发布时间 : 星期二 文章单片机温度采集系统更新完毕开始阅读
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，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）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
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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，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。
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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。
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,Resistance Temperature Detector)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=3.96847 X 10-3 /℃； b=-5.847 X 10-7 /℃；
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2 Rt为在温度T下的电阻值；R0为在0℃时的电阻值。
基于以上的分析，故该设计采用性能稳定、抗氧化性能强和测量精度高的Pt100铂电阻，来实现对工业现场测点较为准确的测温。
2.2 信号调理电路
所谓信号调理就是将传感器（或变速器）所输出的电信号进行放大、隔离、滤波等，以便数据采集模块实现对数据的采集。其中传感器是将被测量（通常为非电量）转换成电信号的信号转换元件，然而由于传感器的电气特性，其产生的电信号一般不可能直接接入至PC，必须进行调理才能被数据采集设备精确、可靠的采集。一般而言，信号调理是基于PC机的通用数据采集系统不可或缺的组成部分。
2.2.1 隔离电路
隔离是指使用光电耦合器或变压器等方法，在测试系统和被测试系统之间传递信号，以避免直接的电或物理连接。因为被测量常有瞬变或冲击现象，甚至足以损坏计算机和数据采集板，将传感器信号同计算机隔离起来，使系统安全得到了保证。另外，通过隔离可以确保ADC卡的读数不致受到“地”电位或共态电压差异的影响。ADC卡每次采集输入信号时，都是以“地”为基准的，如果两“地”之间存在电位差，就可能导致“地”环路的产生，从而造成所采集的信号再现不准确。如果这一电位差太大，则可能危机到数据采集系统的安全，利用隔离技术就可以消除“地”环路并保证准确的采集信号。
2.2.2 放大电路
最常用的信号调理形式是放大，即将输入微弱的电信号放大至与多功能ADC卡的量程相当的程度，以获得尽可能高的分辨率。信号调理电路首先应将输入的微弱电流信号通过一个精密电阻，使之转换为电压信号，在对该电压信号进行调理和数字化。另外，信号调理模块应尽可能靠近信号源、传感器或变送器，这样信号在受到环境噪声影响之前即被放大，使信噪比得到改善。
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