课程设计（论文）-单片机温度采集系统

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1、1绪论1.1课题背景随着计算机技术的发展，工业计算机控制系统的应用已非常普及。而智能仪表和现场总线等技术的引入则代表着一个网络时代的到来，成为工业控制的主流。在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中，通过计算机中的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送，就可以利用计算机对生产现场进行监测和控制。但是由于计算机上的RS-232所传送的距离不超过30m，所以，在远距离的数据传送和控制时，可以用MAX485的接口转换芯片将RS-232转换成RS-485协议进行远距离传送。目前国际上已经出现多种现场总线通讯规范及相应的通讯接口软件

2、，但其系统造价对国内大量中小企业来说仍显过高。而RS-485总线技术以其构造简单、维护容易、造价低廉和硬件资源丰富等特点，仍在低成本的中小型计算机控制系统中占据重要一席。故本设计选用基于RS-485的通讯接口规范，实现对远距离工业现场的温度信号的采集控制。1.2课题的目的及意义温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，在冶金、机械、食品、化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉，对工件的处理温度等均需要对温度严格控制。随着现代信息技术的飞速发展和传统工业的逐步实现，由微机构成的温度测控系统已在众多领域被采用。该课题就是解

3、决对工业现场温度信号的采集控制和传输问题。伴随着计算机技术和网络技术的发展，工业参数的数字采集促进了现场总线（Fieldbus）-40-技术的发展，目前现场总线已经从当初的4~20mA电流信号加载数字信号，发展成为全数字通讯，解决了现场信号远距离高速传送问题，而且提高了抗干扰性能，增加了系统配置的灵活性，节省了硬件投资，是未来生产自动化和过程控制的发展方向。较有影响的总线有：CAN.LONWORKS.PROFIBUS.FF等。虽然这些总线无主从方式工作，速度较快、网络支持较完善，但系统造价高，应用受到限制。而RS-485总线主机调度网以其制

4、造容易、造价低、软硬件丰富、配置灵活等特点，得到了广泛的应用。它不仅具有良好的抗噪声干扰性，较远的传输距离，而且它可以实现多点互联，还可以实现全双工通信，因此对远程温度采集控制系统的研究具有现实的意义和实际的价值。1.3主要研究内容本设计是针对MCS—51型AT89C51系列单片机在采样、比较和控制方面的应用。本课题研究的主要内容是：（1）温度检测过程该环节使用铂电阻Pt100为测温元件，Pt100具有性能稳定、抗氧化性能强和测量精度高等优点，可以实现较为准确的测温。（2）数据的采集和转换过程数据采集系统是计算机对整个系统进行控制和数据处理

5、，采用ADC0804实现由模拟量到数字量的转换。（3）温度控制过程采用中断的方式，当A/D转换结束，发出中断请求，单片机响应请求，驱动继电器动作，进行加热或冷却的处理。（4）显示过程采用两位的LED数码管实现对现场温度的显示。（5）串行通信过程基于RS-485串口通信协议，实现远距离通信。-40-2温度采集控制系统硬件设计温度采集及串口通讯是一个综合性系统。在本设计中以AT89C51单片机为CPU控制单元的核心，同时还包括了数据采集、数据存储、数据通信、LED显示等多个功能单元。2.1温度传感器选择传感器是测控系统前向通道的关键部件，它也称

6、换能器和变换器，一般是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将被测的非电量（如压力、温度等）转换成与之对应的电量或电参量（如电流、电压、电阻等）输出的一种装置。2.1.1热电阻热电阻是利用导体的电阻率随温度变化这一物理现象来测量温度的。几乎所有的物质都具有这一特性，但作为测温用的热电阻应该具有以下特性：　　（１）电阻值与温度变化有良好的线性关系；（２）电阻温度系数大，便于精确测量；（３）电阻率高，热容量小，反应速度快；（４）在测温范围内具有稳定的物理性质和化学性质；（５）材料质量要纯，容易加工复制，价格便宜。根据以上特性，常用的材料是铂和铜。

7、铂易于提纯，物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，因此用铂电阻作为实现温标的基准器。2.1.2铂电阻Pt100电阻式温度传感器(RTD,ResistanceTemperatureDetector)是一种物质材料做成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度传感器是以金属做成的,其中以白金(Pt)做成的电阻式温度传感器,最为稳定，耐酸碱、不会变质、相当线性...,被工业界采用。Pt100温度传感器是一种以白金(Pt)做

8、成的电阻式温度传感器,属于正电阻系数,在0～630.750℃温度范围内，Pt100的温度-电阻特性：Rt=R0（1+at+bt）式中：a=3.96847X10-3/℃；b=-5.