傳感器畢業(yè)設(shè)計(jì)--礦用溫度傳感器設(shè)計(jì)

1、<p>　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說 明 書）題 目： 礦用溫度傳感器設(shè)計(jì) 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： 42331001XX 2013 年 06 月 01 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p

2、><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體原則2</p><p>　　2.2 傳感器的功能及使用要求2</p><p>　　2.3 開發(fā)平臺(tái)的選擇3</p><p>　　2.4 單片機(jī)的選型4&

3、lt;/p><p>　　2.6 系統(tǒng)框圖5</p><p>　　2.7 總體方案的選定5</p><p>　　第3章 各單元電路元件的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 溫度傳感器6</p><p>　　3.1.1 熱電偶的工作原理6</p><p>　　3.1.2 熱電偶的使用8<

4、;/p><p>　　3.2 AT89C51單片機(jī)9</p><p>　　3.2.1 AT89C51單片機(jī)的主要特性9</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路及其芯片10</p><p>　　3.3.1 ICL7109主要有如下特性10</p><p>　　3.3.2 ICL7109內(nèi)部構(gòu)成11<

5、/p><p>　　3.4 LED數(shù)碼管與顯示驅(qū)動(dòng)芯片11</p><p>　　3.4.1 采用LED數(shù)碼管顯示有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)11</p><p>　　3.4.2 數(shù)碼管顯示電路的組成通常有兩種方式11</p><p>　　3.4.3 74HC373顯示驅(qū)動(dòng)芯片12</p><p>　　第4章 各單元電路工

6、作原理13</p><p>　　4.1 電源電路................................................................................................................................. 13</p><p>　　4.2 單片機(jī)的主控制電路...............

7、..............................................................................................14</p><p>　　4.2.1 AT89C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)14</p><p>　　4.3 驅(qū)動(dòng)顯示電路16</p><p>　　4.3.1 LED的靜態(tài)顯示16&

8、lt;/p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路與熱電偶測(cè)溫電路17</p><p>　　4.5 聲光報(bào)警電路18</p><p>　　4.6 紅外遙控器及接收電路19</p><p>　　4.6.1 遙控器調(diào)節(jié)的基本原理19</p><p>　　4.6.2 接收電路基本原理19</p><p

9、>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.3 程序流程圖21</p><p><b>　　總結(jié)與致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b&

10、gt;</p><p>　　附錄I 礦用溫度傳感器原理圖28</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　礦用溫度傳感器是為檢測(cè)煤礦井下環(huán)境溫度而研制的，它可以連續(xù)將井下溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)傳送給上位機(jī)，并具有實(shí)時(shí)顯示溫度值、超限聲光報(bào)警、頻率信號(hào)輸出等功能。適宜于井下需設(shè)置溫度傳感器的場(chǎng)所固定使用。</p&g

11、t;<p>　　由于煤礦井下工作環(huán)境的復(fù)雜性與特殊性，需檢測(cè)的參數(shù)較多，加之《煤礦安全規(guī)程(2005)》新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這就需要采用新技術(shù)、新工藝，研究設(shè)計(jì)符合新標(biāo)準(zhǔn)的礦用溫度傳感器。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)成的礦用溫度傳感器夠成的溫度檢測(cè)系統(tǒng)較于傳統(tǒng)的溫度計(jì)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　在分析當(dāng)前國內(nèi)外溫度傳感器概況的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦用溫度

12、傳感器通用技術(shù)條件的設(shè)計(jì)要求，提出總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、實(shí)現(xiàn)方法、硬件和軟件設(shè)計(jì)等做了詳細(xì)的討論。以單片微機(jī)AT89C51 為中央處理單元，由溫度采集電路、數(shù)字顯示電路、聲光報(bào)警電路、信號(hào)輸出電路等單元組成。軟件程序的編寫使用匯編語言及KeilC 的集成開發(fā)環(huán)境。文章還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電路圖和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了詳細(xì)的說明。</p><p>　　同時(shí)，在軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)均采取了有效的抗干擾措施。最后，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行

13、了安全性計(jì)算。</p><p>　　經(jīng)過試驗(yàn)及測(cè)試證明：該系統(tǒng)具有可靠性高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，有著廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度傳感器；煤礦；紅外遙控；單片機(jī)；外圍芯片</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　在現(xiàn)代生活中，溫度是人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪谐３Ｐ枰獪y(cè)量和控制的一

14、個(gè)量。特別是在一些煤礦、高端科研、醫(yī)療領(lǐng)域，對(duì)溫度的測(cè)量和控制的要求十分嚴(yán)格。傳統(tǒng)的溫度計(jì)有反映慢、讀數(shù)麻煩、測(cè)量精度不高、誤差大、體積大等缺點(diǎn)，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)成的礦用溫度傳感器夠成的溫度檢測(cè)系統(tǒng)較于傳統(tǒng)的溫度計(jì)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　溫度測(cè)量在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域占有重要的地位。用于測(cè)試和確定電工、電子

15、及其他產(chǎn)品及材料進(jìn)行高溫、低溫、交變溫度或恒定試驗(yàn)的溫度環(huán)境的變化，判斷當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)的溫度值達(dá)到警示條件時(shí)發(fā)出警告信號(hào)。</p><p>　　隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，安全問題日益成為迫切需要解決的首要問題。由于煤 礦井下生產(chǎn)過程復(fù)雜，環(huán)境條件惡劣，自然災(zāi)害多，所以經(jīng)常會(huì)存在安全事故隱 患。在并下安全事故中，煤與瓦斯突出、透水與火災(zāi)是礦井的三大自然災(zāi)害，其 中因瓦斯引起的事故尤為突出，據(jù)煤炭行業(yè)有關(guān)專家分析，瓦斯突出與礦

16、井溫度 有著密切的關(guān)系，近年來有人探討參考礦井中煤層溫度的變化來預(yù)測(cè)瓦斯的突出：而且，環(huán)境溫度還對(duì)煤礦工人的健康有直接影響，所以對(duì)礦井中重要場(chǎng)所的溫度 進(jìn)行監(jiān)控在瓦斯災(zāi)害性事故預(yù)測(cè)、保障勞動(dòng)環(huán)境等方面具有重要意義。</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要位置。溫度傳感器應(yīng)用范圍之廣，使用數(shù)量之大，也高居各類傳感器之首。目前，溫度傳感器正向著單

17、片集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片系統(tǒng)化的方向發(fā)展。</p><p>　　由于煤礦井下工作環(huán)境的復(fù)雜性與特殊性，需檢測(cè)的參數(shù)較多，加之《煤礦安全規(guī)程(2005)》新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這就需要采用新技術(shù)、新工藝，研究設(shè)計(jì)符合新標(biāo)準(zhǔn)的礦用溫度傳感器。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體原則</p><p&g

18、t;　　在設(shè)計(jì)一個(gè)礦用溫度傳感器測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，首先要進(jìn)行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)</p><p>　　1.遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則。在硬件和軟件設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則，把復(fù)雜難處理的問題分為若干較簡(jiǎn)單的、容易處理的問題，分別加以解決。 </p><p>　　2.可靠性要求。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃灾笜?biāo)除

19、了可用完成功能的概率表示外，還可用平均無故障時(shí)間、故障率、失效率或平均壽命等來衡量。</p><p>　　3.操作和維護(hù)要求。在礦用溫度傳感器測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮滿足功能要求，還應(yīng)考慮產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境，留有一定的設(shè)計(jì)余量，以滿足可靠性要求。對(duì)軟件來說，應(yīng)盡可能預(yù)防可能發(fā)生的故障，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，以利于程序的編制和調(diào)試，減少故障率，提高軟件的可靠性。</p><p>　　

20、對(duì)于本課題所要研制的傳感器系統(tǒng)而言，其基本出發(fā)點(diǎn)就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用微型計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，提高傳感器精度等級(jí)和工作穩(wěn)定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使傳感器不僅能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量礦井環(huán)境溫度，同時(shí)盡可能減少不必要的人工操作，提高工作效率。因此，整個(gè)傳感器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定，要圍繞優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)原則，盡量減少硬件電路的復(fù)雜程度，發(fā)揮計(jì)算機(jī)處理功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)工作的可靠性。</p><p>　

21、　2.2 傳感器的功能及使用要求</p><p>　　根據(jù)《通用技術(shù)條件》第3節(jié)技術(shù)要求，礦用溫度傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下的技術(shù)條件： </p><p>　　1.傳感器應(yīng)采用本質(zhì)安全型防爆結(jié)構(gòu)，并應(yīng)符合國標(biāo)GB 3836．4—2000關(guān)于本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)備“i”的規(guī)定 </p><p>　　2.傳感器就在下列條件下正常工作 </p><p>

22、;　　(1)環(huán)境溫度：O～40℃；(2)相對(duì)濕度：<l00% (3)大氣壓力：86～106Kpa </p><p>　　3.傳感器應(yīng)優(yōu)先選用數(shù)字式顯示器 </p><p>　　4.傳感器電氣元件的允許最高表面溫度應(yīng)不大于+150℃ </p><p>　　5.傳感器在供電電壓為24，18，15，12V(d．c)的條件下應(yīng)能工作正常 </p><

23、;p>　　6.傳感器的最大工作電流應(yīng)不大于200fllA(d．c) </p><p>　　7.傳感器到分站和電源箱的傳輸距離不得小于1km </p><p>　　8.傳感器頻率信號(hào)制式：200～1000Hz(正負(fù)脈沖寬度不得小于O．3ms)優(yōu)選 </p><p>　　根據(jù)以上煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、通用技術(shù)條件，以及借鑒國內(nèi)現(xiàn)有的幾家生產(chǎn)礦用 溫度傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)，

24、本系統(tǒng)確定如下的主要設(shè)計(jì)功能：</p><p>　　(1)硬件技術(shù)指標(biāo)要求</p><p>　　(1)適用于煤礦井下采掘工作面、機(jī)電硐室等環(huán)境溫度進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量 </p><p>　　(2)顯示功能：LED數(shù)碼顯示(℃) </p><p>　　(3)測(cè)溫范圍：O～50℃ </p><p>　　(4)測(cè)量誤差：≤

25、77;O.5℃ </p><p>　　(5)工作電壓：12～24V </p><p>　　(6)工作電流：200mA </p><p>　　(7)輸出信號(hào)：脈沖頻率200～1000Hz </p><p>　　(8)響應(yīng)時(shí)間：10秒 </p><p>　　(9)工作條件：環(huán)境溫度：O～100℃ </p>&

26、lt;p>　　1．相對(duì)濕度；≤95％ 2．大氣壓力：80～106Kpa </p><p>　　(1O)報(bào)警設(shè)置：26℃，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置 </p><p>　　(11)紅外線遙控：遙控距離>6m，傳感器零點(diǎn)調(diào)整、報(bào)警值的設(shè)定等 </p><p>　　(2)軟件功能要求 </p><p>　　(1)礦用溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集與控

27、制； </p><p>　　(2)軟件進(jìn)行傳感器頻率輸出信號(hào)； </p><p>　　(3)溫度超限聲光報(bào)警； </p><p>　　(4)配合遙控器設(shè)定報(bào)警溫度； </p><p>　　(5)完成系統(tǒng)的集成控制。</p><p>　　2.3 開發(fā)平臺(tái)的選擇</p><p>　　開發(fā)一個(gè)單片機(jī)

28、應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)程序的編寫效率在很大程度上決定了目標(biāo)系統(tǒng)的研制成效。早期在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語言作為軟件工具，匯編程序能夠直接操作機(jī)器硬件，指令的執(zhí)行速度快。當(dāng)然，匯編語言有它的缺點(diǎn)，如不是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，可讀性和可移植性較差，程序較難編寫和調(diào)試，程序本身的編寫效率較低。在現(xiàn)代編程中，用匯編語言來實(shí)現(xiàn)程序代碼的不多，但是在特定的場(chǎng)合，如我們開發(fā)的礦用溫度傳感器，用匯編來寫程序有其它高級(jí)語言不能替代的優(yōu)勢(shì)。另一方面要

29、找到最優(yōu)的定時(shí)數(shù)值，使程序具有最強(qiáng)的容錯(cuò)性，此時(shí)，選用匯編語言來編寫測(cè)溫程序，比選用其它高級(jí)語言更為方便。所以，本論文全部采用匯編語言來編寫程序代碼。本系統(tǒng)采用德國Keil公司的嵌入式C51 編譯器作為開發(fā)工具。Keil C51 標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境，兼容匯編語言，可以實(shí)現(xiàn)編寫、調(diào)試、仿真于一體，是目前最有效、靈活的8051 開發(fā)平臺(tái)之一。</p><p>　　2.4 單片機(jī)

30、的選型 </p><p>　　隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)發(fā)展很快，單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)獨(dú)特的分支，它是在一塊芯片上集成了多種功能部件所構(gòu)成的一臺(tái)完整的、具有一定功能的單片微型計(jì)算機(jī)。它打破了典型微型計(jì)算機(jī)技邏輯功能劃分芯片結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)概念，以其體積小、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐漸成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展

31、水平的標(biāo)志之一。目前，單片機(jī)的生產(chǎn)公司都在努力單片機(jī)的性能，如不斷地提高時(shí)鐘頻率，可提高CPU執(zhí)行速度；精簡(jiǎn)指令、多級(jí)流水線操作方式可提高指令的執(zhí)行速度、擴(kuò)大尋址能力；不斷地?cái)U(kuò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量，EEPROM和閃存容量可達(dá)64Kbytes。在結(jié)構(gòu)上細(xì)致化、智能化、密切化，增加片內(nèi)功能，盡量減少外部接口芯片，提供與主機(jī)的接口，降低單片機(jī)的功耗，提高寬電源的適應(yīng)能力，增加高噪聲容限，并具有更好的電磁兼容性。面向應(yīng)用對(duì)象的多功能多品種的增強(qiáng)型單

32、片機(jī)將大大增加。</p><p>　　2.5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件和軟件設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)重要方面。本章主要論述該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要從以下原則出發(fā): </p><p>　　1．硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合優(yōu)化硬件電路。</p><p>　　2．可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)。根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)所

33、用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間越長(zhǎng)，而且所用芯片數(shù)量越少，地址數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性就越少，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在滿足功能的情況下力爭(zhēng)使用較少數(shù)量的芯片及線路。</p><p>　　3．靈活的功能升級(jí)及系統(tǒng)擴(kuò)展。一次設(shè)計(jì)往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個(gè)方面，系統(tǒng)需要不斷完善，需要進(jìn)行功能升級(jí)；并且，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到系統(tǒng)在以后應(yīng)用中擴(kuò)展的方便性。</p><p>　　根

34、據(jù)系統(tǒng)要求及上面礦用溫度傳感器系統(tǒng)框圖，確定系統(tǒng)硬件原理圖。系統(tǒng)以單片微機(jī)AT89C51為中央處理單元，由溫度傳感元件、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示、聲光報(bào)警、等單元電路組成。</p><p><b>　　2.6 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2—1 礦用溫度傳感器系統(tǒng)框圖</

35、p><p>　　礦用溫度傳感器經(jīng)過熱電偶將測(cè)得的溫度值通過信號(hào)轉(zhuǎn)換輸入到控制器（單片機(jī)）中，微控制器將采集到的溫度值處理，獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，送 LED 數(shù)碼管顯示，同時(shí)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，輸出給監(jiān)控系統(tǒng)的工作站，上傳給監(jiān)控主機(jī)。</p><p>　　2.7 總體方案的選定</p><p>　　就硬件而言，系統(tǒng)選用的設(shè)計(jì)電路和應(yīng)用器件，不僅要考慮滿足功能要求， 還應(yīng)

36、考慮產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境，留有一定的設(shè)計(jì)余量，以滿足可靠性要求。對(duì)軟件來說，應(yīng)盡可能預(yù)防可能發(fā)生的故障，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，以利于程序的編制和調(diào)試，減少故障率，提高軟件的可靠性。 </p><p>　　本文詳細(xì)論述了近年來我國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中主要的溫度傳感器的原理、特點(diǎn)及軟件設(shè)計(jì)。溫度傳感器的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要包括主程序、子程序和中斷服務(wù)程序,方便了程序的調(diào)試、連接和擴(kuò)展。主程序主要完成系統(tǒng)自檢

37、、初始化及功能模塊子程序調(diào)用等功能,而功能模塊子程序則對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以擴(kuò)展為根據(jù)礦井具體情況的不同來設(shè)置閾值、顯示保持時(shí)間,并通過特定的設(shè)計(jì)使此溫度傳感器能適應(yīng)于不同的礦井,滿足不同安全管理操作方便的需要。</p><p>　　第3章 各單元電路元件的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 溫度傳感器<

38、/b></p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要位置。溫度傳感器應(yīng)用范圍之廣，使用數(shù)量之大，也高居各類傳感器之首。目前，溫度傳感器正向著單片集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片系統(tǒng)化的方向發(fā)展。</p><p>　　人們研究溫度測(cè)量的歷史已經(jīng)相當(dāng)久遠(yuǎn)，所使用的傳感器也種類繁多。近百年來，傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：

39、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；模擬集成溫度傳感器/控制器；智能溫度傳感器（即數(shù)字式溫度傳感器）。</p><p>　　1.分立式溫度傳感器</p><p>　　傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器，均屬于分立式溫度傳感器，傳感器本身就是一個(gè)完整的、獨(dú)立的感溫元件。此類傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標(biāo)準(zhǔn)的迷你兩（電壓或電流）輸出信號(hào)。其主要缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜、測(cè)量精

40、確度較低、分辨力不高、需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)，另外它們的體積較大、使用也不夠方便。</p><p><b>　　2.集成溫度傳感器</b></p><p>　　集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC，它屬于最簡(jiǎn)單的一種集成溫度傳感器。其主要特點(diǎn)是功

41、能單一、測(cè)量誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要警醒非線性校準(zhǔn)。外圍電路簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　3.智能溫度傳感器</b></p><p>　　智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問世的。智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途

42、的一種新產(chǎn)品。智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一。能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；第二，能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成高性價(jià)比、多功能的智能化溫度測(cè)控系統(tǒng)；第三、它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。</p><p>　　鑒于文章介紹的主要方向，以下主要說明分立式溫度傳感

43、器中的熱電偶傳感器。</p><p>　　3.1.1 熱電偶的工作原理</p><p>　　當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，如圖3-1所示，即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。<

44、/p><p>　　與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)：其一，當(dāng)有電流流過兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀?duì)柼?yīng)；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對(duì)于溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T，T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)與兩種

45、導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。</p><p>　　圖3-1 熱電偶工作原理圖</p><p>　　溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢(shì)或溫差電勢(shì)都是由于集中于接觸處端點(diǎn)的電子數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，熱電偶測(cè)量的熱電勢(shì)是二者的合成。當(dāng)回路斷開時(shí)，在斷開

46、處a，b之間便有一電動(dòng)勢(shì)差△V，其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)一致，如圖2-1(b)所示。并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時(shí)，稱A為正極，B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)△V很小時(shí)，△V與△T成正比關(guān)系。定義△V對(duì)△T的微分熱電勢(shì)為熱電勢(shì)率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。</p><p>　　目前，國際電工委員會(huì)（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為T

47、型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。</p><p>　　3.1.2 熱電偶的使用</p><p>　　1.使用熱電偶時(shí)，只需考慮兩端溫度值，而不必顧及其中間段的溫度。</p><p>　　2.為穩(wěn)定冷端溫度，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線將貴金屬熱電偶的冷端延伸至溫度穩(wěn)定處。但補(bǔ)償導(dǎo)線a、b在Tn到T0的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)分別與貴金屬A、B具有相同的熱電特性。</p

48、><p>　　其熱電偶使用如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 熱電偶使用圖</p><p>　　3.1.3常用熱電偶</p><p><b>　　1.鉑銠—鉑熱電偶</b></p><p>　　由直徑5mm的純鉑絲和相同直徑的鉑銠絲制成，用符號(hào)LB表示。鉑銠絲為正極，純鉑絲為負(fù)極。這種熱電

49、偶可在1300℃一下范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，短期可測(cè)1600℃高溫。由于容易得到高純度的鉑和鉑銠，故LB熱電偶的復(fù)現(xiàn)精度和測(cè)量準(zhǔn)確性高，但LB熱電偶的材料為貴金屬，成本高。</p><p>　　2.鎳鉻—鎳硅熱電偶</p><p>　　鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極，熱偶絲直徑為1.2mm～2.5mm，符號(hào)用EU表示。EU熱電偶化學(xué)穩(wěn)定性較高，測(cè)量范圍為-50— +1312℃。其復(fù)現(xiàn)性好，產(chǎn)生熱電動(dòng)式大，

50、線性好，價(jià)格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種熱電偶。</p><p>　　3.鎳鉻—錳白銅熱電偶</p><p>　　它由鎳鉻材料與鎳、銅合金材料組成，符號(hào)為EA。熱偶絲直徑為1.2mm～2mm，鎳鉻為正極，錳白銅為負(fù)極。它適用于還原性或中性介質(zhì)。EA熱電偶靈敏度高，價(jià)格便宜，但測(cè)溫范圍窄而低。 4.鎢錸—鎢錸熱電偶</p><p>　　它是非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，鎢

51、錸作正極，鎢錸作負(fù)極，一般使用在超高溫場(chǎng)合。國產(chǎn)鎢錸—鎢錸熱電偶使用溫度范圍為300～2000℃精度達(dá)±1％。可在氫氣中連續(xù)使用100h，真空中使用8h，性能穩(wěn)定在±1％以內(nèi)。鎢錸系熱電偶是一種較好的超高溫?zé)犭娕?，其最高使用溫度受絕緣材料的限制，一般可達(dá)2400℃，在真空中用裸絲測(cè)量時(shí)可用到更高的溫度。熱電偶誤差參數(shù)如表3-1所示。</p><p>　　表3—1 熱電偶誤差參數(shù)</p&

52、gt;<p>　　3.2 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除10

53、0次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　3.2.1 AT89C51單片機(jī)的主要特性</p><p>

54、　　AT89C51單片機(jī)與MCS-51單片內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。并且引入了Flash與80C51內(nèi)核相結(jié)合技術(shù)。使AT89C51單片機(jī)優(yōu)良的工作性能、使用的靈活性以及較高的性能價(jià)格比，在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　其主要特性為：</b></p><p>　　1.與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容； </p>&l

55、t;p>　　2.內(nèi)部含有4K字節(jié)的可編程閃爍存儲(chǔ)器； </p><p>　　3.可進(jìn)行1000次寫/擦循環(huán)，壽命長(zhǎng)；</p><p>　　4.數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年；</p><p>　　5.全靜態(tài)工作時(shí)的頻率為0Hz～24MHz；</p><p>　　6.三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　7.128

56、5;8位內(nèi)部RAM</p><p>　　8.32可編程I/O線</p><p>　　9.兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　10.5個(gè)中斷源 </b></p><p>　　11.可編程串行通道</p><p>　　12.低功耗的閑置和掉電模式</p><p&g

57、t;　　13.片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路及其芯片</p><p>　　經(jīng)過溫度傳感元件放大后的電壓信號(hào)，此信號(hào)為模擬信號(hào)，單片機(jī)機(jī)無法接受，故必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。實(shí)際電路中，選用ICL7109芯片。</p><p>　　3.3.1 ICL7109主要有如下特性</p><p>　　1.

58、高精度(精確到1/212=1/4096)；</p><p>　　2.低噪聲(典型值為15μVP-P)；</p><p>　　3.低漂移(<1μV/℃)；</p><p>　　4.高輸入阻抗(典型值1012Ω)；</p><p>　　5.低功耗(<20mW)；</p><p>　　6.轉(zhuǎn)換速度最快達(dá)30次/秒

59、，當(dāng)采用3.58MHz晶振作振源時(shí)，速 度為7.5次/秒；</p><p>　　7.片內(nèi)帶有振蕩器，外部可接晶振或RC電路以組成不同頻率的時(shí)鐘電路； </p><p>　　8.12位二進(jìn)制輸出，同時(shí)還有一位極性位和一位溢出位輸出；</p><p>　　9.輸出與TTL兼容，以字節(jié)方式(分高低字節(jié))三態(tài)輸出，并且具有VART

60、掛鉤方式，可以用簡(jiǎn)單的并行或串行口接到微處理系統(tǒng)；</p><p>　　10.可用RVNHOLD(運(yùn)行/保持)和STATUS(狀態(tài))信號(hào)監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換定時(shí)；</p><p>　　11.所有輸入端都有抗靜電保護(hù)電路。</p><p>　　3.3.2 ICL7109內(nèi)部構(gòu)成</p><p>　　ICL7109內(nèi)部有一個(gè)14位(12位數(shù)據(jù)和一位極

61、性、一位溢出)的鎖存器和一個(gè)14位的三態(tài)輸出寄存器，同時(shí)可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無需外部加額外的鎖存器。ICL7109有兩種接口方式，一種是直接接口，另一種是掛鉤接口。在直接接口方式中，當(dāng)ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束指令到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分高位字節(jié)和低位字節(jié)進(jìn)行讀數(shù)。在掛鉤接口方式時(shí)，ICL7109提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換模式，適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p

62、>　　3.4 LED數(shù)碼管與顯示驅(qū)動(dòng)芯片</p><p>　　目前廣泛應(yīng)用的顯示設(shè)備有發(fā)光數(shù)碼管顯示器（LED）和液晶顯示器，液晶顯示技術(shù)適用于顯示信息較多的情況，對(duì)環(huán)境要求也比較高。本設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管顯示。</p><p>　　3.4.1 采用LED數(shù)碼管顯示有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　1.價(jià)格低廉；</b></

63、p><p>　　2.顯示信息清晰醒目；</p><p>　　3.對(duì)儀器儀表系統(tǒng)資源占用相對(duì)較少。雖然采用LED耗電較高，但由于顯 示信息清晰，適合于井下光線較弱的環(huán)境。</p><p>　　3.4.2 數(shù)碼管顯示電路的組成通常有兩種方式</p><p>　　1.采用專用的顯示芯片或鍵盤顯示接口芯片如MAX7219或HD727

64、9等。這些專用芯片一般功能較強(qiáng)，可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)數(shù)碼管，且屬于動(dòng)態(tài)顯示，但芯片價(jià)格較高，增加了儀器的生產(chǎn)成本。</p><p>　　2.采用通用邏輯電路芯片如74HC373、CD4051等構(gòu)成，此種方法的成本較低，外圍電路也比較簡(jiǎn)單，控制方便，便于儀器的編程調(diào)試。</p><p>　　綜合考慮各種方式的性能、價(jià)格、編程的方便性，本設(shè)計(jì)采用74HC373驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。</p><

65、;p><b>　　圖3-3 數(shù)碼管</b></p><p>　　3.4.3 74HC373顯示驅(qū)動(dòng)芯片</p><p>　　74HC373是管理鍵盤和LED顯示器的專用智能控制芯片，74HC373是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立的LED）的智能顯示的驅(qū)動(dòng)的芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片可以完成LED顯示 、鍵盤

66、顯示的功能。該芯片采用串行接口方式，具有自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)并識(shí)別按鍵代碼的功能，從而可以提高CPU的工作效率，同時(shí)其串行接口方式又可大簡(jiǎn)化CPU接口電路的設(shè)計(jì),減少軟硬件資源的占用。 74HC373內(nèi)部含有譯碼器，可以直接接收BCD碼或是16進(jìn)制碼，并且同時(shí)具有兩種譯碼的方式，此外，還具有多種控制的指令如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等功能。74HC373具有片選信號(hào)，可以方便的實(shí)現(xiàn)多于8位的典型的或多于64鍵的鍵盤的接口。<

67、/p><p>　　各單元電路設(shè)計(jì)與工作原理</p><p>　　本章主要介紹了電源電路、單片機(jī)的主要控制電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路與熱電偶測(cè)溫電路，聲光報(bào)警電路及紅外線遙控與接收電路的設(shè)計(jì)和工作原理</p><p><b>　　4.1電源電路</b></p><p>　　電源電路圖如圖4-1所示。</p>

68、<p><b>　　圖4-1電源電路圖</b></p><p>　　電源模塊主要采用的是DC/DC轉(zhuǎn)換，在礦井下，礦用溫度傳感器的電源接電源箱提供的+21V電源，通過單片機(jī)的內(nèi)部電源模塊轉(zhuǎn)化成電路各種使用電壓，供給各個(gè)電路模塊。</p><p>　　降壓式DC／DC轉(zhuǎn)換器的基本工作原理是V2開關(guān)管在控制電路的控制下工作在開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)過N1，

69、儲(chǔ)能電感L1和電容C6,C7構(gòu)成回路，充電電流不但在C6,C7兩端建立直流電壓，而且在儲(chǔ)能電感L2上產(chǎn)生左正、右負(fù)的電動(dòng)勢(shì)；開關(guān)管截止期間，由于儲(chǔ)能電感L1中的電流不能突變，所以，L1通過自感產(chǎn)生右正、左負(fù)的脈沖電壓。于是，L1右端正的電壓→濾波電容C6，C7→L2左端構(gòu)成放電回路，放電電流繼續(xù)在C6,C7兩端建立直流電壓，L2兩端獲得5V電壓為負(fù)載供電。同理，在L3兩端獲得3.3V的電壓。</p><p>　　

70、4.2 單片機(jī)主要控制電路</p><p>　　單片機(jī)主控模塊主要有AT89C51單片機(jī)，晶振電路，電源電路，存儲(chǔ)器等組成。實(shí)現(xiàn)將輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和中斷、復(fù)位等功能。</p><p><b>　　主要元器件的介紹：</b></p><p>　　AT89C51：指令集完全兼容的微控制器,除了具有標(biāo)準(zhǔn)C51的數(shù)字外設(shè)部件之外,片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采

71、集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程,既可作程序存儲(chǔ)器也可作非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。片內(nèi)仿真電路提供全速的電路內(nèi)仿真,不占用片內(nèi)用戶資源。支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、運(yùn)行和停止等調(diào)試命令,并支持存儲(chǔ)器和寄存器校驗(yàn)和修改。</p><p>　　4.2.1 AT89C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4-2 AT89C5內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖<

72、/p><p>　　4.2.2 AT89C51單片機(jī)芯片主要引腳功能</p><p>　　1.VCC:主電源引腳VCC，正常操作時(shí)接+5V.</p><p>　　2.GND:主電源引腳GND，正常工作時(shí)接地。</p><p>　　3./TST:/RST的引腳類型為數(shù)字I/O，單片機(jī)復(fù)位。外部信號(hào)可以通過將該引腳置為低電平啟動(dòng)一次系統(tǒng)復(fù)位。</

73、p><p>　　4.XTAL1：引腳類型是模擬輸入。晶振輸入，該引腳為晶振或陶瓷諧振器的內(nèi)部振蕩器的反饋輸入，為得到精確的內(nèi)部晶振或陶瓷諧振器，還可以由該引腳輸入一個(gè)外部CMOS時(shí)鐘源，提供系統(tǒng)時(shí)鐘。</p><p>　　5.XTAL2：引腳類型是模擬輸出。晶振輸出，該引腳是晶振或陶瓷諧振器的激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器輸出端。</p><p>　　6.輸入輸出引腳：P0口是一個(gè)漏極開路

74、型準(zhǔn)雙向I/O，在訪問外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，它是分時(shí)多路的轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線，同時(shí)激活內(nèi)部上拉電阻。P1口是帶上拉電阻的8位雙向I/O口，在EPROM程序和程序驗(yàn)證時(shí)接受低8位地址。P2口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)它送出高8位地址，在EPROM程序和程序驗(yàn)證時(shí)接受高8位地址。P3.0-P3.4是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在AT89C51中這幾個(gè)引腳有專用功能，如表4-1所示。</p>

75、<p>　　表4-1 P1口第二功能</p><p>　　AT89C51是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。C51內(nèi)核實(shí)際是這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的核心控制部分，這部分關(guān)鍵作用是CPU。給單片機(jī)加電后，內(nèi)部時(shí)鐘電路立即開始工作，CPU啟動(dòng)后，首先從程序存儲(chǔ)器的0000地址取指令，開始執(zhí)行程序。單片機(jī)的實(shí)質(zhì)就是執(zhí)行程序的過程，每執(zhí)行一跳指令可以分為3個(gè)階段，即取指令，分析指令和執(zhí)行指令。取指令的任務(wù)是根據(jù)程序計(jì)

76、數(shù)器PC中的值，從程序存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器。</p><p>　　分析指令的任務(wù)是將指令寄存器的指令操作碼取出，存到指令譯碼器進(jìn)行分析，分析其指令性質(zhì)。若指令要求操作數(shù)，則尋求操作數(shù)地址。</p><p>　　執(zhí)行指令的任務(wù)是取出操作數(shù)，然后操作操作數(shù)的性質(zhì)對(duì)操作數(shù)進(jìn)行操作。</p><p>　　在單片機(jī)剛加電時(shí)，外部或者內(nèi)部復(fù)位信號(hào)首先使單片機(jī)復(fù)位

77、，上述各功能模塊的初始復(fù)位狀態(tài)均為停機(jī)等待，為最小功耗狀態(tài)。如果要使那些功能模塊工作，則在程序的初始化部分首先通過軟件對(duì)要使用各模塊進(jìn)行配置后才能與外部聯(lián)系</p><p>　　晶振電路：晶振電路的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，

78、需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無源晶振要好。</p><p>　　圖4-3 單片機(jī)電路</p><p>　　工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接的晶振電路由一個(gè)11.0596MHz晶振，在單片機(jī)外部通過XTAL1、XTAL2兩個(gè)引腳跨晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自

79、激振蕩器。使單片機(jī)能有一個(gè)精確的時(shí)鐘信號(hào)（在使用串口通信時(shí)必須使用的晶振為11.0596MHz）。</p><p>　　由于驅(qū)動(dòng)顯示電路采用的是與單片機(jī)相連的通訊方式，在經(jīng)過片內(nèi)程序和其內(nèi)部器件的數(shù)據(jù)處理，輸出一個(gè)信號(hào)，數(shù)據(jù)輸送到74HC373，然后由驅(qū)動(dòng)顯示電路的數(shù)據(jù)處理顯示相應(yīng)的溫度數(shù)值。</p><p>　　4.3 驅(qū)動(dòng)顯示電路</p><p>　　LED顯示

80、電路采用靜態(tài)顯示，3位共陽LED數(shù)碼管。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法，單片機(jī)中CPU的開銷小。</p><p>　　4.3.1 LED的靜態(tài)顯示 </p><p>　　實(shí)際使用的LED顯示器通常由多位構(gòu)成，對(duì)

81、多位LED顯示器的控制包括字行控制和字位控制，在靜態(tài)顯示方式下，沒一位顯示器的字行控制是獨(dú)立的，分別接到一個(gè)8位I|O接口上，字位控制線連在一起，接地或5伏。</p><p>　　4.3.2 LED顯示器接法及原理</p><p>　　通常所說的LED顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，故也稱7段數(shù)碼管，此外顯示器還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故有時(shí)也稱八段LED顯示管，通過7段發(fā)光二

82、極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字，字母及其他符號(hào)。如圖4-4所示。</p><p>　　LED 顯示器中的發(fā)光二極管的接法及原理:</p><p>　　共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成共陽極，使用時(shí)，公共陽極接+5伏，這樣，陽極輸入端低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平則不點(diǎn)亮。</p><p>　　工作原理：當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電

83、平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。LED數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的PN結(jié)。當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向?qū)ㄖ?，正向電流近似于零，筆段不發(fā)光。當(dāng)電壓超過開啟電壓時(shí)，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。用公式表示：L=KIF。亮度與正向電流成正比。LED的正向電壓U，則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。使用LED數(shù)碼管時(shí)，工作電流一般選10mA左右／段，既保證亮度適中，又不會(huì)損壞器件。 <

84、/p><p>　　圖4-2 數(shù)碼管電路</p><p>　　4.4 A/D轉(zhuǎn)換電路與熱電偶測(cè)溫電路</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是熱電偶測(cè)溫電路，使用的熱電偶類的金屬器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路。</p>

85、<p>　　經(jīng)過溫度傳感元件放大后的電壓信號(hào)，此信號(hào)為模擬信號(hào)，單片機(jī)機(jī)無法接受，故必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。實(shí)際電路中，選用ICL7109芯片。</p><p>　　工作原理：ICL7109內(nèi)部有一個(gè)14位(12位數(shù)據(jù)和一位極性、一位溢出)的鎖存器和一個(gè)14位的三態(tài)輸出寄存器，同時(shí)可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無需外部加額外的鎖存器。ICL7109有兩種接口方式，一種是直接接口，

86、另一種是掛鉤接口。在直接接口方式中，當(dāng)ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束指令到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分高位字節(jié)和低位字節(jié)進(jìn)行讀數(shù)。在掛鉤接口方式時(shí)，ICL7109提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換模式，適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如下圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　4.5 聲光報(bào)警電路</p><p>

87、　　系統(tǒng)在溫度超過預(yù)先設(shè)定的溫度的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報(bào)警。光報(bào)警通過改變顯示顏色來實(shí)現(xiàn)，燈采用雙色燈。聲報(bào)警由蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，使得監(jiān)控人員及時(shí)采取措</p><p>　　圖4-5聲光報(bào)警電路</p><p>　　4.6 紅外遙控器及接收電路</p><p>　　紅外遙控就是利用紅外遙控器產(chǎn)生的紅外線作為空間傳遞遙控信息的媒介， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備的各種遙控操作，它是

88、一種電能一光能一電能的一種光控方 式。在近距離遙控中，紅外遙控體現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)。如：抗干擾能力強(qiáng)、體積小、 外形美、成本低等。隨著集成電路的發(fā)展和新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，特別對(duì)紅外專用 集成電路及通用低功耗集成電路的廣泛應(yīng)用，為紅外線遙控裝置性能的提高，體 積的減小，成本的降低均創(chuàng)造了十分有利的條件。 </p><p>　　為了縮短開發(fā)周期，根據(jù)礦用溫度傳感器的具體要求，我們采用與KJ93監(jiān)控 系統(tǒng)一致的遙控器，簡(jiǎn)單的幾

89、個(gè)鍵，結(jié)合軟件編程即可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦用溫度傳感器的 零點(diǎn)、精度調(diào)整、報(bào)警溫度值等參數(shù)的遙控操作。</p><p>　　4.6.1 遙控器調(diào)節(jié)的基本原理</p><p>　　紅外遙控發(fā)射器中的紅外發(fā)射專用電路，能對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行編碼，并將編碼信號(hào)調(diào)制到38kHz左右的載波上，送到激勵(lì)部分進(jìn)行二 次調(diào)制，變成紅外光信號(hào)發(fā)射出去。在接收端，通過專用接收芯片實(shí)現(xiàn)光一電轉(zhuǎn)換，恢復(fù)遙控編碼信號(hào)。單片機(jī)部分則對(duì)

90、專用接收電路恢復(fù)出來的遙控編碼信號(hào) 進(jìn)行識(shí)別和判斷。在完成檢測(cè)和正確譯碼后，根據(jù)事先的約定發(fā)出控制信號(hào)，從而執(zhí)行相應(yīng)操作。 </p><p>　　4.6.2 接收電路基本原理</p><p>　　接收器采用紅外線一體化接收器。不需要任何外接組件，就能完成從 紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管 大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。接收

91、器輸出信號(hào)直接送入單片機(jī)AT89C51的INT1，由單片機(jī)譯碼并實(shí)施相應(yīng)的操作。</p><p>　　接收電路采用了CMOS工藝制成，靜態(tài)功耗極低，載波頻率設(shè)計(jì)為38KHZ，工作電壓范圍為2.5～5V. IC6為譯碼電路，其引腳排列如下圖所示：1為遙控信號(hào)輸入端，13--15為脈沖輸出端，6--8為雙穩(wěn)態(tài)互鎖輸出端，3--5為用戶編碼端，16為38KHZ振蕩外接RC元件端，一般R=39～43KΩ,C=1000p&

92、lt;/p><p><b>　　工作原理 ：</b></p><p>　　SPH為遙控信號(hào)接收器，當(dāng)沒有接收到遙控信號(hào)時(shí)，三極管Q6基極上沒電壓，Q6截止，所以1端沒有信號(hào)輸入，譯碼電路就不工作。當(dāng)SPH接受到遙控信號(hào)時(shí)，+5V通過R20,R21分壓，時(shí)Q6導(dǎo)通，1端有信號(hào)輸入，譯碼電路開始工作如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-6 接收

93、電路</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)是測(cè)量礦用溫度傳感器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和重點(diǎn)。我們應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)功能要求，以系統(tǒng)硬件電路為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。為了使設(shè)計(jì)出來的軟件功能明確、閱讀、調(diào)試方便、健壯性、可靠性好，我們一般采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)包括三方面的工作：自頂向下的

94、設(shè)計(jì)、模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。除此之外，有時(shí)還需要加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)，以提高程序的可靠性。</p><p><b>　　5.2 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)：模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)就是把軟件按照規(guī)定的原則劃分為一個(gè)個(gè)較小的、相對(duì)獨(dú)立但又相關(guān)的模塊。分解、信息隱藏和模塊獨(dú)立性，是實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)思想。</p><p&g

95、t;　　系統(tǒng)的軟件流程圖主要包括：主程序、溫度測(cè)量子程序和中斷程序、按鍵信號(hào)掃描子程序、顯示電路程序。</p><p><b>　　5.3 程序流程圖</b></p><p>　　程序設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)的主控程序，大約分為主程序，溫度測(cè)量子程序流程，中斷程序，按鍵信號(hào)掃描子程序，顯示子程序。</p><p>　　主程序流程圖設(shè)計(jì)：主程序主要功能是

96、控制調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理的測(cè)量溫度值（溫度測(cè)量每2s進(jìn)行一次）如下圖5-1所示。 </p><p>　　圖5-1主程序流程圖</p><p>　　按鍵信號(hào)掃描子程序流程圖設(shè)計(jì)：</p><p>　　鍵盤掃描子程序?qū)Π聪碌逆I進(jìn)行判斷，并轉(zhuǎn)到按下的相應(yīng)鍵對(duì)應(yīng)的程序段，執(zhí)行相應(yīng)的功能。其程序流程圖如下圖5-2所示</p>

97、;<p>　　圖5-2鍵盤掃描子程序流程圖</p><p>　　中斷程序流程圖設(shè)計(jì)：</p><p>　　中斷程序是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)在接收到分站或者主站的信號(hào)的時(shí)候時(shí)，能夠中斷當(dāng)前所運(yùn)行的程序，去執(zhí)行分站或者主站所下達(dá)的命令。當(dāng)命令結(jié)束后繼續(xù)去執(zhí)行中斷前所運(yùn)行的程序。其程序流程圖如下圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 中斷程序流程圖</p&g

98、t;<p>　　顯示子程序流程圖設(shè)計(jì)：</p><p>　　LED 顯示模塊的作用是將處理好的數(shù)據(jù)顯示出來。該部分要完成 16 進(jìn)制到 7 段數(shù)碼的段碼轉(zhuǎn)換，并最終將正確的段碼輸出，以此點(diǎn)亮相應(yīng)的數(shù)碼管。具體流程如下圖5-3-4所示：</p><p>　　圖5-4顯示子程序流程圖</p><p>　　溫度讀出子程序流程圖設(shè)計(jì)：</p>&

99、lt;p>　　讀出溫度子程序主要功能是讀出RAM中的9個(gè)字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如下圖5-3-5所示。</p><p>　　圖5-5溫度讀出子程序流程圖</p><p><b>　　總結(jié)與致謝</b></p><p>　　經(jīng)過這兩個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。雖然我只是擔(dān)任這次課程設(shè)

100、計(jì)的部分工作，我還是學(xué)到了很多。</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)通過了軟件和硬件上的調(diào)試、仿真。我想這對(duì)于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大的幫助的。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。一切問題必須要靠自己一點(diǎn)一滴的解決，而在解決的過程中也是我個(gè)人能力提升的過程。對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比

101、較簡(jiǎn)單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)中的問題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此可以說單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。</p><p>　　給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的

102、原因。最后還是在老師的耐心指導(dǎo)下，使整個(gè)電路設(shè)計(jì)分析完畢。在整個(gè)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。</p><p>　　總體來說，這次實(shí)踐我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電

103、路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。</p><p>　　最后感謝xx老師和我的組員們?cè)谶@次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給于我的幫助和支持！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 沙占友．智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[2] 馬忠美．單片機(jī)的C語

104、言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)．航空航天大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[3] 高世海,田仲．溫度傳感器及其與微處理器接口．電子技術(shù)應(yīng)用，2000</p><p>　　[4] 劉篤仁，韓保君．傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)．電子科技大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[5] 劉俊華．智能傳感器系統(tǒng)．電子科技大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[6

105、]何希才. 傳感器及其應(yīng)用電路. 電子工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[7]林凌，李曉霞. 新型單片機(jī)接口器件與技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[8]趙京華，王玉，李興寶. 微機(jī)原理與接口技術(shù). 中國鐵道出版社，2006</p><p>　　[9]薛鈞義.《89-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用》.交通大學(xué)出版社，1994&l