智能温度测量仪.doc

设计题目 设计任务和设计要求 总体方案论证与选择（设计2~3个可以实现设计要求的总体方案，简要说明各方案的工作原理和优缺点，简要说明被选中方案的特点）。画出系统组成方框图。 各单元电路设计（各单元电路图设计，简述单元电路工作原理，电路参数和元件参数的计算，元器件的选择）。 程序流程图。 评价自己的设计是否满足设计要求？总结所设计电路的特点与不足，提出改进意见。设计过程中的体会、收获和建议。 参考文献：作者、文献名称、出版单位和出版时间。 附录： ①.总电原理图（需标注元件编号和元件的主要特征参数）。 ②.元器件表（包括序号、元件编号、元件名称、元件型号与规格、元件数量及必要说明）。 ③.源程序清单。 六.主要参考书 《单片机原理与接口技术》 李朝青 北京航空航天大学出版社 《单片机原理与应用》 李建忠 西安电子科技大学出版社 《智能仪器原理，设计及调试》 季建华等 华东理工大学出版社 《单片机应用系统设计应用》 何立民主编 北京航空航天大学出版社 《智能化仪器原理及应用》 曹建平 西安电子科技大学出版社 《智能仪器原理与设计》 赵新民 哈尔滨工业大学出版社 《智能仪器原理及应用》 赵茂泰 电子工业出版社 《现代科学仪器》 中国分析测试协会主办 《自动化仪表》 中国仪器仪表学会 上海工业自动化仪表研究所））4.4.1 智能型温度测量仪的设计要求 一 功能要求 1 配合电阻温度传感器（或集成T/I（或T/U）变换器），实现温度的测量； 2 具有开机自检、自动调零功能； 3 具有克服随机误差的数字滤波功能； 4（可以预置温度上限、下限，超限时声、光报警）； 5 使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。 二 主要技术指标 1 测量温度范围：0～200℃（或-50～+150℃） 2 测量误差：≤1%（最大引用误差） 3 分辨率：0.1℃ 4 显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。 注意：（）中的内容是与《智能仪器课程设计指导书》要求不同的。 4.4.2 总体方案论证与选择 A 从功能要求看，系统功能并不复杂，MCS-51单片机完全可以胜任主机的角色； B 从测温范围看，热电阻传感器或集成T/I（或T/U）变换器均可满足要求； C 从分辨率看，普通运放和11位以上的A/D转换器可以满足精度要求； 分辨率=0.1℃/(150-(-50))℃=1/2000 D 由于温度变化缓慢，采用双积分型A/D转换器，不需要采样保持器；也可选用片内带有12位A/D转换器的单片机。这样，系统组成方案的雏形已经建立。 二 方案集成T/I变换器→I/U变换器→滤波器→A/D转换器→单片机（键盘、显示器） 以上两个方案的主要区别是选用的传感器不同，两种传感器都具有测量精度较高的特点。热电阻传感器测温范围更宽，但需要非线性校正；集成电路温度传感器测温范围较窄，但线性很好，不需要非线性校正，软、硬件设计较简单。当测温范围和精度满足设计要求时，应首选集成T/I变换器。本设计采用方案2。 三 软、硬件分工： 1 硬件：T/I变换、I/U变换、滤波、A/D转换、标度变换等功能由硬件实现。 2 软件：自检、故障报警控制、自动调零、数字滤波、按键识别、显示译码等功能由软件实现。 4.4.3硬件电路设计（以方案2为例） 一 单片机的选择：从性能、功能、仿真调试器的普及程度等各方面考虑，MCS-51系列单片机是一个很好的选择。初选应用广泛的AT89C51单片机。 二 A/D转换器 1 分辨率：温度分辨率要求为1/2000，须采用11位的A/D转换器。 2 误差：系统误差要求＜1%，考虑到传感器、放大电路增益、A/D转换器、直流基准电压等都会产生误差，一般选A/D转换器的误差应＜(1/5～1/10)系统误差，故至少应选择≥9～10位（0.1%）精度的。两者相比以要求较高为准。 3 转换速度：由于温度变化缓慢，对A/D转换器转换速度无特殊要求。 4 选择芯片：可考虑选择转换速度较慢、精度较高、抗干扰性能较好、价格低廉的双积分型A/D转换器，常用的芯片有MC14433（3位半---单极性输入时相当于11位）和ICL7135（4位半---单极性输入时相当于15位）。这两种A/D转换器的模拟输入电压范围均为：UI=±2V。MC14433已经完全可以满足精度要求，选之。直流基准电压由MC1403提供。 智能型温度测量仪通过智能型温度测量仪的设计，了解智能型模拟量测量仪器设计的一般方法。功能要求 1 配合电阻温度传感器（或集成T/I（或T/U）变换器），实现温度的测量； 2 具有开机自检、自动调零功能； 3 具有克服随机误差的数字滤波功能； 使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示