毕业设计-基于89C51单片机的数字式智能多路巡检仪的设计87745506.doc

1 引言 在工业生产中，温度是最基本的检测参数之一，温度的检测和控制直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术指标相联系。随着半导体技术的发展，以单片机为主题，将计算机技术与测量控制技术结合起来组成的智能仪表在生产中得到了广泛的应用。这些智能仪器自身带有微处理器，在结构上自成一体，能独立进行测试，使用灵活方便。然而在实际工业生产活动中常常包含许多工业参数需要测量，如：温度、湿度、压力、水位、流量等，单独使用温度计、湿度计、压力计等分别测量温度、湿度、压力等等生产现场的工艺参数已经不能适应生产和生活的需要。数字式智能多路巡检仪可以测量多个传感器数据，通过巡回显示方式，在单台仪表上可以显示多个数据，因而可有效节省成本。 随着电子技术的飞跃发展，数据采集已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节，普通电路已无法满足日常生活及工业的控制需求，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统，日益增大的市场需求，需要我们在这个方面做出更大的努力，因而需要一套完善的解决方案。该设计正是从生产需要出发，低成本的多路数据采集系统的设计，配以不同的传感器完成各类数据的采集、显示、控制与数据汇总保存。AT89C51是一种低功耗，高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存器的8位COMS微控制器，使用高密度，非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对存储器重复编程AT89C51采用40引脚的双列直插式封装(DIP)形式，内部由CPU，4 KB的ROM，256B的RAM，2个16位的定时／计数器T0和T1，个8位的I／O端口和一个全双工串行通信口等部分组成。AT89C51单片机具有系统结构简单，成本低，可靠性高，低功耗等特点。特别是内部集成了4KB的FLASH程序存储器，使单片机系统的结构更加简单，也使其得到了广泛的应用。同时，它还具有高级语言编程的特点，指令丰富，软件开发简单。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定测量范围广构造简单，使用方便。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。是从生产需要出发，低成本的多路数据采集系统的设计，配以不同的传感器完成各类数据的采集、显示、控制与数据汇总保存 图1. 系统方框图 3.2 多路信号采集模块 3.2.1 模拟信号放大电路 由于有些传感器的输出电流或电压不足以进行A/D处理，需要对信号进行转换和放大。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此 图3. 多路信号采集框图 3.2.3 多路信号采集的实现 本设计系统为八路的温度信号采集，而ADC0804仅为一路输入，故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如图所示 图4. 多路模拟输入电路图 3.2.4 多路模拟开关CD4051 多路开关，又称“多路模拟转换器”。多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端，并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现有n线到一线的接通功能。反之，当模拟信号有公共输出端输入时 ，作为信号分离器，实现了1线到n线的分离功能。因此，多路开关通常是一种具有双向能力的器件[4]。 所以本设计选用CD4051多路开关，它是一种单片、COMS、8通道开关。该芯片由DTL/TTL-COMS电平转换器，带有禁止端的8选1译码器输入，分别加上控制的8个COMS模拟开关TG组成。 3.2.5 多路模拟开关工作原理 CD4051作为8选1功能时，若A、B、C均为逻辑“0”（INH=0），则地址码00013经译码后使输出端OUT/IN和通道0接通。其它情况下，输出端OUT/IN输出端OUT/IN和各通道的接通关系如下： 表1. CD4051八路通道关系表 输入状态 接通 通道 输入状态 接通 通道 INH C B A INH C B A 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5 0 0 0 1 1 0 1 1 0 6 0 0 1 0 2 0 1 1 1 7 0 0 1 1 3 1 x x x 均不显示 0 1 0 0 4 3.3 A/D转换模块 为了把温度、湿度等信号采集电路测出的模拟信号转换成数字信号送CPU处理，本系统选用了A/D转换器ADC0804，它精度高，速度快。由于ADC0804芯片只有一路输入，而本系统检测的多路信号输入，故选用多路选择电子开关CD4051，可输入多路模拟量。 3.3