科技创新实践

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课程设计报告

 

 

设计课题:

          信号采集系统                                  

 

姓   名:

                                        

 

学   院:

           信息工程学院              

 

专   业:

           电子信息科学与技术                

 

班   级:

                07级                  

 

学   号:

                                     

 

日   期

           2008-2009第三学期         

 

指导教师:

                          

 

山东大学威海分校信息工程学院

 

 

信号采集分两部分完成：

1.用铂电阻Pt100测量温度。

2.基于单片机的多路温度巡回检测系统。

用铂电阻Pt100测量温度

1.      温度概述：温度是工业和科研试验过程中非常重要的参数，许多生产过程需要测量温度和控制温度，随着科学技术的发展，对温度的测量越来越普遍，而且对温度的测量准确度也有更高的要求。

2.      热电阻传感器：热电阻传感器是利用半导体或导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温，可分为金属热电阻和非金属热电阻两大类，其中标准Pt电阻温度计精确度高，作为国际温标的标准仪器。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻，他们的R-T关系呈线性。Pt热电阻的精确度高，稳定性好，性能可靠。在 -~0度其公式为 在0~850度范围内 。式子中 和 分别为t度和零度时pt电阻的电阻值；A,B,C为常数。在ITS-90中A=3.9083*10-1/c;B=-5.775*10-7/ ;C=-4.183*10-12/ .常用pt电阻有pt100和pt10。在一些精度要求不高的情况下可采用铜热电阻进行测温。

3.      测温电路（Altium Designer绘图）：

                 VCC                                                              

                    vcc 输出

OP07

 

 

 

                 1   -vi   vi   -vcc

 

该电路使用了集成运放OP07其作用是将电桥输出的双端信号变为单端信号，以便用3 1/2数字电压表头显示OP07的放大倍数是1（改变Rf的值可以改变放大倍数），该电路的测温灵敏度为1mv/c，3 1/2数字电压表头可使用200mv满量程的。

测温原理：

图中，pt100与R1，R2、R3组成电桥，R0是电桥灵敏度调节电阻Rq是调零电阻，显示器用3 1/2数字电压表（DVM）。上述电桥的输出不难达到1mv/c的测温灵敏度，所以若测温范围不大，例如-200~200，可以不用运算放大器，电桥的输出可以直接送至3 1/2数字电压表（DVM）显示。这时可选用200mv满量程3 1/2位数字是电压表作为显示器件。3 1/2位的DVM采用双积分式A/D转换器ICL7107或ICL7106作为A/D转换器，其分辨力相当于12位，具有较高的测量精度。但要注意ICL7107是用来驱动LED数码管的而ICL7106是用来驱动LCD显示器的。

仪器校准：

1.                   零点校准：将pt100置于0c环境中（如冰水混合物），调节Rq使3 1/2 DVM指示为0.0mv

2.                   满量程调节：将pt100置于199.9c环境中，调节节Rq使3 1/2 DVM指示为199.9mv.若199.9c环境不易获得，可以将pt100置于100c沸水中调节节Rq使3 1/2 DVM指示为100.0mv，根据上述步骤重复2~3次可获得最佳效果。.

     还可采用pt100与医用放大器AD620组成测温电路。

基于单片机的多路温度巡回检测系统

如图所示，图示为MCS-51单片机最小系统图。主要包括89S51单片机，D/A、A/D转换器，串口，并口，外扩ROM，数码管、LED灯，USB转串口等部分。

设计要求：采用单片机，设计8路巡回测温系统，测温范围为

~ ，分辨率为0.1度，能够上限报警。

首先，依据电路原理图焊接单片机小系统；

第二，焊接完成后，对小系统进行检测调试，主要有用串口调试工具对串口进行调试，LED灯检测，数码管检测等。

设计思路：根据设计要求，首先我们确定8路巡回测温可由硬件电路和软件编程配合实现，传感器可用模拟量的Pt100加模数转换器，此处若选用数模转换器，则选用具有8路输入输出的ADC0809模数转换器，还可选用数字温度传感器DS18B20加8路模拟开关控制，考虑到此方法较为简单，此次用此方法。

方法一，硬件设计：采用铂电阻pt100测温，将8路pt100测温子系统连接到模数转换器ADC0809的8路输入端口，将ADC0809接至单片机p2口即可，用这种方法要进行零点调整；软件编程，控制P2口每次巡回扫描输入一路温度，由控制p0（位选）及p1口来控制数码管（四位）的显示，其中一位显示为第几路温度，其他三位显示温度，设置上限报警，温度超过100时，蜂鸣器鸣叫；方法二，采用DS18B20测温，8路输入，将8路18B20采集的数据输入CMOS4066四正双向传输门（模拟开关），模拟开关的通断由单片机的p0或(p1) p2控制，即单片机控制采集第几路温度数据，数据通过CMOS4066后可直接接入p3^7口（数据专用接收口）【也可输进不同端口】，这种方法比上一种方法在编程上稍简单些。CMOS4066也可以用继电器等替代，但必须注意的是此处必须为双向模拟开关软件编程，控制P2口每次巡回扫描输入一路温度，由控制p0（位选）及p1口来控制数码管（四位）的显示，其中一位显示为第几路温度，其他三位显示温度，设置上限报警，温度超过100时，蜂鸣器鸣叫，同时还可设置LED灯发光报警，数码管用LG3641BH共阳极四位数显数码管。电路原理图(Altium Designer绘图)如下： DS18B20工作流程图

焊接外围电路（单片机小体统为两位数码管显示，所以要外接四位数码管）如图：

靠近插针的器件为四正CMOS传输门。

51最小系统图

18B20特点及测温原理：DS18B20数字温度计是单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 

1、DS18B20产品的特点 

  （1）、只要求一个端口即可实现通信。 

  （2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 

  （3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 

  （4）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。 

  （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择，   精度为±0.5°C。

测温原理：DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

　　这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度 。