基于单片机的冷藏库双重温度测控系统设计(编辑修改稿)

基于单片机的冷藏库双重温度测控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

量温度，而且范围较大的应用领域时， IC温度传感器比热敏电阻更精确。 另一方面，使用热敏电阻时为了达到一致的精度，需要对每批热敏电阻或每颗热敏电阻进行调校。 然而 IC 温度传感器在出厂时即完成测试，保持了系统生产时的稳定性。 温度读取误差的来源 读取网络和功耗 热敏电阻是一个电阻随着温度变化的器件。 通常设计人员需要建立一个电阻网络以把电阻变化转化成电压变化。 位于上部的电阻是读取数据的第一个误差来源。 如果你想读取一个准确的结果，那幺，上部电阻的精度必须不低于 1％。 同样，上部电阻的阻值将影响整个网络的线性度和功耗。 与热敏电阻相比较， IC 温度传感器更易于使用。 IC 温度传感器中有三个引脚，分别是 Vcc、 GND 和 Vout。 一般而言， Vout 与温度呈线性关系，而 CMOS 工艺能最大程度地降低功耗。 再者 ， IC 温度传感器一般都可承受一定范围的 Vcc 变化而不影响输出值。 (例如图 2 的 LM20 可稳定地在 至 的 Vcc下工作 ) 线性度 如读取网络中所示，线性度是造成温度读取误差的另一个因素，特别是当温度读数的范围较宽时。 因而热敏电阻在完成数字化过程后总 是需要一个查阅表，或增加一些模拟电路，以对线性度进行补偿，这再次增加了成本。 IC 温度传感器以线性方式指示温度，而且不需要进行线性度补偿。 图 3 是热敏电阻与 IC 温度传感器响应性能的示例。 数字化误差 为了读出数字世界中的温度值，我们需要用模数转换器将模拟输出转换为数字 计算机 控制技术 课程设计 12 量。 在这一过程中，模数转换器的线性误差、量化误差、偏移误差、 PSRR 误差与温度的关系也将造成整体系统的温度读取误差。 因此，如果设计人员认为最终系统的全部参数和误差都依赖于多个因素，那么设计工作将大为复杂。 我们可能还需要在生产现场 进行系统校准。 IC 数字温度传感器将传感器和数字化功能集成在一块芯片内。 这种芯片的数字输出级在最后出厂前都经过测试，以排除一切误差来源。 整块芯片的精度得到了保证，因而非常容易即行采用。 例如， LM92 的技术规格为 30℃ 时的精度为℃。 这时，你可以立即从 I2C 总线获得准确的数字读数而无须校准。 ／ D转换 器的选择 A／ D 转换我们采用 ICL7135 芯片，它是采用 CMOS 工艺制作的单片 4 1／ 2位 A／ D 转换器，只 要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容等元件，就可组成一个满量程为 2V 的数字电压 表． ICL 7135 主要特点如下： 在每次 A／ D 转换前，内部电路都自动进行调零操作。 在177。 20xx 字 (2V 满量程 )范围内，保证转换精度177。 1 字。 具有自动极性转换功能。 输出电流典型值 IPA。 所有输出端和 rIL 电路相容。 有过量程 (oR)和欠量程 CUR)标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号． 输出为动态扫描 BCD 码。 8 对外提供六个输入，输出控制信号 (WH， BUSH， ST， POL， OR．， UR)，因此除用于数字电压表外，还能与异步接收，发送器，微处理器或其它控制电路连接使用。 采用 28 外引线双列直插式封装，在电路内部， CLK 和 R／ H 两个输入端上分别设置了非门和场效应管的输入电路，以保证该两端在悬空时为高电平。 数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。 7135一次 A／ D 转换周期分为四个阶段： (1)自动调零 (Az)； (2)被测电压积分 (IM)； (3)基准电压反积分 (DE)： (4)积分回零 (Z1)。 计算机 控制技术 课程设计 13 ／ D转换电路模块 在温度测控系统中，由于单片机 AT89C52 只能处理数字信号，传感器检测到的温度转变成 电压信号经放大后，得到的是连 续变化的模拟信号，经过 A／ D 转换器将检测到的连续变化的模拟 量转换成离散的数字量，才能输入到单片机中进行处理。 A／ D转换器按照输出代码的有效位数分 为 4位、 6位、 8 位、 10位、 12位、 14位、 16位等多种。 双积分式 A／ D 转换器工作原理 电路先对未知的输入模拟电压进行固定时间的积分，然后转为对标准电压进行反向积分， 直至积分输出返回起始值。 则对标准电压积分的时问正比于模拟输入电压，输入电压大，则反向积分时间长，用高频率标准时钟脉冲来测量时间，即可以得到相应模拟电压的数字量。 在实际应用中考 虑到可靠性，应使积分器的输出电压摆幅小一点，所以常取C=0． 47181。 A． 自动调零电阻 CAZ 的大小对系统的噪声有些影响，选用较大的电容可以减小噪声，一般为 l181。 F。 基准电容 CREF 应大到足以使结点对地的寄生电容可以忽略为止， 一 般为 l181。 F。 在 ICL7135 与单片机系统进行连接时，如果采用 ICL7135 的并行采集方式，不但要连接 BCD 码数据输出线，又要连接 BCD 码数据的位驱动信号输出端，这样至少需要 9根 I／ O 口线。 因此 系统的连接方式比较麻烦，且编程也非常复杂。 ICL7135 的串行接法，是通过计数 脉冲数的方法来获得测量转换结果的，其脉冲数与转换结果具有一一对应的关系。 通过 AT89C52 的定时器 T0 来计脉冲器，定时器 T0 所 用的 CLK 频率是系统晶振的 l／ 12。 ICL7135 的时钟信号输入由74HC4060 计数分频器得到，经过 6 分频之后得到时钟频率为 125KHz， 74HC4060的输入频率由单片机的晶振频率提 供。 从而可以得到定时器所使用的频率与单片机系统的频率的关系，以及 ICL7135 所需的频率输入与单片机系 统的频率的关系。 为了使 T0的计数脉冲与 lCL7135 工作所需的脉冲同步，将 ICL7135 的 BUSY信号接至 AT89C52 的 口，此时定时器 T0 是否工作由 BUSY 控制，当 BUSY信号跳高时， T0 才开始工作。 在这种情况下，由于定时器 TOICL7135 所用的时钟不是同一路，因此应找到 TO 所记录的数据和 ICL7135 的测量脉冲之间的比例关系，如下： 计算机 控制技术 课程设计 14 FTime=Fosc／ 12 FcLk=Fosc／ 6 FTiMe是定时器所用系统晶振频率， FclK是 ICL7135 输入频率 3 单元电路的设计 在单片机实现的温度测控系统中，对某些状态参数，要求不仅能够在线修改，而且断电后能 保持，以各上电后恢复系统的状态。 断电数据保护方法可选用电可擦存储器 EEPROM。 EEPROM 适合数据交换量较少，对传送速度要求不高的场合。 EEPROM 有并行和串行之分。 并行 EEPROM 速度比串行快，容量大，但是很多情况下并不需要这麽大的容量，可选用串行 EEPROM。 串行芯 片成本低，线路简单，工作可靠，占用单片机旦垡资源少。 24 系列串行 EEPROM 是目前单片机 应用系统中使用较多的 EEPROM 芯片。 24 系列串行 EEPROM 除具有体积小、功耗低，工作电 压允许范围宽等特点外，还具有型号多，容量大，总线协议，占用口线少，芯片扩展配置方便灵活，读写操作相对简单等优点。 24系列串行 EEPROM 为串行的用电擦除的可编程 CMOS 只读存 储器。 自定时写周期包括自动擦除时间不超过10ms，典型时间为 5ms。 擦除写入周期寿命一般都 可达到 l0 万次以上。 片内数据保存寿命可达 40 年以上。 采用单一电压 +5v，低功耗工作电流 lmA，端口为三态门输出，与 TTL 电平兼容．支持 IIC 总线传输规约。 串行在 EEPROM 系统中总是作为从机工作，总线必须由一片可以 产生串行时钟的主器件控制，通常这个 主器件是单片机，控制总线访问和产生启动和停止信号。 对 EEPROM 进行写操作时，单片机是发送机， EEPROM 是接收器；读操作时则相反． AT24C02 与 AT89C52 接口非常简单，将 AT89C52 的 接 AT24C02 的 SDA端， 接 AT24C02 的 SCL 端， Wp 接 AT89C52 的 RST 端，起复位的作用， Vcc接 +5v。 计算机 控制技术 课程设计 15 图 31AT24C02 与 AT89C52 接口电路 当将单片机用做测控系统时，系统总要有被测量信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入 信息。 对测控系统 来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节．对被测对象状态的拾取，一般都离不开传感器，这是因为被测对象的状态参数往往是一种非电物理量，而计算机只是一个能识别和处理电信号的数字系统，因此利用传感器将非电物理量转换成电信号才能完成测量和控制任务。 1．温度传感器 广义上讲，一切随温度变化而物体性质亦发生变化的物质均可作为温度传感器。 一般真正能 作为实际中可使用的温度传感器的物体一般需要具备下述条件： (1)物体的特性随温度的变化有较大的变化，且该变化量易于测量： (2)对 温度的变化有较好一 一 对应关系； (3)性能误差及老化小，重复性好，尺寸小； (4)有较强的耐机械，化学及熟作用等的特点； 计算机 控制技术 课程设计 16 (5)与被检测的温度范围和精度相适应； (6)价格适宜，适合于批量生产； 本系统中选用的温度传感器是热电阻。 热电阻是温度测量中使用最广泛的传感器，其测温区 宽，测量的准确度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内，有较高的精度。 熟电阻已经标准化，产品系列化，易于选用。 2． CD4051 在用单片机进行温度的测量和控制中，经常需要有多路和 多参数的采集 和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路采用放大，采样、保持、A／ D 等环节，不仅成本比单路成 倍的增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大的困。