杜 君，程立波

(五大連池市山口水電站管理處，黑龍江五大連池164500)

1 概述

近年來，單片微型計(jì)算機(jī)以其強(qiáng)大的生命力飛速發(fā)展，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，因而引起了各行各業(yè)的極大關(guān)注，有著廣闊的發(fā)展前景。

單片機(jī)控制多功能溫度檢測系統(tǒng)，主要由溫度傳感器、測量放大器、低通濾波器、多路A/D轉(zhuǎn)換器、RS232通信電路組成軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)采用 Visual Basic語言編寫，主要包括數(shù)據(jù)接收模塊，電壓溫度轉(zhuǎn)換模塊等，計(jì)算機(jī)接收到電壓數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換成溫度值，以便進(jìn)行顯示和存儲實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 多功能溫度測量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

多功能溫度測量儀的原理見圖1。

圖1 多功能溫度測量儀的原理框圖

此多功能溫度測量儀主要由溫度傳感器、測量放大器、低通濾波器、多路A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、RS232通信電路及上位機(jī)程序系統(tǒng)組成。首先通過溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，為了提高A/D轉(zhuǎn)換精度，用測量放大器將該電壓信號變換到A/D轉(zhuǎn)換電路的最大輸入范圍內(nèi)，此放大后的信號經(jīng)低通濾波器濾波后輸入多路A/D轉(zhuǎn)換電路，多路A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)對信號進(jìn)行簡單處理后由RS232接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理后轉(zhuǎn)換成溫度值，以便進(jìn)行顯示和存儲。

2.2 單片機(jī)開發(fā)平臺

本系統(tǒng)使用的是新型STC89C51系列單片機(jī)的D版本芯片，STC89C51系列單片機(jī)的特點(diǎn)有:

1)增強(qiáng)型 6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期 8051 CPU。

2)工作電壓:5.5V～3.4V。

3)通用I/O口(32個(gè))，復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。

4)ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器/仿真器，可通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序。

5)內(nèi)部帶有E PROM可用來存儲數(shù)據(jù)。

6)內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，可省去外部復(fù)位電路。

7)共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用。

8)外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。

9)通用異步串行口(URAT)，還可以用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。

最主要的是此芯片的功耗非常低，掉電模式下工作電流＜0.1 uA，空閑模式下為2 mA，正常工作狀態(tài)下為4～7 mA，另外掉電模式可由外部中斷喚醒。

STC89C51通過禁止ALE時(shí)鐘信號輸出、外部時(shí)鐘頻率降一半以及單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器增益降低一半等措施，使其具有了良好的抗電磁輻射(EMI)能力。

2.3 開發(fā)工具的選擇

Keil公司目前已經(jīng)推出了 V7.0以上版本的 C51編譯器，為8051單片機(jī)軟件開發(fā)提供了全新的C語言環(huán)境，同時(shí)保留了匯編代碼高效，快速的特點(diǎn)。C51已完全集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的全新集成開發(fā)環(huán)境Vision2中，其中包括項(xiàng)目管理器、C51編譯器、A51宏匯編器、BL51/L51連接定位器、RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、Simulator軟件模擬器以及Monitor51硬件目標(biāo)調(diào)試器，所有這些功能均可在Vision2提供的單一而靈活的開發(fā)環(huán)境中極為簡便地進(jìn)行操作。Vision2提供了強(qiáng)大的項(xiàng)目管理功能，可以十分方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)化多模塊程序設(shè)計(jì)。Vision2內(nèi)部集成源級瀏覽器利用符號數(shù)據(jù)庫中詳細(xì)的信息，使用戶可以快速瀏覽源文件，并優(yōu)化用戶的變量數(shù)據(jù)存儲器。Vision2內(nèi)部集成器件數(shù)據(jù)庫(device database)存儲了多種不同型號單片機(jī)的片上資源信息，包括本系統(tǒng)選用的STC89C51系列，通過它可以自動設(shè)置C51編譯器、A51宏匯編、BL51/L51連接定位器及調(diào)試器的默認(rèn)選項(xiàng)，充分滿足用戶利用特定單片機(jī)片上集成外圍功能的要求。Vision2內(nèi)部集成源程序編輯器允許用戶在編輯源程序文件時(shí)(甚至在未編譯和匯編之前)設(shè)置程序調(diào)試斷點(diǎn)，便于在程序調(diào)試過程中快速檢查和修改程序。Vision2提供文件查找功能，能對單一文件或全部項(xiàng)目文件進(jìn)行指定搜索。此外還提供了用戶工具菜單接口，允許在 Vision2中直接啟動用戶功能?；谝陨蠋c(diǎn)，本系統(tǒng)采用Keil C51作為開發(fā)工具。

2.4 溫度傳感器的選擇

溫度檢測方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式檢測方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表，基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的熱電阻溫度檢測儀表，基于熱電效應(yīng)的熱電偶檢測儀表。而變化的熱電阻溫度檢測儀表，基于熱電效應(yīng)的熱電偶檢測儀表。而非接觸式的主要是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系對溫度進(jìn)行檢測。由于此系統(tǒng)中被測物體為金屬和空氣，所以沒用必要使用非接觸式的傳感器。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的上位機(jī)部分采用 Visual Basic語言編寫，它是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言。編程語言可分為過程語言和非過程語言。相應(yīng)地，面向過程的程序設(shè)計(jì)關(guān)心的是程序表達(dá)對問題的求解過程，用戶可以顯式地指明一系列可執(zhí)行指令(或語句)來表達(dá)程序的處理過程。傳統(tǒng)的編程方法都是面向過程的程序設(shè)計(jì)。此方法以問題的處理過程為中心，對問題的求解步驟是根據(jù)問題所依據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來確定算法，編制程序，求得結(jié)果。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的面向過程的程序設(shè)計(jì)完全不同，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作封裝在"類"中，這樣說明抽象數(shù)據(jù)類型比較自然，對實(shí)際問題的描述、對信息的隱蔽性、結(jié)構(gòu)性和可讀性等都比面向過程程序設(shè)計(jì)好，對象間通過消息互相聯(lián)系，顯然面向?qū)ο蟪绦蚴?對象"的集合，本系統(tǒng)的程序由串口通信、均值濾波以及電壓－溫度轉(zhuǎn)換等幾個(gè)對象組成，

4 總結(jié)

本系統(tǒng)下位機(jī)采用以STC89C51為主控芯片的單片機(jī)系統(tǒng)，主要由溫度傳感器、測量放大器、低通濾波器、多路A/D轉(zhuǎn)換器、RS232通信電路組成。首先通過溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，為了提高A/D轉(zhuǎn)換精度，用測量放大器將該電壓信號變換到A/D轉(zhuǎn)換電路的最大輸入范圍內(nèi)，此放大后的信號經(jīng)低通濾波器濾波后輸入多路A/D轉(zhuǎn)換電路，多路A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)對信號進(jìn)行簡單處理后由 RS232接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)。上位機(jī)采用Visual Basic語言編寫，主要包括數(shù)據(jù)接收模塊，電壓溫度轉(zhuǎn)換模塊等，計(jì)算機(jī)接收到電壓數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換成溫度值，以便進(jìn)行顯示和存儲實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換誤差平均值為±0.25℃，上位機(jī)程序中對熱敏電阻溫度曲線進(jìn)行非線性擬合所產(chǎn)生的均方誤差為± 0.02℃，綜合以上兩方面因素最終得到系統(tǒng)的測量精度為± 0.27℃。

［1］ 房小翠，王金鳳.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1999.

［2］ 趙新民，王祁.智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

［3］ 王恩榮，程明霄.MCS－51單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.