可编程通用智能温度控制器的设计

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1、目 录摘 要.ABSTRACT.1 概论.1 引言.1 智能仪器的现状及开展.3 温度测量系统中选取局部仪器的简介.4 课题来源及目标.7 本文的主要研究工作.72 硬件电路的设计.8 温度测量方案论证.8 电源电路设计.9 温度测量电路设计.11 液晶显示屏电路设计.15 键盘电路设计.202.6 报警电路设计.213 程序设计.23 程序流程.23 程序设计.244 系统 PROTEUS 仿真.38 程序加载.38 程序编译.39 程序仿真及结果.41结束语.43参考文献.44附录:系统原理图.46致谢.471 概论 引言在工农业生产和人们的日常生活中，有很多对象如温度、液位、压力、流量、

2、粘度、湿度以及pH值等需要测量，它们直接和节省能源、平安生产、产品质量、生产效率以及方便人们生活相联系，因此测量这些对象的仪器即传感器受到了普遍重视，早期的传感器都是把检测到的信号以标准模拟量的方式变送输出1，如图1.1所示。检测信号Vi与调零调量程回路的信号Vz和反响回路的信号Vf进行综合后，输入放大单元进行处理，输出标准的统一模拟信号。图 1.1 模拟传感器变送框图随着微电子学和计算机等现代电子技术的开展壮大，给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。微处理器在70年代初期问世不久，就被引进电子测量和仪器领域，所占比重在各项计算机应用领域中名列前茅2。在这之后，随着微处理器在体

3、积小、功能强、价格低等方面的进一步的开展，电子测量与仪器和计算机技术结合就愈加紧密，形成了全新的微机化仪器。微机化仪器实际上是一个专用的微型算机系统，它由硬件和软件两大局部组成。硬件局部主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机联系部件与接口电路、标准通信接口等，其通用结构框图如图1.2所示3,4。其中的主机电路用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理，它通常由微处理器、程序存储器、输入输出I/O接口电路等组成，或者它本身就是一个单片微型计算机。模拟量输入输出通道用来输入输出模拟量信号，主要由A/D转换器、D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系

4、，以便使仪器可以接受计算机的程控命令，目前生产的微机化仪器一般都配有GP-IB或RS-485等标准通信接口。整流滤波集成运放DO DC 功放输入回路隔离输出反馈回路Vi Vz24VCDU放大单元量程单元V1+_微机化仪器的软件局部主要包括监控程序和接口管理程序两局部。其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，其内容包括：通过键盘操作输入并存储所设置的功能、操作方式与工作参数；通过控制I/O接口电路进行数据采集，对仪器进行预定的设置；对数据存储器所记录的数据和状态进行各种处理；以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息以及测量数据的处理结果。接口管理程序主要面向通信接口，其内部是接受并分析来自通信接口

5、总线的各种有关功能、操作方式与工作参数的程控操作码，并通过通信接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理结果，以响应计算机的远程命令。这种微机化仪器即所谓的“智能仪表5。图 1.2 微机化仪器结构框图与传统的模拟电子仪器相比拟6,7：(1) 智能仪器具有友好的人-机对话的能力，使用人员只需通过键盘打入命令，仪器就实现某种测量和处理，与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉使用人员，使人-机之间的联系非常亲密。(2) 智能仪器一般都配有GP-IB或RS-485等接口，使智能仪器具有可程控操作能力。从而可以很方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需要的

6、多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。(3) 智能仪器运用微处理器的控制功能，可以很方便地实现量程自动转换、自动调零、自诊断等功能，有力地改善了仪器的自动化水平。(4) 微处理器的运用极大地提高了仪器的性能。例如按照一定的算法可以方便地消除由于温漂、增益的变化和干扰等因素所引起的误差，从而提高了仪器的测量精度。还具有很强的数据处理能力,能对测量结果进行诸如零点平均、平均值、统计分微处理器MPU程序存储器(ROM)数据存储器(RAM)I/O接口键盘显示接口标准仪用通信接口键盘显示A/D转换器D/A转换器输入电路模拟执行器主机电路外部仪用标准总线被测量模拟量输入输出人机接口通信接口析以及

7、更加复杂的数据处理功能，使用户从繁重的数据处理中解放出来。(5) 微处理器具有较高速度的数据计算能力，较强的控制功能，微处理器本身就是一个结构完备的计算机，内含丰富的I/O、定时/计数、串行口和RAM等，大大简化了仪器的硬件结构，降低了仪器的造价。 智能仪器的现状及开展70年代以来,在新技术革命的推动下,尤其是微电子技术和微型计算机技术的快速进步,使电子仪器的整体水平发生很大变化,先后出现独立式智能仪器、GP-IB自动测试系统、插卡式智能仪器个人仪器 ，在此根底上，1987年又问世了一种被称为21世纪仪器的VXI总线仪器系统。VXI系统集中了智能仪器、GP-IB总线、个人仪器的很多特长，是一种

8、全世界范围内完全开放的，适用多供货厂商的模块总线仪器系统，已被公认为当前仪器开展的世界潮流8。随着仪器与系统硬件的不断完善以及新的仪器设计思想的开展，软件的重要性与进一步开展的迫切性变得越来越突出，测试界今后的巨大变化将发生在软件方面。 独立式智能仪器及自动测试系统独立式智能仪器简称智能仪器即自身带有微处理器能独立进行测试的电子仪器是现阶段智能化电子仪器的主体。这类仪器在技术上已经比拟成熟，同时借助于新技术、新器件和新工艺的不断进步，这类仪器还在不断开展，不断地推陈出新。目前，不仅大多数传统的电子仪器已有相应代换的智能仪器产品，而且还出现了不少全新的仪器类型和测试系统体系。智能仪器几乎都配有G

9、P-IB或RS-485通信接口。GP-IB是国际电工协会IEC1978年正式推荐的一种仪用标准接口总线，已被世界各国普遍采纳。但凡配有GP-IB这种标准接口的仪器和计算机，不分生产国别、厂家，都可以借助于一条无源电缆总线按积木式互连，灵活地组成各种不同用途的自动测试系统，以完成较复杂的测试任务9。典型自动测试系统如图1.3所示。一个自动测试系统有计算机，多台可程控仪器以及GP-IB三者组成，计算机作为系统的控制者，通过执行测试软件，实现对测量全过程的控制及处理；各可程控仪器设备是测试系统的执行单元，具体完成采集、测量、处理等任务；GP-IB有计算机及各程控仪器中的标准接口和标准总线两局部组成，

10、它如同一个多功能的神经网络，把各种仪器设备有机地连接起来，完成系统内的各种信息的变换和传输任务。从计算机系统结构的角度来看，有智能仪器组成的自动测试系统是一个分布式多微机系统，系统内的智能仪器在任务一级并行工作，它们各自具备的硬件和软件，因而能相对独立地工作，相互间也可通信，它们之间通过外部总线松散耦合10。对于不同的测试任务，只需增减或更换“挂在它上面的仪器设备，编制相应的测试软件，而系统本身不变。这种自动测试系统特别适用于要求测量时间极短而数据处理量极大的测试任务中，以及测试现场对操作人员有害或操作人员参与操作会产生人为误差的测试场合11。图 1.3 典型自动测试系统 软件技术的高速开展及

11、虚拟仪器在新一代的仪器系统中，计算机软件和测试仪器更加紧密地结合在一起，为了使仪器系统的硬件设备尽量少，传统仪器的许多硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替，例如只使用一块A/D卡，借助于计算机的计算功能，在软件的配合下就可能实现多种仪器的功能，如数字多用表，数字存储视波器，数字频谱分析，数字采集系统，数字频率计等12。除此之外，即使是用C，C+这样的高级语言编制、调试测试程序，也不能适应现代仪器系统对缩短仪器系统开发时间的要求，出于这些考虑，近年来许多公司开发出很多出色的仪器开发系统软件包，在这方面最有代表性的软件是NI公司的LabVIEW、HP公司的VEE等。所谓虚拟仪器或集成仪器，是指通用