智能溫度采集與控制系統

ID:71259 · 發表于 2014-12-30 23:27

1、本設計研究的意義：
溫度的采集與控制系統是一個很廣泛實用的系統，可以用在各種地方，比如水溫控制、室內溫度報警、加熱控制等。溫度控制系統可以用多種方法實現，比如FPGA編程、微機控制、單片機控制等。一片FPGA價格比較貴，且用為單一的溫度控制系統資源浪費很大，而微機控制也是大材小用。單片機價格便宜，用來做溫度控制資源利用合理。而本系統是基于MCS—51單片機設計的智能系統，其有對采集的溫度進行實時處理能力，且可以根據溫度的高低來對其他的裝置比如加熱器等進行實時地控制。除了可以單獨作為一個溫度控制系統外，還可以結合其他的更為復雜的系統，嵌入到其他的系統中，作為其中一的部分。比如家里用的電火鍋、電冰箱、空調等大型的產品。
2、實現功能：
（1）系統能通過I/O接口線對加熱裝置進行控制，并通過A/D轉換電路采集該裝置溫度信息。
（2）可利用兩位LED數碼管即時顯示采集的溫度值。用定時器設計定時功能，使顯示停留時間為5S，利用單片機的中斷系統進行控制。
（3）當溫度每變化1度時應立即更新顯示。
（4）對加熱裝置的某個溫度值進行控制，此實驗設定為50o，但可以修改。
（5）用一個單色LED燈顯示加熱情況：燈亮表示正在加熱，滅表示已停止加熱。
二、硬件電路設計系統的硬件設計框圖如下：

由于本系統是基于AEDK5196ET單片機實驗系統而設計的，故里里面的好多芯片和裝置已經安裝固定。下面對具體的裝置及其在本設計系統中的功能和接法進行說明：
1、加熱器和溫度傳感器：這里采用到的是實驗系統上的AEDK—DJ3溫度/壓力實驗平臺。本實驗只用到其溫度測量和控制部分。其包括：加熱機構、溫度傳感器和放大器。溫度采集使用熱敏電阻，轉化為電信號送出。加熱器是可控制的，當要加熱時，可以向相應的管腳寫入“0”，停止加熱時寫入“1”。在此實驗系統中，當DJ3接入AEDK5196ET實驗機時，可以用芯片74LS273的PO4腳來控制加熱器。接線時用專用25芯插座把DJ3接到AEDK5196ET實驗機，其輸出端接到AD0809的IN1通道入口。
2、采樣裝置：這里采樣的是實驗箱中的AD0809，其具體的圖形如下：已經和單片機有部分線連接好了。其采入由傳感器轉化后的模擬電信號，然后轉化為數字電信號。送入到MCS—51單片機中進行處理。接線時把EOC接到單片機的P1.7口用來進行查詢采樣是否完成。片選信號可以接入74LS138的地址選口。

3、單片機：這是整個系統的核心裝置。單片機主的的工作是控制和處理，其先控制A/D采進來的數據。然后根據傳感器的溫度——電壓對比值對應為相應的溫度，可以根據查表法，也可以根據公式法，本實驗采用的是MCS—51單片機的查表指令設計的查表法。再將對應出來的溫度值進行實時的處理，包括：和控制溫度（50°）對比，看是否需要停止加熱；和前一次溫度對比，看是否需要更換LED的溫度顯示；對LED的顯示進行定時；將加熱與斷開狀態送到單色LED上顯示等。
4、單色LED：用一個發光二極管接到單片機一個I/O口，加熱時此口送出“1”，停止時此口清零。將單片機的P1.0口接到74LS240的任一個入口DLx。
5、八段LED：可以用實驗箱上的兩個八段LED來顯示溫度的值。它在實驗系統中由可編程芯片8279控制。其裝置圖如下：

智能溫度采集與控制系統是將上面的裝置聯合起來，具體的實現方案如下：由溫度傳感器將溫度信號轉化為模擬電信號，由A/D采樣將模擬電信號采進來并轉化為數字電信號送給單片機處理，單片機將采進來的數字信號根據傳感器的溫度——電壓對比值對應為相應的溫度，再將對應出來的溫度值進行實時的處理，包括：和控制溫度（50°）對比，看是否需要停止加熱，即對加熱器實時控制；和前一次溫度對比，看是否需要更換LED的溫度顯示，即對單色LED實時控制；對LED的顯示進行定時；將加熱與斷開狀態送到單色LED上顯示等。
三、軟件設計流程及描述
根據設計思路，寫出實驗流程圖如下：

                     總程序流程圖
（源代碼程序請參見：《智能溫度采集與控制系統源代碼》）

                                          四、設計所遇到問題分析
在本次設計中遇到下面幾個問題，但是根據查資料和請教他人，遂一一解決：
1、八段LED顯示兩位溫度：因為這里用的是AEDK5196ET單片機實驗系統，它里面的LED是用8279控制的，所以得先熟悉8279芯片。用實驗系統上的LED顯示溫度時，必須查LED的段碼表，把對應的數字對就為LED的相應段碼。其實要是可以外接的話，可以直接把溫度轉化為BCD碼，然后用兩個74LS48或者74LS47（要看是共陰極還是共陽極選定相應的譯碼器）譯碼器接到單片機的P1口，直接將溫度轉化后的BCD碼送出來就可以顯示了。這樣的話，程序可以很簡短，也沒有那么復雜了。
2、在寫程序的時候要注意到的問題有：（1）棧地址SP的設置問題。因為在程序中用到了比較多的寄存器，而SP的剛開始地址為0007H，可以和寄存器地址重復，所以在程序的開始應該給其定一個比較大的值；（2）用一個直接地址的時候要注意最好不用寄存器已經分配的地址，如想用一個直接地址存一個備用數據，因為已經用到了R1—R7等寄存器，所以最好不用00H—1FH地址；（3）這里用到了查表程序，就要熟悉MCS—51單片機的兩條查表程序，即用DPTR和PC和查表程序。其中DPTR的查表程序比較簡單，但是PC的查表程序就比較復雜；（4）程序中要注意婁制的問題。要注意單片機內的數據只有二進制數，當人為地送進去十進制、十六進制等數的時候，它都一律轉化為相等的二進制數處理。所以可以隨意寫入任意進制的數。存在于單片機內的數一律為二進制，但是注意一些碼和常數的區別。比如BCD碼，當一個十進制數30寫入單片機中時，會被單片機存為0001 1110，而30的BCD碼為0011 0000，所以想把單片機內一個等于30的常數顯示于LED上，要先轉化為BCD碼，再直接用譯碼器或者用查表法顯示出來。但是這里涉及到是把什么進制的數轉化為BCD碼，根據上面的知識，因為單片機內只有二進制數，所以應該把二進制數轉化為BCD碼。源碼下載：http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-29903-1.html

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