毕业设计数字式温度监控系统设计学士学位论文

1、学士学位毕业设计（论文）数字式温度监控系统设计学生姓名：曹平 指导教师：赵斌 怀宝付所在学院：信息技术学院专 业：电气工程及自动化中国大庆2007 年 6 月黑龙江八一农垦大学本科毕业设计（论文）任务书学生姓名曹平所在班级电气03（1）导师姓名赵斌怀宝付导师职称副教授助教论文题目数字式温度监控系统设计题目分类1应用与非应用类：工程 科研 教学建设理论分析 模拟2软件与软硬结合类：软件硬件软硬结合非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打）主要研究内容：该题目是控制加热炉的温度保持在设定区间内，温度低于下限自动加热，温度高于上限自动降温，用数字显示加热炉实际温度。主要技术指标（或技术参数）：1、 独立完成系统的硬件设计。2、 完成系统软件程序的编写及模拟调试。主要参考文献：1、 电子技术应用，20032、 仪表技术与传感器，20023、 元器件搜索4、 参考单片机网站：周立功单片机阶段规划：1、 搜集资料、分析资料，提出方案。（3月1日4月1日）2、 系统硬件设计。（4月1日5月1日）3、 系统程序编制。（5月1日6月1日）4、 论文书写，准备答辩。开题时间完成论文时间论文

2、中期完成情况（导师意见）导师签字教研室审定意见：教研室主任签字：年 月 日注：1任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据。摘要本设计是控制加热炉的温度保持在设定区间内，温度低于下限自动加热，温度高于上限自动降温，用数字显示加热炉实际温度。由数据采集电路的温度传感器（热电偶），检测加热炉的实际温度，经模/数转换后送入单片机中与设定温度值进行比较。控制方法采用增量型控制方法，温度信号经比较后，由单片机输出控制触发电平，控制继电器的开合。本设计采用数字控制器，不但节省了硬件，而且具有控制精度高，可靠性高，操作方便，自动化高等特点。关键词：数据采集 信号调理 键盘与显示 输出控制ABSTRACTThe system in this article was designed to keep the temperature of furnace，which will heat itself automatically if the temperature is lower to the minimum and cold itself

3、when the temperature is higher than the maximum then display the temperature，in an special area. The real temperature will be checkout through the data sample circuit and be sent after converting by A/D converter to MCU, where the data will be compared with the value defined before. The algorithm of incremental PID was adopted in this design. The on-off state of the relay is controlled by the electrical level output by the MCU after the temperature signal was compared. Because the digital PID co

4、ntroller was adopted in this system, the hardware circuit was cut down and it was perfect on control precise, more reliable, operated conveniently |and automatically.Keywords: Data Acquisition Signal Conditionting Keyboard and Display Output Control目录摘要IABSTRACTII前言IV绪论11 数据采集部分2数据采集方式2传感器的选用42 信号调理电路的参数设计和选择9前置放大器9滤波器113 转换电路的参数设计和选择12 A/D转换器的选择12 采样保持器164 键盘与显示部分设计16 键盘部分164.2 显示部分175 输出控制部分设计19 80C51单片机的引脚定义及功能195.2 开关量输出通道216 软件部分设计23结论26参考文献27致谢28附录29引言传统的测控系统主要由“测控电路”组成，所具有的功能较少，也比较弱。随着计算机

5、技术的迅速发展，使得传统的测控系统发生了根本性变革，即采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，代替传统测控系统的常规电子线路，成为新一代的微机化测控系统。将微型计算机技术引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级换代等。因此，现代测控系统设计，特别是高精度、高性能、多功能的测控系统，大都采用计算机技术。计算机技术的引入，为测控系统带来一些新特点和新功能： （1）自动对零功能 每次采样前对传感器的输出值自动清零，大大降低因测控系统漂移变化造成的误差。 （2）多点快速测控 可对多种不同参数进行快速测量和控制。 （3）数字滤波功能 利用计算机软件对测量数据进行处理，可抑制各种干扰和脉冲信号。 （4）自动修正误差 许多传感器和控制器的特性是非线性的，受环境参数变化的影响较严重，给仪器带来误差。利用计算机技术，可依靠软件进行在线或离线修正。 （5）数据处理功能 利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能，比如统计分析、检索排序

6、、函数变换、差值近似和频谱分析等。 （6）复杂控制规律 利用计算机技术可以实现经典的控制，还可实现各种复杂的控制规律，例如，自适应控制、模糊控制等。 （7）自我诊断功能 采用计算机技术后，可对测控系统进行监测，一旦发现故障则立即进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原因，对排除故障的方法进行提示。 绪论微机化测控系统是以微机为核心、测控一体化的系统，这种系统对被控对象的控制依据对被控对象的测量结果决定。因此，它实质上是一种闭环控制系统。测控通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道和开关量输出通道。带有模/数转换器的模拟量输入通道用来连接各类模拟信号输出的传感器，也可直接用做模拟形式的电压或电流的输入端。模拟量输出通道带有数/模转换器，使计算机能对模拟形式的执行机构或输出设备进行控制。开关量输入通道用来接收外界以“开关”形式表示的信息。开关量输入也可用编码的形式向计算机输入信息，这种信息既可以是命令信息（要求计算机执行某种动作），也可以是单纯的数据信息。开关量输出通道常用来控制开关型执行机构（继电器、步进电机等），也可用来以编码形式输出信息。第二章 数据采集部分模拟输入通道

7、是微机化测控系统中被测对象与微机之间的联系通道，因微机只能接收数字电信号，而被测对象常常是一些非电量。所以，输入通道的前一道环节是感受被测对象，把被测非电量转换为可用电信号的传感器，后一道环节是将模拟电信号转换为数字电信号的数据采集电路。除数字传感器外，大多数传感器都是将模拟非电量转换为模拟电量，而且这些模拟电量通常不宜直接用数据采集电路进行数字转换，还需进行适当的信号调理。因此，模拟输入通道应由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。如图1所示。 传感器采集电路 调理电路 至微机 图1 信号输入通道的基本组成实际的微机化测控系统，按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个采样/保持器，多路模拟输入通道可分为集中采集式（集中式）和分散采集式（分布式）两大类型。2.1集中采集式（集中式）集中采集式多路模拟输入通道的典型结构有分时采集型和同步采集型两种，分别如图2、图3所示。传感器传感器传感器调理电路调理电路调理电路模拟多路切换器采样/保持器控制逻辑转换器计算机图2 多路分时采集分时输入结构由图2可见，多路被测信号分别由各自的传感器和信号调理电路组成的通道经多路转换开关切换

8、，进入公用的采样/保持器（）和转换电路进行数据采集。它的特点是多路信号共同使用一个和电路，简化了电路结构，降低了成本。但它对信号的采集是由模拟多路切换器即多路转换开关分时切换、轮流选通的，相邻两路信号在时间上是依次被采集的，不能获得同一时刻的数据，这就产生了时间偏斜误差。传感器传感器传感器调理电路采样/保持器调理电路调理电路采样/保持器采样/保持器模拟多路切换器采样/保持器控制逻辑转换器计算机图3 多路同步采集分时输入结构由图3可见，同步采集型的特点是在多路转换开关之前，每路信号通路各有一个采样/保持器，使多路信号的采样在同一时刻进行，即同步采样。然后由各自的保持器保持着采样信号幅值，等待多路转换开关分时切换进入公用的和电路将保持的采样幅值转换成数据输入主机。可消除分时采集型结构的时间偏斜误差，此结构既能满足同步采集的要求，比较简单。但在被测信号路数较多的情况下，同步采得的信号在保持器中保持的时间会加长，而保持器会有一些泄露，使信号有所衰减，由于各路信号保持时间不同，使各个保持信号的衰减量不同。21.1.2 分散采集式（分布式）分散采集式的特点是每一路信号都有一个和，不再需要模拟多路切换器。每一个和只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机输入计算机，如图4所示。2图4 分散采集式模拟输入通道结构1.2 传感器的选用传感器是信号输入通道的第一道环节，决定整个测试系统的性能。要正确选用传感器，首先要明确所设计的测试系统需要什么样的传感器，即系统对传感器的技术要求；其次要了解现有哪些可供选择的传感器，将同类产品的指标和价格进行对比，从中挑选合乎要求的性价比最高的传感器。1.2.1对传感器的主要技术要求（1）具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围（变化幅度范围、变化频率范围）相一致

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