現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)第２０卷第６期

ＭｏｄｅｒｎＢｕｓｉｎｅｓｓＴｒａｄｅＩｎｄｕｓｔｒｙ

２００８年６月基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)梁品超（河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校，河北滄州０６１００１）摘要：介紹了一種基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)中以貯液容器溫度為被控參數(shù)，蒸汽流量為控制參數(shù)，輸入筘液容器冷物料的初溫為前饋控制，構(gòu)成前饋一反饋控制系統(tǒng)．關(guān)鍵詞：單片機(jī)｝溫度監(jiān)測；ＡＴ８９Ｃ５ｌ中圖分類號：ＴＰ３４

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ

文章編號：１６７２－３１９８（２００８）０６—０３５４一０２Ｏ前言溫度測控在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能溫度測控系統(tǒng)測控功能的完善、測控精度的提高和抗干擾能力的增強(qiáng)等提供了條件．由于單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、抗干擾能力等優(yōu)于一般ＣＰＵ的優(yōu)點(diǎn)，因此，在要求較高控制精度和較低成本的工業(yè)測控系統(tǒng)中，往往采用單片機(jī)作為數(shù)字控制器取代模擬控制器。本文針對貯液容器溫度控制設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為主機(jī)的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中以貯液容器溫度為被控參數(shù)，蒸２００１年廣州市廣州地鐵總公司批準(zhǔn)了“非地鐵施工時(shí)地鐵結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測”的科研項(xiàng)目，采用ＴＣＡ２００３全自動化全站儀為基礎(chǔ)組成的自動變形監(jiān)測系統(tǒng)，可以２４小時(shí)無人值守，連續(xù)監(jiān)測運(yùn)行中的地鐵隧道變形，且每次監(jiān)測可以在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成．監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)提供給施工方，已指導(dǎo)當(dāng)前及下一步的施工，在工程應(yīng)用中取得了良好的效果．一個(gè)完整的自動化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是指在無需操作人員干預(yù)的條件下，實(shí)現(xiàn)自動觀測、記錄、處理、存儲、報(bào)表編制、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能。它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)配置包括ＴＣＡ自動化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計(jì)算機(jī)與專用軟件。系統(tǒng)特點(diǎn)：（１）在無人值守的情況，可以實(shí)現(xiàn)２４小時(shí)連續(xù)自動檢測，列車運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)也可以自動進(jìn)行監(jiān)測，克服了傳統(tǒng)測量方法的不足，節(jié)約了大量的人力，為地鐵安全運(yùn)營應(yīng)提供了保障．（２）建立高精度的基準(zhǔn)點(diǎn)，采用實(shí)時(shí)差分式測量方案，可以最大限度的減弱或者消除誤差因素，從而大幅度提高測量結(jié)果的精度。變形監(jiān)測點(diǎn)位精度優(yōu)于Ｉｍｍ．（３）實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表輸出及提供圖形等．（４）遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)報(bào)警。（５）在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)測得點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，可根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求做全方位的預(yù)報(bào)。三維激光影像掃描儀技術(shù)是２０實(shí)際９０年代中期出現(xiàn)，的一項(xiàng)高新科技，是繼ＧＰＳ空間定位系統(tǒng)之后的又一項(xiàng)測??——３５４?—一萬方數(shù)據(jù)

汽流量為控制參數(shù)，輸入貯液容器冷物料的初溫為前饋控制，構(gòu)成前饋一反饋控制系統(tǒng)。發(fā)揮前饋控制和反饋控制的各自優(yōu)勢，將可測而不可控的干擾由前饋控制克服，其他干擾由反饋控制克服，從而達(dá)到控制貯液容器溫度，滿足工藝要求的目的。ｌ硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框如圖１所示。選單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１為主機(jī)，配以兩路傳感變送器、多路開關(guān)、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器、ｖ／Ｉ轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)閥等實(shí)現(xiàn)對貯液容器溫度的自動控制，同時(shí)還設(shè)有報(bào)警電路、鍵盤和顯示電路．繪技術(shù)新突破。是一種嶄新的革命的測量工具．三維激光影像掃描儀小型便攜，精確高效，安全穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)，能在幾分鐘內(nèi)對多感興趣的趨于建立詳盡準(zhǔn)確的三維立體影像，能提供準(zhǔn)確的定量分析，可廣泛應(yīng)用于各相關(guān)領(lǐng)域．三維激光影像掃描技術(shù)，作為一種全新的測繪技術(shù)，具有許多新的特性及功能，將其引入到變形監(jiān)測領(lǐng)域，探索其在該領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用方法及理論．將具有及其現(xiàn)實(shí)的意義．盡管國內(nèi)外已有將該技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)筑物的變形及安全監(jiān)測的先例，但與其配套的理論和方法仍然欠缺，迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的論述基于三維激光影像掃描技術(shù)的變形監(jiān)測的較為系統(tǒng)的文獻(xiàn)．３結(jié)束語城市地下空間的開發(fā)利用既是調(diào)節(jié)城市土地利用結(jié)構(gòu)，擴(kuò)充城市空間容量的重要手段，，也是建立現(xiàn)代化城市綜合交通體系、防災(zāi)救災(zāi)綜合體系的重要途徑，同時(shí)也是城市基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化建設(shè)的主要方法．可以說，沒有城市地下空間開發(fā)利用就沒有城市的可持續(xù)發(fā)展．通常，若地面各項(xiàng)變形的預(yù)計(jì)結(jié)果均大于或部分大于該建筑物保護(hù)等級所允許的最大變形值，又不擬采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，則建筑物將遭到較大的損害，甚至遭到破壞．因此，加強(qiáng)對地下工程開外引起的地表變形檢測技術(shù)的研究，具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義．地下工程開挖地表移動監(jiān)測技術(shù)的研究對于我國目前處于高速發(fā)展的大中城市的快速發(fā)展和社會的穩(wěn)定與和諧具有非常重大的意義，實(shí)際應(yīng)用前景非常廣闊?，F(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)第２０卷第６期

。Ｍｏｄｅｒｎ

ＢｕｓｉｎｅｓｓＴｒａｄｅＩｎｄｕｓｔｒｙ

２００８年６月過程

多路模擬開關(guān)—面麗和嚇’／Ｉ輾

—嘔巫亟吁一麗礬４麗鬲醉

單片機(jī)

了使１０位數(shù)據(jù)能夠同時(shí)送入ＤＡＣｌ０２０，避免輸出電送波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，故必須采用雙緩沖器方式．ＡＴ８９Ｃ５１先把高２位數(shù)據(jù)輸出到７４ＬＳ７４（１），接著把低８位數(shù)據(jù)輸出到７４ＬＳ３７７，與此同時(shí)７４ＬＳ３７７的片選信號也作為７４ＬＳ７４（２）的時(shí)鐘脈沖，把７４ＬＳ７４（１）的內(nèi)容打入７４ＬＳ７４（２）中，從而使一個(gè)完整的數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)ＤＡＣｌ０２０的數(shù)據(jù)輸入端，這樣圈１系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖１．１主機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)１．１．１主機(jī)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選用單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１為主機(jī)，其內(nèi)部有４ｋ的ＦＬＡＳＨ工藝的程序存儲器，２５６字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器以及３２個(gè)Ｉ／Ｏ口．其Ｐｏ口用作數(shù)據(jù)線；Ｐ１口與報(bào)警電路和看門狗電路相連；Ｐ２口用作地址線；Ｐ３口用作讀、寫控制和中斷控制以及多路開關(guān)的控制。１．１．２鍵盤、顯示電路由于主機(jī)的Ｉ／０口不夠用，所以鍵盤和顯示電路與主機(jī)之間的接口需要外擴(kuò)，在此采用８１５５芯片作為系統(tǒng)的Ｉ／０口擴(kuò)展，鍵盤接成３×４結(jié)構(gòu)，顯示器選用４位ＬＥＤ顯示器，以實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能．１．１．３報(bào)警電路當(dāng)貯液容器溫度的測量值超出給定的上下限時(shí)，置Ｐ１．Ｏ＝１，給出聲光報(bào)警；當(dāng)超出上限值時(shí)，Ｐ１．１＝０，表明溫度過高，進(jìn)行減小蒸氣流量處理；當(dāng)超出下限值時(shí)，Ｐ１．２＝０，表明溫度過低，進(jìn)行增大蒸氣流量處理。１．１．４看門狗電路采用ＭＡＸ８１３Ｌ芯片作看門狗的定時(shí)計(jì)數(shù)器，其功能是實(shí)現(xiàn)上電瞬時(shí)掉電自動復(fù)位以及程序跑飛時(shí)的自動復(fù)

就消除了ＤＡＣ輸出端的毛刺現(xiàn)象。１．３．２執(zhí)行器及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中選用的是ＺＭＡＮｌ６ＢＧ，ＺＧｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ，１Ｃｒｌ８Ｎｉ９，２Ｃｒｌ３型號的對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。閱的輸入信號為氣信號，而Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器的輸出為０ｈ５Ｖ的電壓信號，所以在Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)閥之間要加一個(gè)ｖ／ｉ轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電氣閥門定位器，將ｏ～５．Ｖ的電壓信號先轉(zhuǎn)換成４～２０ｍＡ的電流信號后，再將４～２０ｍＡ的電流信號轉(zhuǎn)換成０．０２～ｏ．１ＭＰａ的氣信號。使調(diào)節(jié)閥接收氣信號而工作。２軟件設(shè)計(jì)為了便于分析，系統(tǒng)軟件采用了結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計(jì)，主要有系統(tǒng)主程序、看門狗中斷服務(wù)程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換子程序、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換子程序、ＰＩＤ數(shù)據(jù)處理子程序、ＢＣＤ碼轉(zhuǎn)換子程序．主程序開始后，先對單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１和８１５５芯片進(jìn)行初始化，接下來是開中斷，調(diào)用鍵盤掃描子程序，選通多路模擬開關(guān)的１號通道，將采集的數(shù)據(jù)送入Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳人單片機(jī)。若溫度越限就報(bào)警處理，否則直接處理后送顯示，再選通多路模擬開關(guān)的２號通道，將采集的數(shù)據(jù)送入Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行總的運(yùn)算處理，輸出給Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器變成模擬信號去改變調(diào)節(jié)閥的開度．位，并且可以時(shí)時(shí)監(jiān)視電源故障，以便及時(shí)保存數(shù)據(jù)．

３

總結(jié)１．２前向通道的設(shè)計(jì)采用ＪＵＭＵｇＯ系列的溫度傳感變送器，其輸入范圍為：０～５００℃，輸出為４～２０ｍＡ（ＤＯ，測量精度為０．５％．選用１０位逐次逼近式Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換芯片ＡＤ５７ｌ，接收到有效的ＣＯＮＶＥＲＴ命令后，內(nèi)部的逐次逼近寄存器從最高位開始順次經(jīng)電流輸出的ＤＡＣ在比較器上與模擬量經(jīng)５ｋ０電阻所產(chǎn)生的電流相比較．檢測完所有位后，ＳＡＲ中包含轉(zhuǎn)換后的１０位二進(jìn)制碼．轉(zhuǎn)換完成后，ＳＡＲ發(fā)出ＤＲ信號（低電平有效），單片機(jī)查詢到ＤＲ＝０時(shí)，便使其打開三態(tài)緩沖器輸出數(shù)據(jù)。１．３后向通道的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對貯液容器溫度的自動控制，還具有通過鍵盤實(shí)現(xiàn)對設(shè)定值的修改，對所測參數(shù)進(jìn)行超限判斷，并給出聲光報(bào)警的功能，同時(shí)具有顯示當(dāng)前溫度值的功能．系統(tǒng)采用前饋一反饋控制方案，對冷物料的初溫波動這一主要干擾能及時(shí)有效地克服，幾乎不影響溫度．優(yōu)越于單純的反饋控制方案，保證了系統(tǒng)的控制精度，達(dá)到了較先進(jìn)的設(shè)計(jì)水平，理論上能夠廣泛地應(yīng)用于工業(yè)中的相關(guān)領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)１１３苑風(fēng)強(qiáng)等．單片機(jī)語言Ｃ５１應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集諱Ｉ－Ｍ］．｜匕京：電子工業(yè)出１．３．１

Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

版杜，２００５．為了滿足系統(tǒng)的精度要求，選用１０位的Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器ＤＡＣｌ０２０．由于其內(nèi)部不帶有鎖存器。所以必須通過Ｉ／０口才能與ＡＴ８９ｃ５１單片機(jī)連接，又由于ＡＴ８９Ｃ５１的字長是８

［２］吳金戌．洗慶陽，郭庭吉．８０５１單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［Ｍ］．北京；清牟大學(xué)出版社，２００２．［３］楊撅江，杜鉸軍，李拜．流行單片機(jī)實(shí)用子程序覆應(yīng)用實(shí)飼［Ｍ］．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，２００２．位的，一次操作只能傳輸８位數(shù)據(jù)，因此ＡＴ８９Ｃ５１必須進(jìn)行兩次操作才能把一個(gè)完整的１０位數(shù)據(jù)送到ＤＡＣｌ０２０．為?－——３５５?－——萬方數(shù)據(jù)一！坌壁璺卜１亟｝一！坌壁璺卜１亟｝基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：

梁品超河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校,河北,滄州,061001現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)MODERNBUSINESSTRADEINDUSTRY2008，20(6)0次參考文獻(xiàn)(3條)1.范風(fēng)強(qiáng)單片機(jī)語言C51應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集錦20052.吳金戍.沈慶陽.郭庭吉8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用20023.楊振江.杜鐵軍.李群流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例2002相似文獻(xiàn)(10條)1.期刊論文符曉蕊單片機(jī)在獼猴桃冷庫溫度監(jiān)測中的應(yīng)用-陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)2007(3)利用單片機(jī)研制開發(fā)了自動測溫顯示報(bào)警系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度自動監(jiān)測,提高了監(jiān)測的精確度,解放了人力,降低了投資成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益.2.學(xué)位論文王明英糧食儲備庫溫度監(jiān)測與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的開發(fā)與研究2006工作現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和可靠性是自動化控制系統(tǒng)的首要問題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功與否和傳感器、單片機(jī)的選擇、使用以及現(xiàn)場干擾因素的處理有著密切關(guān)系。如果系統(tǒng)工作紊亂，不僅不能起到自動控制的作用，反而會造成不可估量的損失。本論文以糧食儲備庫溫度監(jiān)測與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)為例，對傳感器、單片機(jī)、串行通信和Java遠(yuǎn)程通訊的應(yīng)用做了相應(yīng)的分析，從軟件和硬件兩個(gè)方面對系統(tǒng)的可靠性措施做了較全面的歸納總結(jié)，提出了兩種方案：“跟蹤程序運(yùn)行軌跡”和“片外雙硬件看門狗機(jī)制”彌補(bǔ)看門狗技術(shù)存在的漏洞，以確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠。糧食儲備庫溫度監(jiān)測與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)涉及六個(gè)方面的應(yīng)用技術(shù)：◆傳感器的應(yīng)用◆單片機(jī)的應(yīng)用◆串口通信技術(shù)◆系統(tǒng)可靠性措施◆Java的多線程機(jī)制◆基于TCP/IP的Socket技術(shù)該系統(tǒng)是在MicrosoftWindowsXP/2000下開發(fā)的，傳感器使用DALLAS公司的一線溫度傳感器DS18820；下位機(jī)使用ATMEL公司的AVR系列ATMEGA16單片機(jī)；下位機(jī)的編程采用針對AVR系列單片機(jī)的專用C語言ICC6.28：上位機(jī)采用Borland公司的JBuilderEnterprise9.0操作平臺解決串口通訊，并利用基于TCP/IP的Socket技術(shù)完成了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸功能。3.期刊論文秦相林.李俊玲.呂海洋.QINXiang-lin.LIJun-ling.LVHai-yang多路溫度監(jiān)測及自動撥號語音報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2007,23(4)介紹了多路溫度監(jiān)測及自動撥號語音報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì),闡明了有關(guān)的工作原理、硬件設(shè)計(jì).系統(tǒng)充分應(yīng)用PIC單片機(jī)以及語音芯片等器件,使系統(tǒng)具有智能化特點(diǎn).主要應(yīng)用于倉庫、蔬菜水果貯藏室、企事業(yè)單位等有一定環(huán)境溫度要求的場所.通過對溫度實(shí)施監(jiān)測,達(dá)到防火、防熱、低溫防凍及蔬菜水果保鮮等目的.4.期刊論文葉岑明.姚伯威.YECen-ming.YAOBo-wei糧庫多點(diǎn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)-中國測試技術(shù)2005,31(5)本文介紹了由DS18B20智能溫度傳感器構(gòu)成的一種分布式糧庫多點(diǎn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).測控板由AT89S51單片機(jī)組成,通過RS232接口與PC機(jī)通信.5.期刊論文曹成茂.唐建生黃河二橋健康監(jiān)測系統(tǒng)-溫度監(jiān)測子系統(tǒng)-傳感器技術(shù)2004,23(9)掌握橋梁結(jié)構(gòu)各部分溫度在空間上分布和隨時(shí)間變化的規(guī)律,對于校核設(shè)計(jì)取值、計(jì)算由溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力具有重要意義.采用DS1820數(shù)字式溫度傳感器芯片與單片機(jī)構(gòu)成橋梁溫度監(jiān)測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對橋梁的16個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測.由DS1820構(gòu)成的測溫系統(tǒng)電路簡單、應(yīng)用方便靈活,在常溫測量中有較大優(yōu)勢,應(yīng)用前景十分廣闊.6.會議論文堵瑞先.李文正.吳西燕發(fā)電廠分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究1998該文主要討論發(fā)電廠分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)，在下位機(jī)溫度采集系統(tǒng)中采用8031單片機(jī)和1位總線數(shù)字溫度傳感器DSl820，省去了傳統(tǒng)的測量電路中的放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，給傳統(tǒng)的溫度測量電路帶來一場極大的變革。該文所述的系統(tǒng)，在分布范圍廣的多點(diǎn)溫度監(jiān)側(cè)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。7.期刊論文高世海.田仲CAMAC機(jī)箱電源、溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)-現(xiàn)代電子技術(shù)2001(2)針對CAMAC機(jī)箱故障監(jiān)測的實(shí)際要求,設(shè)計(jì)了一種新型多點(diǎn)位電源、溫度自動監(jiān)測系統(tǒng).該系統(tǒng)硬件采用了ATMEL89C52單片機(jī)及美國MAXIM公司新推出的MAX197多功能集成12位A/D轉(zhuǎn)換器和MAX6575單線輸出的溫度傳感器芯片等器件.實(shí)踐證明,該系統(tǒng)