基于51单片机的温度采样监控系统

基于51单片机的温度采样监控系统

姓名：贾 立

学号：8

班级：08级自动化3班

基于51单片机的温度采样监控系统

摘要：本系统以51单片机为控制器，利用热电偶温度传感器采集三路系统温度信号，405l多路模拟开关作为采样通道选择，经0P27运算放大器放大后，送入7135A/D转换器进行模数转换。对于热电偶的冷端补偿采用热电阻CU50,并采用三线制接法减少导线对测量的影响。使本系统具有转换速度快，转换精度高的特点；

关键词：单片机；温度传感器；冷端补偿；A/D转换；报警；显示

系统整体设计

热电偶的 热电势RC滤波电路电子开关运算放大电路A/D转换电路单片机显示部分 整体框图设计

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方案选择

1. 被控对象处理

（1） 系统选用热电偶作为温度传感器对温度进行采样，为保证系统温度的平衡

态，采样“上、中、下”模式进行三路热电偶温度的采集，并将信号进行简单的RC滤波后送入输入前向通道中。在用热电偶进行温度测量时，只有在冷端温度恒定的情况下，热电势才能正确反映热端温度大小，热电偶的冷端补偿是必不可少的。根据系统整体流程常用的R型热电偶，测温范围为0～1300℃其输出热电势在0-14mV之间。冷端补偿用热电阻CU50，为消除由于导线过长而产生的导线电阻影响采用三线制接入电路，具体电路如下

（2）

为了克服零点漂移，将4051的X7输入口经一个小电阻后接地，作为校

准电路。各路采集到的信号减去X7的信号值作为最终采集到的信号，这个进一步保证了测温的精确性。

（3） 为了克服温度漂移，在4051的X6输入端口通过两个精密电阻产生10mV

的标准电压与各路信号进行比例控制。

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（4） 热电偶的放大电路之前的滤波电路中的电容的要求较高，要求其漏电流一

定要小。因为没°C产生的热电势很小，大约只有数十微伏，放大器不平衡电压的漂移应当非常小，漏电流大的电容会产生额外的不平衡电压，假设c的漏电流为，那么在R=1K上就会产生一个为两者相乘的不平衡电压，因此C要可以选择低漏电流型的电解电容，若用电解电容时可以用万用表测一下它的绝缘电阻，越大漏电流越小。

（5） 用热电偶进行测温时，在热电偶与滤波电路之间的连线上可以加上磁珠。

磁珠用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖锋干扰，有吸收静电脉冲的作用。

2.多路开关

为了测温的均衡性、准确性，采用三路采集温度。多路开关的作用是通过控制端将多路信号分时的送入OP07进行放大处理。多路开关4051是8路选择开关，其控制端A、B、C由单片机控制,分别采集各路信号。。

3.运放的选择

R型热电偶产生的电压在0~14mV范围内，信号太微弱需进行放大处理。我选用OP07,经济而且实用。7135的基准电压约为基准电压的一半，我选的基准电压为2V，所以需放大大约100倍，采用比例放大，由7660将稳压源产生+5V转换为-5V，用于运放供电。电路如下图

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D转换的选择

为了保证千分之一的精度要求，8位的转换芯片就不能满足要求了。所以选用14位的双积分A/D转换7135。限于51单片机的输入输出口的限制，如果直接选择单片机直接与7135相连IO口不够用，需要8155或8255扩展，这样不仅成本太高。基于7135的转换特点，可以用计数器记录它的转换时间，将转换时间作为转换结果送给CPU测温范围到1300℃，需要16位的计数器。这里我选择8235作为计数器。将8253的计数脉冲与7135连在一起。利用BUSY信号与8253的GATE端连在一起，8253的计数值通过程序处理（计数值减去1001）就可以得到实际转换结果。两者的共同时钟是将所接的的晶振通过4060分频产生的250HZ.

5.数码管显示部分

为了节省资源，需要对多路数码管进行动态扫描显示。LED显示的占空比极限为1/8，

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若再小亮度就不够了。若要显示三路，需要15个数码管，显然不能单独扫描。为了节省资源需要Rang三路的同一位显示。一个译码器74HC138用于通道选择，三片574分别锁存要显示的温度，按138的选择送到相应的一路数码管上显示。本设计限于输入输出口地限制，我让其显示三路的平均温度。只需一个574就可。74HC574是一种高性能的CMOS管，既有锁存又有驱动能力，且为脉冲锁存。只有在为高电平的时候才会亮，否则锁存，这样就可以减少系统的损耗。同时数码管的位选也需要加以驱动。选择8路的驱动芯片2003.考虑到显示五位，可以将个位的小数点一直亮着，这样就不用考虑到小数点的控制了。而千位一直显示0或者1，这样就可以节省一位数码管的控制了。

部分电路的选择

(1)滤波电路：

现场的干扰信号为50HZ的工频交流信号，在波特图中其截止频率即为50HZ，通过求其传递函数可得其时间常数RC=,取陶瓷电容C=10μF,R=510Ω。截止频率。就可以滤去干扰。

（2）放大电路：

根据电路的设计方案，考虑输入信号较小，选取输入电阻R=1KΩ+120KΩ的可调比例放大电路。反馈电阻Rf=1KΩ//120KΩΩ约为1KΩ。其增益为10左右，可以根据实际要求进行调节。

（3）选积分电容是应当使其漏电流尽量小。

电源部分

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（1）给单片机、芯片供电的+5V、-5V电源

其工作电压均由交流220V市电经变压器降压、整流桥整流、滤波电路提供。滤波后接7805稳压，再进一步滤波。产生+5V的电源后由7660将稳压源产生+5V转换为-5V，用于运放供电。

对于+5V电源的产生：因为7805要求的输出电压要比输入高，所以其输入电压至少为，上线可以达到30V，多出的部分用于散热消耗。但是由于负载压降输入电压也不能太小，否则一波动就可能达不到，所以选择+12V。即需要的变压器为+12V。

（2）基准电源电路：

5V的稳压源不够稳定不能用来当做7135的基准电压。所以选取AD780输出电压为3V，选取限流电阻10KΩ, 10KΩ的电位器进行调节已达到选要求的电压范围。且能保证电流兼容。

扩展部分

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被系统为温度采集，除了显示之外可以选择根据采集到的温度信号用于加热系统的控制。这里可以用AC-SSR。单片机根据采集到的信号分别控制三路加热系统的开通与断开。

原理电路部分见原理图部分。

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