 MOV 35H,33H 出烟温度显示 LJMP LP2 L2:JB P2.0,L1 MOV 35H,34H 产品水温度显示 LJMP LP2 JB P2.0,L2 LJMP L16 L0:JB P2.1,L16 判断设定键是否按下 20 L6:JB P2.2,L4 CLR C MOV A,37H 进烟上下限设定 ADD 36H,#01H ADDC A,#00H

MOV 37H,A MOV 35H,37H LJMP LP2 L4:JB P2.3,L5 CLR C MOV A,37H SUBBC 36H,#01H SUBBC A,#00H MOV 37H,A MOV 35H,37H LJMP LP2 L5:JB P2.4,L6 L9:JB P2.2,L7 INC 38H MOV 35H,38H 21 L7:JB P2.3,L8 DEC 38H MOV 35H,38H

LJMP LP2 L8:JB P2.4,L9 INC 39H MOV35H,39H LJMP LP2 L10:JB P2.3,L11 DEC 39H MOV 35H,39H LJMP LP2 L11:JB P2.4,L12 L15:JB P2.2,L13 INC 40H MOV 35H,40H LJMP LP2 L13:JB P2.3,L14 产品水上下限设定 L12:JB P2.2,L10 MOV 35H,40H LJMP LP2 L14:JB P2.4,L15

L16:POP DPL 恢复现场POP DPH POP PSW POP ACC RETI 返回 结 论

由于许多数据采集、显示的实时性要求不是很高，因此单片机的执行速度相对于这些过程要快得多，若分时选通各个采样或显示通道，虽然单片机对各个通道的处理是依次进行的，但是只要这一过程大到一定速度，总的看来几乎同时执行，不断重复这一过程，就产生了循环扫描的思想，它在单片机系统设计中得到了广泛的应用。

在当今越来越趋向于自动化的社会，该系统的可用性及简易性更加能取得广泛的应用。通过这次竞赛我们从中学到了许多东西，也了解到在电子制作方面的很多独特发明。他们得发明并不是偶然取得，而是通过长期的学习积累，我们也学到了他们那种坚决不放弃得制作精神。这次毕业设计让自己懂得了，做任何学问都要一丝不苟，对出现的任何问题和偏差都不能轻视，要通过正确的途径区解决，做事情的时候要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就能找到解决问题的思路和办法，在工作中要学会与人合作，认真听取别人的意见，这样做事也会事半功倍。当然整个实验过程中自己也收获颇多，对电路的设计有一大致的了解并能自己动手完成一些简单的电路设计、制板及调试的过程，极大地提高了自己的动手能力，也让自己懂的了实践才是检验真理的唯一标准，当然也是检验学习成果的标准。

在经过一段时间的学习之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因为任何知识都源于实践，归于实践，所以要将所学的知识在实践中来检验。通过这次写课程论文，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己这学期对课本上的专业知识可以应用于实际，使得理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时短学期也锻炼了自己个人的动手能力；能够充分利用图书馆、网络资源去查阅相关资料，增加了许多课本以外的知识，慢慢地能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，但对于我们非师范类学生，毕业以后，掌握一定 的技术，有一定的动手能力，才是我们今后走向社会所要具备的，这也我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。

参考文献 [1]胡汉才编《单片机原理及其接口技术》第2版 清华大学出版社； [2]求是科技编 《单片机典型模块设计实例导航》第5版人民邮电出版社； [3]原著 邱关源 修订 罗先觉 《电路》（第5版）2006年5月第5版，北京：高等教育出版社

[4]康华光.《电子技术基础》数字部分（第五版）2006年1月第5版，北京：高等教育出版社。

[5]胡宴如 耿苏燕 《高频电子线路》 2004年12月第1版，北京：高等教育出版社

[6]张洪建，蒙建波.自动检测技术与装置[M].北京：化学工业出版社，2004 [7]芯片速查手册．中国自动化技术公司出版[M]，1995 [8]牛峰霞.水电站集水井水位自动控制[J].河北水利水电技术，2002 [9]王新房，夏建明.模糊控制在灌区水位自动控制中的应用[J].微电子学与计算机

[10]赵利明，张广辉.水塔水位自动控制系统[J].重庆电力高等专课学校学报，2000.[11]吴今哲，金永镐，崔叙进.水位自动控制器的研究[J].延边大学学报（自然科学版），2004，[12]刘刚 《弹片机原理及应用》 中国林业出版社主编； 致谢

这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助，其中我的导师肖利君老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向肖老师寻求帮助，而肖老师每次不管忙或闲，总会抽空来给我们大家上课面谈，然后一起商量解决的办法。在这里再次谢谢肖老师您辛苦了！

感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的伍远露、秦雄、高阳等同学，特别是伍远露同学，他在本次设计中给予我的无私帮助和厚爱，不只一次地帮助我，倾尽了他的所有心血给我提供技术上的指导，在这里再次谢谢伍远露同学，伍远露同学你辛苦了！和曾经在各个方面给予过我帮助的兄弟们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个比较复杂的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。

单片机温度监测系统论文 篇6

【关键词】单片机；组态王；温度控制

1、引言

由于电子通信行业和计算机技术的飞速发展以及工业生产自动化程度的提升，监控系统在现场生产中应用已十分普遍，其大范围的应用也使生产效率得到了极大的提高。在自动控制中，温度是一项重要的控制参数。单片机因具有低功耗、低成本、结构紧凑且执行效率高等优良性能，已在工业测量与控制中得到广泛的应用。组态王因具备交互界面友好、工作稳定、便于硬件配置等优点而得到推广。从现场实际应用及低功耗、低成本、高效率的角度出发，AT89S52单片机通过ASCII协议与组态王进行直接通信，提出了一套基于单片机与组态王的温控系统。

2、工作原理

温度控制系统框图如图1所示，上位机采用计算机将采集到的温度值进行实时显示，用户能够利用对上位机的相关操作实现对温度报警范围的设定。除了能够对历史数据进行访问以外，还能实现温度数据的打印及备份等功能。下位机系统能够对温度数据进行采集并传送至计算机中，下位机采用AT89S52单片机，AT89S52采用ASCII协议与组态王进行通信。单片机间通过RS-485总线进行相互联接，各个采集器上均设计有能够设置地址信息的拨码盘。通过接口转换器将上位机与下位机进行间接连接并完成总线电平的转换。

3、系统硬件设计

3.1温度传感器选用。由于热电阻、热电偶等传统的温度测量元件所构成的模拟传感器虽然成本较低，却不能满足精度要求，因此需要较为复杂的电路提高测量精度。而数字传感器具有测量精度高、总线实现标准化、功能多样的特点，目前已在工业生产中得到广泛的应用。考虑到监测对象的温度变化区间值和误差及精度要求，选用串行通信方式的单总线数字温度传感器DS18B20，单总线技术的应用使得多点测量更为方便。DS18B20的温度测量范围不低于-550C，不高于1250C，所产生的偏差能够达到0.50C，同时该传感器具备良好的温度显示分辨率。

3.2控制电路。选用AT89S52单片机作为采集器的测温系统主控芯片，该芯片具有功耗较低、性能高的特点，是一种CMOS 8位微控制器，拥有8K字节在系统可编程Flash存储器，为许多嵌入式控制系统提供了有效的解决方案。其标准功能还包括6个中断源，16位定时器/计数器及32位I/O接口线。单片机最小系统的晶振频率约是11.0592MHz，能夠较为准确地计算串口通信时发生器的通信速率初值。

3.3串口通信电路。串口通信电路主要利用MAX485转换芯片把TTL电平转换为RS485总线电平，系统选用RS485和PC实现通信。利用89S52的RXD，TXD端口通过MAX485和上位机连接进行串行通信。RXD与单片机的串行输入端相接以接收上位机通过该转换芯片向单片机传输的数据。TXD是单片机的数据输出端，经MAX485将数据传送至上位机，从而实现单片机和上位机间的串行通信。

3.4报警电路。在采集器上设置由蜂鸣器及LED组成的报警电路，如果所测得的温度值不在设定范围内，则发出声光报警信号。电路采用PNP型三极管进行驱动，在基极接收到低电平信号时，三极管导通从而驱动声光报警电路工作。此外，为增强系统工作的可靠性及稳定性，设置有看门狗复位电路以避免系统陷入死循环。为使测得的温度值进行实时显示，在采集器上还设有数码管显示电路。选用具有串行接口的HD7279数码管驱动芯片驱动64只独立LED或8位共阴极数码管，还能够连接64键的键盘矩阵，从而简化硬件部分的设计。

4、系统软件设计

该温度监控系统的程序设计由主程序、DS18B20温度采集子程序及采集器和上位机通信子程序三部分组成。主程序通过图2所示流程图实现对功能子程序的调用，因为温度的变化过程相对缓慢，为减小处理器的工作负荷，可相隔一定的时间进行温度采集。所测得的温度值既能显示在采集器的显示屏上，也可以上传至上位机中。一旦温度不在设定范围内，处理器会触发报警电路以提醒操作人员注意。CPU对DS18B20温度传感器的操作过程要按照一定的时序完成，访问的顺序为：初始化、ROM命令及RAM命令。每次进行DS18B20的访问都要严格按照该顺序进行操作，否则传感器不会有响应。RS485通信模块的主要作用是实现采集器与上位机组态王的通信。采集器在接收到上位机软件组态王传送的包含有设备地址的数据信息后，将该数据和本机地址进行匹配，如果匹配成功，就会将本机所采集的温度值发送到上位机进行显示。

5、结束语

所设计的基于单片机和组态王的温度监控系统能够实现对监测对象的实时监控，将组态软件的控制的方便性、丰富的画面与单片机的灵活性、结构紧凑进行有机地结合，有效降低了工程费用，实现了直接通信。该系统在实际的生产工作中运行稳定可靠，已取得良好效果。

参考文献

[1]刘教瑜，张兰.组态王在监控系统中的研究与实现[J].工业控制计算机，2008（12）.

[2]马波.自动化组态软件的发展[J].自动化博览，2008（03）.

单片机温度监测系统论文 篇7

关键词：温度监测,单片机,应用

现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(Embedded Computer System),单片机便是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。单片机全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),又称微控制器(Microcontroller Uint)或嵌入式控制器(Embedded Controller)。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机,通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。

在温度监测领域,能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于电站、石油化工、冶金、轻工、食品、医药和军工等诸多领域。单片机配合温度传感器元件十分适合开发此类系统。我们选取美国ATMEL公司生产的AT89S52八位微控制器配合Dallas公司生产的DS18B20数字式温度传感器完成智能数显温度计的开发工作。

本课题的开发过程经历了总体设计、硬件电路的构思设计、软件的编制和仿真调试等几个阶段。

总体设计的主要任务是明确该项目将要实现的具体功能及其特性指标。并依此进行单片机及周边设备的选型,选取软件设计所需的开发平台和开发语言。

硬件电路的构思设计依据总体设计确定的功能特性要求,进一步确定单片机型号,所需周边芯片,并设计出应用系统的电路原理图。

在软件的编制和仿真调试阶段需要依据总体设计要求,在硬件电路的基础上编制应用程序,经过返复测试和调试以完成本项目的开发工作。

对于一个单片机系统的开发,需要综合运用计算机软硬件等多门学科的相关知识。其中包括模拟电子电路、数字电路、电子电路制图、计算机组成原理、接口技术、MCS-51指令系统的汇编语言。

本课题的开发,需要将软件知识与硬件知识有机地加以结合。在软件编制的过程中,灵活运用了微控制器的中断机制。包括:中断处理、中断响应、中断优先级设置。对数字式温度传感器DS18B20的控制,首先要对其进行初始化(复位)操作、然后通过单片机微控制器的相应端口进行数据读取。在显示输出的过程中,需要对并行接口芯片8255A进行方式控制字的设置,并输出转换后的十进制温度数值。

DS18B20采用了单总线(One-Wire Bus)技术,为了保证MCU与DS18B20的通讯时序,需要正确设置中断优先级,将温度采集中断的优先级设置为最高,以防止被其它中断嵌套打断当前的采集工作。

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:系统扩展与系统的配置。

系统扩展即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。系统的配置即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计合适的接口电路。

硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实现,以简化硬件结构。但必须注意,由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用CPU时间。

单片机外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时,系统工作不可靠,可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。

MCS-51的编程语言常用的有二种,一种是汇编语言,一种是C语言。本系统的程序开发选择使用MCS-51汇编语言进行编写。硬件系统将根据汇编程序的指令,控制相关功能器件完成对DS18B20的复位、采集、中断管理、测量温度值的计算及温度值的显示等功能。使用者只需打开电源就可以从观察屏上看到关心的温度变化情况并且可以很方便纪录数据。

单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件。不同的单片机甚至同一公司的单片机它们的开发工具不一定相同或不完全相同,这就要求在选择单片机时,需考虑开发工具的因素,原则上是以最少的开发投资满足某一项目的研制过程,最好是使用现有的开发工具或增加少量的辅助器材就可达到目的的。当然,开发工具是一次性投资,而形成产品却是长远的效益,这就需平衡产品和开发工具的经济性和效益性。

Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件,Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μVision)将这些部份组合在一起。近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil软件。

Keil C51是目前比较高效和灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品,也可以支持所有兼容的仿真器,同时支持其它第三方开发工具。因此,本课题的软件开发选用Keil V7.06作为系统程序的开发/编译工具。

从20年来单片机技术的发展历程可以看出,单片机技术的发展以微控制器(MCU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛的应用领域拉动,表现出以下技术特点:

单片机长寿命。单片机产品如8051、68HC05等年龄已有近二十岁,产量仍是上升的。一些成功上市的相对年轻的CPU核心,也会随着I/O功能模块的不断丰富,有着相当长的生存周期。

8位、32位单片机共同发展。长期以来,单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭,32位单片机应用得到了长足、迅猛的发展。

单片机速度越来越快。为提高单片机抗干扰能力,降低噪声,降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。

低电压与低功耗。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3到6V范围内工作,对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供电的单片机已经问世。

低噪声与高可靠性技术。为提高单片机系统的抗电磁干扰能力,使产品能适应恶劣的工作环境,满足电磁兼容性方面更高标准的要求,各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。

温度传感器部件则不断朝着高精度、低功耗和小型化发展。未来的温度传感器将在更小的封装中集成更多的功能。

随着单片机技术和各种外部设备元件的技术不断发展,本系统也将可以向更高的集成度发展,甚至可以将微控制器和相关的功能模块使用单一元件取代。在不影响系统功能的前题下,通过精简元件的使用可以进一步降低系统的耗电量,同时,更少的元件也意味着将使系统具备更高的稳定性。

单片机温度监测系统论文 篇8

关键词：ATmega16单片机,n RF905,温度监测

0 引言

环境的温度检测在水泥, 通等行业有着重要意义, 传统的温度测量大多采用有线传输, 这种方式增加了项目成本和施工难度, 无线传输是通过空气来发送和接收数据, 不存在上述问题。本装置的温度监测方案是以ATmega16为核心, 将测量出的温度值通过n RF905发送, 显示端显示温度值。利用n RF905无线收发模块可以方便的组建温度监测网络, 实现多点温度的测量。

1 监测系统的硬件设计

(1) 系统的总体方案。监测系统主要包括六大模块:单片机控制模块, n RF905无线收发模块, 测温模块, 数据显示模块, 电源模块, 声光报警模块。如图1所示。

(2) 电源模块。本系统需要用到5V电压, 可以通过LM7805稳压得到, 如图2所示。对于发送端可以采用9V电池供电, 而接收端存在数据显示和声光报警模块, 可以采用9V的开关电源。

(3) 单片机控制模块。本系统采用的高性能, 低功耗的8位ATmega16单片机作为主控芯片, 具有512字节的EEPROM, 1K字节的SRAM。内含的16K字节的闪存程序存储器, 可重复擦写至少1000次。同时具有8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC。其次其具有睡眠模式, 空闲模式, 掉电模式和省电模式。

(4) n RF905无线收发模块。n RF905无线收发芯片是由挪威NORDIC公司推出的低于1GHZ的单片射频收发器, 工作电压为1.9~3.6V, 待机模式下电流仅为12.5μA。32脚的QFN封装, 可以工作于433/868/915MHZ三个ISM频段。采用高效的GPSK调制方式, , 更适合在复杂的工业现场工作。可直接与单片机的SPI接口连接使用, 编程十分方便。

(5) 测温模块。本装置的测温模块采用的是单总线技术的数字温度传感器DS18B20, 无需外加AD转换电路就可以将温度值转换成数字信号, 只需要一根线即可实现与单片机的双向通讯。其温度测量范围为-55℃~125℃, 测温的分辨率为0.0625℃。

2 监测系统的软件设计

(1) n RF905的数据发送和接受过程。当单片机读取到温度数据后, 通过SPI接口, 将数据传递给n RF905, 单片机置高TRX_CE和TX_EN引脚来激发n RF905的Shock Burst TM发送模式。当检测到AUTO_RETRUN引脚为高电平, n RF905将不断重发数据, 如果TRX_CE引脚变成低电平, 表明n RF905发送过程结束, 将自动进入空闲模式。单片机将TRX_CE引脚设为高电平, TX_EN引脚设为低电平, 保持650us后, n RF905进入Shock Burst TM接受模式, 如果CD引脚被置为高电平, 表明n RF905监测到了和接收频率相同的载波, 此后如果AM引脚也被置高, 表明接收到了有效地址。n RF905将自动移去字头、地址和CRC校验位, 然后把数据准备好引脚DR置高。单片机将TRX_CE引脚置为低电平, 然后读取接收到的温度值。最后将AM和DR引脚置为低电平, 以便n RF905进入Shock Burst TM接收模式。具体流程图如图2所示。

3 结束语

本装置用到了4个DS18B20, 首先将各个DS18B20编号, 然后放到一个25℃的恒温箱中, 然后用手按住第一个DS18B20, 几秒钟后, 第一个DS18B20的温度为32.5℃, 明显高于其他三个。并以此类推, 分别得到用手按的温度是32.8℃, 32.3℃和32.1℃。实际运行时, 监测端可准确的测量温度并将数据发送出去, 显示端可以正确的显示编号和温度值。在空旷区域有效距离可达200m, 在有墙壁阻碍的建筑物内, 有效距离为50m左右。

参考文献

[1]赵丽娟, 邵欣, 房世平.基于单片机的温度监控系统的设计与实现[J].机械制造, 2006 (01) .

基于单片机的温度测控系统 篇9

1 系统结构及工作原理

根据应用系统的要求及软硬件功能的划分, 初步确定应用系统硬件结构如图1所示。

利用温度传感器AD590可以直接读取被测温度值, 进行转换的特性, 模拟温度值经过ADC0809处理后转换为数字值, 然后送到单片机中进行数据处理, 并与设置的温度报警限比较, 超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LCD中显示[2]。

1.1 系统硬件设计

1.1.1 微处理器选择和主机系统设计

由于本设计对控制精度要求不高, 控制功能一般, 故选择常用的MSC-51系列单片机中的STC89C58作为微处理器。片外程序存储器选用2732, 容量为4 k×8位。因采集和处理的数据不多且不需要保留, 估计数据存储器使用片内的即能满足要求。其中, 硬件元器件STC89C58有40条引脚, 有两条专门用于电源的引脚, 两条外接晶振的引脚, 四条控制或与其他电源复用的引脚, 32条I/O引脚。

1.1.2 输入通道设计

输入通道只有一个, 包括温度传感器、放大器和A/D转换器三部分。本次设计的温度检测范围属于低温, 适用于低温的检测元件有热电偶、热敏电阻、集成温度传感器等。

1) 这里采用集成温度传感器AD590。这种传感器是一个双端元件, 其工作温度范围为-55℃~+150℃, 要求工作电源为直流+4 V~+30 V。它能把温度信号变为与绝对温度成比例的电流信号, 比例因子为1 u A/K。其稳定性高, 线形度好, 测温误差有±1、±0.5、±0.3几种等级。

AD590本身产生的电流信号, 通过运算放大器TD07对电流做加法运算。在运放输出端可得到合适的电压信号, 作为A/D转换的输入。电阻RP1、RP2的选择原则是使运放输出电压为0;当温度为60℃时, 调节RP2使运放输出电压为4.69 V。如果0℃不能实现, 也可以在另外一个温度点上 (如室温) 来调整。0 V和4.69 V经A/D转换后的数字量为00H和F0H (240) , 这样对应1℃的数字量为04H, 便于进行温度的标度变换[3]。

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, 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。

AD590的工作原理是在被测温度一定时, AD590相当于一个恒流源, 把它和5~30 V的直流电源相连, 并在输出端串接一个1 kΩ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1 m V/K的电压信号。

2) 本系统的运算放大器采用TD07。TD07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压, 极低的失调电压温漂, 非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大, 尤其适应于宇航、军工及要求微型化、高可靠的精密仪器仪表中[4]。

3) 本系统的AD转换芯片采用ADC0809。ADC0808是精度为8位的CMOS器件, 不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分, 而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑, 因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换[5]。

1.1.3 输出通道设计

输出通道有3条, 分别控制3台电炉通电和断电。这是3条具有相同结构的开关量输出通道, 拟采用前面介绍的光电耦合双向晶闸管驱动电路。

2 系统软件设计

2.1 软件总体设计

应用程序结构采用中断方式, 由定时器发出定时中断申请。主程序进行系统初始化, 包括定时器、I/O口和中断系统的初始化, 等待定时中断。在中断服务程序中, 先判断是否到30 s。若不到30 s, 则返回;若到30 s, 进行以下操作:拨盘设定值检测、温度检测、标度变换、温度显示和温度控制, 并根据温度检测值决定是否报警。

在应用程序总体结构中, 将以下6个功能程序作为模块程序:温度设定输入、温度检测、温度值标度变换、温度显示、温度控制和报警程序模块。

2.2 程序模块设计

下面说明温度检测和温度控制这两个模块的程序设计。

1) 温度检测程序模块。温度检测程序的功能是连续进行4次A/D转换, 求取转换结果的平均值, 存入内部50 H单元, A/D转换采用查询方式。

2) 温度控制程序模块。温度控制程序的功能是将温度实测值 (存于50H) 与设定值 (存于51H) 作比较, 如测值高于设定值1℃ (注意, 此值小于要求误差2℃, 对应的数字量为04H) , 则关闭1台电炉;如实测值低于设定值, 则接通一台电炉;否则不与调节。3台电炉接通的顺序是3#、2#、1#, 这样可以保持电炉的通断具有相对稳定性。

3) 主程序和中断服务程序设计。在定时中断服务程序中, 各功能程序都已模块化, 可直接调用。

先说明30 s定时的实现方法。当振荡频率为6 MHz时, STC89C58内部定时器的最大定时值为131 ms。要实现30 s定时, 需要另外设置一软件计数器。现使定时器T0工作于方式1, 定时时间为130 ms, 则其时间常数为:

软件计数器的初值=30、0.13≈E7H

主程序清单:

摘要：本次设计的温度测控系统采用MCS-51系列单片机中的STC89C58作为微处理器, 使用集成温度传感器AD-590采集温度信息, 光电耦合双向晶闸管为驱动电路, 可精确地采集环境温度信息, 稳定性高, 抗干扰性强。接受信息后处理器可快速地作出反应, 导通驱动电路, 实现温度调节。本文从硬件和软件两方面介绍了MCS-51单片机温度控制系统的设计思路, 对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。

关键词：MCS-51单片机,温度检测,温度控制,温度传感器

参考文献

[1]冯文旭, 刘传玺.单片机应用技术[M].北京:中国矿业大学出版社, 2003.

[2]钟睿, 张松, 余波, 等.MCS-51单片机原理及应用开发技术[M].北京:中国铁道出版社, 2006.

[3]赵丽娟, 邵欣, 房世平.基于单片机的温度监控系统的设计与实现[J].机械制造, 2006:74-75.

[4]张开生, 郭国法.MCS-51单片机温度控制系统的设计[J].微计算机信息, 2005 (7) :72-73, +65.

51单片机温度控制系统设计 篇10

关键词：单片机,温度传感器,模/数转换器

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点, 可以说, 智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前, 一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重, 用80C51单片机自制了一个温度控制系统, 重点介绍了该系统的硬件结构及编程方法。

1 单片机温度控制系统的组成及工作原理

在工业生产和日常生活中, 对温度控制系统的要求, 主要是保证温度在一定温度范围内变化, 稳定性好, 不振荡, 对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号, 经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器, 信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机, 单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃~99℃, 启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置, 这时数码管显示温度数值, 每隔一秒温度数值增加一度, 当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置, 依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。

2 温度检测的设计

系统测温采用AD590温度传感器, AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:

2.1 流过器件的电流 (m A) 等于器件所处环境的热力学温度 (开尔文) 度数;即式中:Ir-流过器件 (AD590) 的电流, 单位为m A;T-热力学温度, 单位为K。

2.2 AD590的测温范围为-55℃~+150℃;

2.3 AD590的电源电压范围为4V~30V;

2.4 输出电阻为710MW;

2.5 精度高。

AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍, 再送入模/数转换器ADC0804, 转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现, 实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值, 模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算, 所以先对按键输入进行乘5, 然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位, 如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移, 如果溢出标志位为高电平时, 先对进位标准位CY位置为高电平, 然后再进行一次带进位循环右移, 通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。

3 结论

给出了用单片机在0℃~99℃之间, 通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制;给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序, 此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例, 相信通过大家的聪明才智和努力, 一定会使单片机的应用更加广泛化。

参考文献

[1]李广弟, 朱月秀, 王秀山.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2001, 7.

单片机温度监测系统论文 篇11

关键词：高压开关柜；温度；实时监测；光纤光栅温度传感器

中图分类号：TM247 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0005-02

在目前的电力系统中，高压开关柜发挥着相当重要的作用，它对电力线路以及系统安全起着开合和断开的作用，是控制整个电力系统的电力基本保障。随着我国在最近十年电力系统正朝着大机组、高容量、高电压的方向发展，越来越多的变电站都实行了无人值班和综合自动化的管理模式，这种管理模式对于高压开关柜的稳定、安全运行提出了更为严格的要求。众所周知，一旦开关柜内部的闸刀的接头或者电缆的进出线的接头出现接触不良的现象，那么接触电阻就会急剧增大，直接导致负载电流在经过时出现过热现象，这将直接导致开关柜内金属材料的机械强度大幅降低，甚至因为开关柜内的绝缘材料快速老化而发生电流击穿的事故。针对上述现象，就需要有针对性的改进方案，在线能够检测开关柜的接头温度就是预防出现不必要事故的解决方案。这套监控系统对于提高高压开关柜的安全性和稳定性、保证电力系统正常运行都有着重要的作用。

因为传统的高压开关接头设计是在高电压、大电流、强磁场的工作环境下工作的，因此，普通的测量方法并不能很好的对开关接头的温度进行测量。而目前温度测量的方式主要有三种，分别是贴色片法、光纤测量法以及红外测量法。贴色片法的原理是根据色片表面的色泽随着温度的变化而发生改变进行测量。但是这种测量方法的缺点是准确性相对较差，并且稳定性也有一定局限。更为重要的是，贴色片测量法无法对封闭的开关柜接点进行测量。光纤测量法的原理是利用光纤作为温度测量器，通过温度变化透过光纤的光纤强弱来测量温度。这种测量法也有很大的局限，对于光源发射端和接收端的技术和稳定性要求都很严格，并且光纤测量法测量速度较慢，空间分辨率较低。而光纤测量还有一种方式，是利用半导体温度传感器当作测试探头，而光纤只作为传光的介质，这种测量方式将测温点和光调制器设计成一体化结构，这样的好处是减少了开关柜的空间，但是这也给开关柜带来了一定的安全隐患，同时需要外加工作电源，一旦进行电源更换，就必须停电，这样就会影响系统的正常运行。目前我国常用的测量法主要是红外辐射测量法。这种测量法是将被测目标的温度变化对应红外辐射变化，从而来测量温度的。这种方法是一种非接触测量方式，测量人员通过红外测量仪器对开关柜的外壳进行温度测试，不过这种测量结果受环境影响较大，同时准确率不高，而且也不能检测开关柜内部的接点温度，也不能进行实时的在线测试。

本文的监测系统利用当前比较流行的光纤光栅传感器技术，配合网络通讯技术和计算机技术，设计成高压开关柜内的接头温度实时在线监测系统。优点是能够对多个开关柜进行在线实时监测，并且体积小，测量精度非常高，符合电气要求的安全防爆、抗强电磁的特征。

1监测系统的构成和工作原理

高压开关柜接头温度在线监测系统由光纤光栅传感系统、光纤光栅调试系统和光信号传输三部分组成。该系统使用光纤进行信号的输送，使用光纤光栅作为温度传感探头，而系统的信息采集和处理主要由高速、多路的光电处理主机完成，而系统的控制中心主要使用工程控制机。而系统的温度传感器光纤光栅的作用，是利用了光纤的光敏属性，通过紫外光曝光的方式将入射光纤光栅的图样输入到纤芯，而在芯内发生了折射率变化，从而就形成了空间的相位光栅，它的作用相当于窄带的反射滤波器。而宽带光源发射的光通过光纤输送到光纤光栅，而光栅就反射成窄带光。

该系统设计中光纤光栅的温度检测系统中，调试系统是本系统的核心，主要由F-P控制器组成的可调谐滤波器以及信号处理控制模块和电光探测器构成。然后利用耦合器的引导光纤光栅发射光将信号引导进入光纤F-P滤波器，这时，只有满足若干条件波长的光才能起到干涉的效果，并且产生的相干极大。而通过扫描电压的作用力使得电陶瓷PZT发生了物理伸缩运动，因此改变了滤波器的F-P腔长度，这样就能改变透过滤波器的波长。而在调谐控制电压的作用力下，导通频带可以扫描整个光栅反射光谱，当导通中心波长和光纤光栅的反射波长一致时，探测器就能以最大功率工作。而光进入电光探测器后就转成电信号，这时的电信号相当于光纤光栅发射光的中心波长，此时也正对应待测的温度。最后数据处理将温度传输到工程监控机的显示屏。

2系统中的关键问题

2.1光纤光栅温度传感器设计

高压开关柜的结构大多是封闭式的，这种工作环境的空间小、电压高、电流大，并且具有强磁干扰，而温度变化范围相当大，在-40 ℃~140 ℃之间，温度差达到了180 ℃。

要达到检测多点温度的要求，光纤光栅温度传感器的设计主要要求是：

①中心波长。通道内的光栅波长设计不一致，而且在温度变化范围内，光栅的波长变化不重叠、不交叉。

②温度范围。设计的温度上限定值在90 ℃以内，额定的温度在70 ℃以下，一旦超过70 ℃就报警，而温度没有超过70 ℃，但频繁发生异常，也会报警。

③连接。为了便于安装和维护，设计中的每个光栅和传输光纤的连接主要由法兰盘进行连接。

2.2系统的信号处理和通信功能

信号处理功能主要有电光转换功能和输出信号的接口模块来完成。信号处理主要包括温度显示、异常报警和通信。系统的接口通讯采用了RS-485标准，将开关柜的温度信息导入电力控制管理系统后，就可以实施开关柜的远程温度在线监控。

2.3系统的主要技术指标

①系统能够对所有被测点在-40 ℃~140 ℃的温度值进行实时检测。

②F-P可调滤波器的扫描频率为100 Hz，测量点的频率为0.01 s。

③系统可以实现2个以上模块的处理，每个模块都可以有多个检测通道。每个通道有多个测量点，系统可以同时实时检测多个高压开关柜。

④系统能够提供局域网接口，能够保证集成到其他的控制系统。

3传感器的安装和测试

为了便于安装和维护，传感器经过数次实验定于安装在开关柜的静触头最为科学。但因为静触头后面的绝缘体是由螺丝固定的，同时触头背后有螺杆的干扰，因此决定将传感器贴着螺杆放置，在两个螺钉之间用尖嘴钳夹紧传感器，并在传感器和螺杆之间用导热介质进行固定。而对于不能在静触点安装的部分高压柜，就需要在动触头上安装一个温度传感器，然后从触头的间缝件向外引光纤，当传感器通过固定卡安装在触头的手臂上方，再通过法兰盘将光纤和传感器进行连接。根据高压开关柜的不同情况，每个柜子需要6个监测点。同时，为了能够避免相间爬电和高压污闪，需要在每3个开关柜的底部设绝缘盒，这样的好处是开关柜的传感器互相独立，当一处出现故障时不会影响其他开关柜的正常工作，保证了系统的安全性。

为了检测温度在线系统的精确性，作者将变压器的高压开关的电压调低，从而产生大电流，这样高压开关的温度急剧增高。这时，系统和热电偶的温度计同时放在温度监测点上，在温度升温和降温过程中，每1 min记录一次测量值。通过实验可以证明，设计的温度检测系统的反应速度相当迅速，而且温度定位精确，测量误差在0.2 ℃以内。

4结语

高压开关柜内的接头温度一旦过高，就会对开关柜内的金属材料的强度和寿命带来很大影响，并且加大了出现事故的几率。而使用光纤光栅作为温度传感器，并结合计算机通讯技术设计的实时在线温度检测系统，不仅能够对多个开关柜的触头进行温度检测，并且还具有测量温度精确度高、安全可靠、抗强电磁的特点。这种检测系统可以应用在多种场合，例如冶金、石油、煤炭等易燃易爆的场合，应用范围广泛。

参考文献：

[1] 李念.高压开关柜的在线监测与故障诊断技术[J].河南电力技术,2012,(6).

[2] 许鸿.高压开关柜触头温度在线检测仪[J].高压电器,2012,(4).

[3] 刘凡.一种用于变电站高压触点温度在线监测的新方法[J].电力系统自动化,2012,(4).

[4] 匡斌.分布式光纤温度传感器原理及其在变电站温度监测中的应用[J].电力自动化设备,2012,(9).

单片机温度控制系统方案的研究 篇12

1 单片机温度控制中的硬件部分

实现对温度的控制不仅需要中央处理和控制部件如单片机, 还涉及温度检测和采集部分、模数转换部分、信号放大部分、显示部分等构成。其中, 非常重要的一部分是温度测量部分。选用适当的热敏电阻可以精确感应温度的变化, 进而实现温度的控制。

整个系统的设计思想主要包括如下几个部分:首先是利用温度传感器对温度进行采集, 然后通过A/D转换器将采集到的模拟信号转变为数字电信号传递给单片机部分和显示部分, 如数码管等。进而单片机根据系统要求发送相应的控制信号, 通过定时器或者其他控制部件等实现保温或者加热等操作, 完成对整个系统的温度控制的目的。

本文以控制一个加热炉的温度为例, 进行具体说明。

其中:

主机部分采用89C52芯片作为单片机温度控制系统的核心。该芯片的选取主要鉴于对温度控制的要求不是非常高, 控制和运算处理等879C52可以满足实际要求。

温度检测部分由温度传感器、电传感器 (变送器) 、A/D转换器等三个部分构成。其中, 系统要求不同, 所需要采用的温度传感器和变送器也不尽相同。这主要是由温度传感器中的热敏电阻所能工作的范围决定的。由于热电偶的结构简单, 测量范围广, 即便是在较高温度中也可以实现较为精确的测量, 因此电传感器部分可以选择采用热电偶。利用热电偶将测量温度信号转变为电信号, 经过放大滤波等处理后进行A/D转换, 送入单片机进行分析和处理。

温度控制部分, 本文使用可控硅调功器实现对电炉的温度控制。采用这种控制方式的优势在于可以将双向可控硅和电炉的加热电阻丝直接与220V交流市电进行串接, 增强了系统的适应性。通过软件编程, 控制单片机的某一输出端口将控制帧经过光耦合和驱动电路输送到可控硅的控制端, 这样可以提高系统的稳定度, 减少干扰。通过控制帧的变化可以控制可控硅的状态, 进而实现对电炉通电加热或断电等待的控制。

为便于管理, 本系统还设计了人机对话部分。该部分主要由输入键盘, LED显示、超范围报警灯三部分组成。其中, 键盘主要用来对单片机输入温度控制信号, 控制温度控制系统所需要维持的温度, 或者对系统温度进行调整。LED显示部分与单片机进行连接, 接收单片机输出的当前温度信号并进行显示, 便于操作人员对温度控制系统进行操作和修正。报警部分可以对单片机连接一个简单的蜂鸣器。当系统温度高于或者低于限定温度时, 单片机输出警报信号, 蜂鸣器进行报警。

为满足系统要求, 还需要对系统添加实时时钟电路和看门狗电路。实时时钟电路可以用来进行采样周期、PLD控制算法等的控制。看门狗电路用来提高系统的可靠性和稳定性。

2 单片机温度控制中的软件部分

2.1 系统上电后工作流程

系统上电后首先等待单片机响应, 单片机响应由键盘启动键控制。此时, 可以先由键盘进行预定温度设置, 设置完毕后, 启动系统, 然后单片机根据预定工作方式对当前系统实时采集的温度进行检测并与预设温度进行对比, 根据对比结果控制电炉是否进行加热。若采集温度值低于最小预设值则启动加热, 若采集温度值达到预设最高温度则停止加热。同时, LED对系统采集温度进行实时显示。通过上述过程可以实现对温度的自动控制。

若需要改变控制温度范围可以通过键盘调用单片机中断服务程序, 重新输入预设温度, 改变系统工作状态。

2.2资源分配

根据系统设计思想, 对单片机进行地址分配如下:地址位50H~51H用来存储当前的检测温度, 高位在前;地址位52H~53H用来存储预设温度, 高位在前;54H~56H为采用BCD码存储的温度显示缓冲区, 分别表示百十个位;59H~7FH为堆栈区;报警标志位为PSW.5位, F0为0时表示禁止报警, F0为1时表示允许报警。系统初始化时上述地址中的内容均为0。

单片机的接口分配如下:I/O口的P1.0~P1.3为键盘输入端口;P1.6~P1.7为报警和电炉控制端口。

若系统温度不是非常高, A/D转换器使用ADC0809即可满足要求。

2.3 软件设计

主程序的功能实现主要通过中断的方式实现, 各中断中为相应的功能模块。系统完成初始化后, 进行温度预设和定时器0的设置。定时器0主要用于产生中断。根据系统需求, 可以设定中断方式和中断间隔, 本系统设定中断时间为5秒。本系统使用的晶振频率为6MHz, 最大定时是130ms, 因此, 需要通过编程计数, 实现5秒的定时采样

3 结论

利用单片机对温度进行实时监测和控制具有非常重要的实用价值。其结构和实现较为简单, 应用领域广泛, 已经成为现代集成工业控制系统中的一个重要组成部分。通过对单片机温度控制系统的设计可以增强我们的实际操作能力和应对能力。

摘要：本文设计了一个通过单片机, 结合温度传感器等硬件对温度进行控制的系统。从硬件和软件部分对系统的构成和实现方式进行了分析和研究。

关键词：单片机,温度传感器,温度控制系统,硬件,软件

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