第一篇：溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計

中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書 引言

1.1 單片機概述

單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。

單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。

單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。它又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。1.2 溫度采集設(shè)計背景

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技構(gòu)中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域己經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。

測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段: ①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器

②模擬集成溫度傳感器

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圖（9）系統(tǒng)流程圖 軟件程序設(shè)計

PORTA EQU 020H

；定義端口地址 PORTB EQU 021H PORTC EQU 022H

中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書

PORTD EQU 023H DATA SEGMENT

TABLE DB 40H

DB 4FH

DB 24H

DB 30H

DB 19H

DB 12H

DB 02H

DB 78H

DB 00H

DB 10H

BUFDA1 DB ?

BUFDA2 DB ?

BUFDA3 DB ? DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA

MOV DS,AX

MOV AL,98H

OUT PORTD,AL

；8255的初始化

;*****************************

MOV AL,01

OUT PORTC,AL

MOV AL,00

OUT PORTC,AL

；PC0 為0，啟動A/D轉(zhuǎn)換 FIND: IN AL,PORTC

TEST AL,010H

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JNZ FIND

；讀PC4的值，如為1則繼續(xù)查詢

MOV AL,01

OUT PORTC,AL

；使PC0為1，撤消啟動信號

IN AL,PORTA

；讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

;******************************

MOV CL,100

；計算百位，十位，個位

DIV CL

MOV BUFDA1,AL

XOR AL,AL

MOV CL,10

MOV BL,AH

MOV AL,BL

MOV AH,0

DIV CL

MOV BUFDA2,AL

MOV BUFDA3,AH

;****************************** DISPLAY:MOV BX,OFFSET TABLE

MOV AL,[DI+0]

XLAT

；換碼

MOV DX,PORTB

OUT DX,AL

MOV CX,30H

；延遲程序 DELAY: LOOP DELAY

RET

;**********************************

MOV CX,30H DISPLAY1:MOV AL,06H

OUT PORTD,AL

中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書

MOV AL,05H

OUT PORTD,AL

MOV AL,03H

OUT PORTD,AL

MOV DI,OFFSET BUFDA1

CALL DISPLAY ；使LED0工作

MOV AL,07H

OUT PORTD,AL

MOV AL,04H

OUT PORTD,AL

MOV AL,03H

OUT PORTD,AL

MOV DI,OFFSET BUFDA2

CALL DISPLAY ；使LED1工作

MOV AL,07H

OUT PORTD,AL

MOV AL,05H

OUT PORTD,AL

MOV AL,02H

OUT PORTD,AL

MOV DI,OFFSET BUFDA3

CALL DISPLAY ；使LED2工作

LOOP DISPLAY1；延遲

;***********************************

MOV AH,4CH

INT 21H CODE ENDS

END START

中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書 總結(jié)心得

本課程設(shè)計是基于AT89C51單片機的溫室檢測系統(tǒng)。該課程是以單片機8051為核心，以熱敏電阻為測溫元件對溫度進行有效的測量,通過ADC0809芯片將電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)過單片機處理后通過8255芯片擴展的I/O以動態(tài)方式顯示，再加上相應(yīng)的時鐘電路、復(fù)位電路、分頻電路，最后編寫程序，溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計就完成了。

在做課程設(shè)計的過程中，除了了解相關(guān)設(shè)計的硬件原理電路圖外，還要了解具體的型號，熟悉相關(guān)軟件的使用，如AutoCAD、Protel、Word等，雖然在實際操作過程中遇到了很多困難，但經(jīng)過不懈努力還是完成了本課程的設(shè)計。

在這一周的設(shè)計中，不僅使我增長了很多課堂上所學(xué)不到的知識，而且還讓我對A/D轉(zhuǎn)換和擴展I/O有了更深入的了解。對一些單片機原理及應(yīng)用有了更加深刻的認(rèn)識。

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附圖 電路接線仿真圖

256912151619Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7U374LS373OELE3478***C11nFD0D1D2D3D4D5D6D7U2VREF(-)VREF(+)***21282726U1X1CRYSTAL19XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD*********617C21nF18XTAL2RST1nF293031PSENALEEA22232425ALEADD CADD BADD AADC0809R1100k12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51U5NORU4NOR第 14 頁

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27.0C39***192021GND2-8LSB2-72-62-52-42-32-22-1MSBVCCCLOCKOUTPUT ENABLEEOCSTARTIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN03U6VOUTLM351中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書

參考文獻

[1] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)〔簡明修訂版).杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998年

[2] 李廣弟.單片機*MB rmi.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994年 [3] 孫育才.單片機微型計算機及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，2004年 [4] 沈德金，陳粵初.單片機接口電路與應(yīng)用稱序?qū)嵗?北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1990年

[5] 李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版杜，1994年

[6] 陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊，第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2001年7月

[7] 戴梅萼，史嘉權(quán).微型計算機技術(shù)及應(yīng)用，第三版.北京：清華大學(xué)出版社，2003年11月

[8] 沈美明，溫冬嬋.IBM-PC匯編語言程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，1998年8月

[9] 顧德英.計算機控制技術(shù)，第二版.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005年 [10] 李順增，吳國東，趙河明，喬志偉.微機原理及接口技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2004年

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第二篇：基于MSP430的溫度采集系統(tǒng)開題報告

畢

業(yè)

論

文

開

題

報

告

1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：

文

獻

綜

述

一、題目背景和研究意義

溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需對溫度進行實時監(jiān)控。通常采用單片機完成對溫度信息的存儲、實時控制、檢測以及數(shù)字顯示。這對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。為此，本文設(shè)計了一種溫度采集系統(tǒng)，選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器和TI公司的MSP430FG4618單片機作為主控制器[1]。

采用這種設(shè)計的溫度采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)溫度檢測、信息存儲、實時控制以及數(shù)字顯示，對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源及資源都有重要的作用，具有很大的發(fā)展前景[1]。

二、溫度傳感器及溫度測量的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1

溫度傳感器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

溫度的測量方法通常分為兩大類即接觸式測溫和非接觸式測溫。接觸式測溫是基于熱平衡原理，測溫時，感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，當(dāng)達到熱平衡時，獲得被測物體的溫度，例如，熱電偶，熱敏電阻，膨脹式溫度計等就屬于這一類；非接觸式測溫基于熱輻射原理或電磁原理，測溫時，感溫元件不直接與被測介質(zhì)接觸，通過輻射實現(xiàn)熱交換，達到測量的目的，例如，紅外測溫儀、光學(xué)高溫計等[2]。

常用的測溫傳感器有熱電偶，熱電阻，導(dǎo)體溫度傳感器等，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)多使用集成溫度傳感器，這里選用的是DS18B20。

集成溫度傳感器可以分為三類：模擬集成溫度傳感器、模擬集成溫度控制器、智能溫度傳感器。

智能式傳感器是一個以微處理器為內(nèi)核擴展了外圍部件的計算機檢測系統(tǒng)。相比一般傳感器，智能式傳感器有如下顯著特點[3]：

1.提高了傳感器的精度

智能式傳感器具有信息處理功能，通過軟件不僅可修正各種確定性系統(tǒng)誤差(如傳感器輸入輸出的非線性誤差、服度誤差、零點誤差、正反行程誤并等)而且還可適省地補償隨機誤差、降低噪聲，大大提高了傳感器精度。

2.提高了傳感器的可靠性

集成傳感器系統(tǒng)小型化，消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的某些不可靠因素，改善整個系統(tǒng)的抗干擾性能；同時它有自診斷、自校淮和數(shù)據(jù)存儲功能(對于智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還有自適應(yīng)功能)，具有良好的穩(wěn)定性。

3.提高了傳感器的性能價格比

在相同精度的需求下，多功能智能式傳感器與單一功能的普通傳感器相比，性能價格比明顯提高，尤其是在采用較便宜的單片機后更為明顯。

4.促成了傳感器多功能化

智能式傳感器可以實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，擴大測量與使用范圍;有一定的自適應(yīng)能力，根據(jù)檢測對象或條件的改變，相應(yīng)地改變量程反輸出數(shù)據(jù)的形式;具有數(shù)字通信接口功能，直接送入遠地計算機進行處理；具有多種數(shù)據(jù)輸出形式(如RS232串行輸批，PIO并行輸出，IEE-488總線輸出以及經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬量輸出等)，適配各種應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2

溫度測量的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

雖然溫度測量方法多種多樣，但在很多情況下，對于實際工程現(xiàn)場或一些特殊條件下的溫度測量，比如對極限溫度、高溫腐蝕性介質(zhì)溫度、氣流溫度、表面溫度、固體內(nèi)部溫度分布、微尺寸目標(biāo)溫度、大空間溫度分布、生物體內(nèi)溫度、電磁干擾條件下溫度測量來講，要想得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果并非易事，需要非常熟悉各種測量方法的原理及特點，結(jié)合被測對象要求選擇合適的測量方法才能完成。同時，還要不斷探索新的溫度測量方法，改進原有測量技術(shù)，以滿足各種條件下的溫度測量需求[4]。

溫度是度量物體冷熱程度的一個物理量，是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的一個熱工參數(shù)，許多生產(chǎn)工藝過程均要求對溫度進行監(jiān)視和控制，特別是在化工、食品等行業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。傳統(tǒng)的接觸式測溫儀表如熱電偶、熱電阻等，因要與被測物質(zhì)進行充分的熱交換，需經(jīng)過一定的時間后才能達到熱平衡，存在著測溫的延遲現(xiàn)象，故在連續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量檢驗中存在一定的使用局限。

目前，紅外溫度儀因具有使用方便，反應(yīng)速度快，靈敏度高，測溫范圍廣，可實現(xiàn)在線非接觸連續(xù)測量等眾多優(yōu)點，正在逐步地得以推廣應(yīng)用。表1列出了常用的測溫方法和特點，其中紅外測溫作為一種常用的測溫技術(shù)顯示出較明顯的優(yōu)勢。

測溫方法

溫度傳感器

測溫范圍（℃）

精度%

接觸式

熱電偶

-200~1800

0.2~1.0

熱電偶

-50~300

0.1~0.5

非接觸式

紅外測溫

-50~300

其它

示溫材料

-35~2000

<1

表1常用測溫方法和特點

三、課題的基本技術(shù)原理

1.基于MSP430的溫度采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由DS18B20溫度傳感器及MSP430單片機兩部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

DS18B20溫度傳感器

MSP430單片機

報警模塊

按鍵輸入模塊

LCD顯示模塊

電源及復(fù)位模塊

圖1

溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

上述各個模塊的功能是：

傳感器：將被測非電量即溫度轉(zhuǎn)換成電信號。溫度傳感器的種類很多，有熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等，這里選用的是DS18B20集成溫度傳感器。

MSP430微處理器：實現(xiàn)對從傳感器輸入的數(shù)字信號進行存儲、控制及顯示等功

能。

按鍵輸入模塊：應(yīng)用軟件程序確定報警啟動的上限溫度及下限溫度。

電源及復(fù)位模塊：為整個系統(tǒng)提供電源及復(fù)位信號。

報警模塊：當(dāng)所測溫度超過設(shè)定的上限溫度或下限溫度時啟動，蜂鳴器報警。

LCD顯示模塊：顯示當(dāng)前所測得的溫度值。

2.溫度傳感器的選型

2.1

溫度傳感器的選型

本設(shè)計選用DS18B20溫度傳感器，作為一種數(shù)字化溫度傳感器，DS18B20測溫時無需任何外部元件，可直接輸出9~12位（含符號位）的被測溫度值，測溫范圍為-55ǜ~+125℃；在-10~+85℃范圍內(nèi)測量精度為±0.5℃，輸出測量分辨率可謂，最高可達0.0625℃；支持“單線總線”技術(shù)，僅需要占用一個通用I/O端口即可完成與單片機的通信；現(xiàn)場溫度直接以“單線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果[5]。

2.2

DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳分布

DS18B20主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器，如圖2

所示。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛多個DS18B20的目的。高低溫報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個字節(jié)的EEPROM組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入[6]。

64位ROM

和單線端口

存儲器和邏輯控制

暫存器

8位CRC產(chǎn)生器

溫度傳感器

上限觸發(fā)TH

下限觸發(fā)TL

電源檢測

VDDD

DQ

圖2

DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20數(shù)字溫度計以9位數(shù)字量形式反映器件的溫度值。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需要一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。因為每個DS18B20都有一個獨特的片序列號，所以多只DS18B20可以同時連接在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)控和控制等方面非常有用[7]。

GND：接地

DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路

VDD：可選的VDD腳。

3.MSP430的簡介及功能特性

3.1

MSP430的簡介

MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低

功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器(Mixed

Signal

Processor)。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中[8]。

3.2

MSP430的功能特性[9-16]

低電源電壓范圍：1.8V至3.6V

超低功耗：主動模式：400微安在1MHz，2.2V也可

待機模式：2.5微安

關(guān)閉模式（RAM保持）：0.35微安

有5種省電模式，待機到喚醒不到6us

如表2

模式

狀態(tài)

低功耗模式0

LPM0

CPU關(guān)閉，ACLK和SMCLK信號活動，MCLK停止

低功耗模式1

LPM1

CPU關(guān)閉，ACLK和SMCLK信號活動,MCLK停止，若沒有被外圍模塊使用,DCO發(fā)生器關(guān)閉

低功耗模式2

LPM2

CPU關(guān)閉，MCLK和SMCLK停止，-ACLK保持活動，DCO發(fā)生器保持活動

低功耗模式3

LPM3

CPU關(guān)閉，MCLK和SMCLK停止，-DCO發(fā)生器停止，ACLK保持活動

低功耗模式4

LPM4

CPU關(guān)閉，MCLK和SMCLK停止，-ACLK停止，DCO發(fā)生器停止，晶體振蕩器停

表2

MSP430的5種省電模式

16位RISC架構(gòu)，擴展內(nèi)存，125ns指令周期時間

三通道內(nèi)部DMA

12位A/D轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)部參考，采樣保持和自動掃描功能

電源電壓監(jiān)控器可編程電平檢測

串行通信接口（USART1的），選擇異步UART或同步SPI的軟件三個可配置運算放大器

FALSH存儲模塊主要特點：

編程可使用位、字節(jié)和字操作

可以通過JTAG、BSL和ISP進行編程

1.8V~3.6V工作電壓，2.7~3.6V編程電壓

數(shù)據(jù)保持時間從10年到100年不等

可編程次數(shù)從100到

100,000次

60K空間編程時間<5秒

保密熔絲燒斷后不可恢復(fù)，不能再對JTAG進行任何訪問

FALSH

編程/擦除時間由內(nèi)部硬件控制，無需任何軟件干涉

參考文獻：

[1]王曉銀，基于MSP430F149單片機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[期刊論文]-微計算機信息，2006(22)

[2]姜忠良，陳秀云.溫度的測量與控制[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005：26~27

[3]金永賢，智能化電子產(chǎn)品的低功耗設(shè)計[J]，華東交通大學(xué)學(xué)報，200l，18(1)：15-16．

[4]葉湘濱、熊飛麗等.傳感器與測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008：285~28

[5]陳躍東，DS18B20集成溫度傳感器原理及其應(yīng)用，2002(4)

[6]Teaxs

Instrument

Inc

MSP430xlxx

family

user＇s

guide

2007

[7]

周云波，由DS18B20單線數(shù)字溫度計構(gòu)成的單線多點溫度測量系統(tǒng)，1996(2)

[8]祖靜，新概念動態(tài)測試.動態(tài)測試技術(shù)專題，2006

[9]秦龍，MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講，2007

[10]TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller

2007

[11]張文棟，存儲測試系統(tǒng)的設(shè)計理論及其應(yīng)用，2004

[12]沈建華、楊艷琴、翟驍曙，MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應(yīng)用，2008

[13]魏小龍，MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例，2002

[14]Teaxs

Instrument

Inc

MSP430F16X/161Xdeviceerrata

Sheet

2007

[15]胡大可，MSP430系列單片機C語言程序設(shè)計與開發(fā)，2003

[16]魏小龍，MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例，2002

２．本課題要研究或解決的問題和采用的研究手段（途徑）：

一．本課題所要研究的問題：

如何設(shè)計一個溫度采集及顯示系統(tǒng)。1.設(shè)計MSP430單片機的最小工作系統(tǒng)及其外圍模塊電路；2.學(xué)習(xí)DS18B20溫度傳感器的單總線協(xié)議；

3.調(diào)試各個功能模塊的程序，使該系統(tǒng)能夠測量并顯示溫度值；4.檢測系統(tǒng)的功耗。

二．本課題擬采用的研究手段：

擬設(shè)計的研究方案框圖如圖3所示。

DS1B20傳感器

Msp430單片機

時鐘

復(fù)位系統(tǒng)

電源系統(tǒng)

LED顯示及報警

圖3

方案的總體設(shè)計框圖

該方案選用DS18B20作為溫度傳感器、MSP430為主控制器，并將溫度值顯示在LCD顯示屏上。傳感器根據(jù)溫度的變化輸出一定的模擬數(shù)字信號，該信號進入MSP430中，此過程需要系統(tǒng)內(nèi)的定時器按照一定的頻率控制不斷循環(huán)運行，從而達到實時采集的目的，采集后的溫度值存儲于FLASH中。最后，經(jīng)LCD液晶顯示屏把溫度顯示出來，并在必要的時候報警。

三．相關(guān)軟件環(huán)境和開發(fā)平臺

軟件平臺：電路原理圖、PCB板圖制作軟件PROTEL

99SE；MSP430相關(guān)的軟件編程環(huán)境

IAR

硬件平臺：萬用表、示波器、計算機等

畢

業(yè)

論

文

開

題

報

告

指導(dǎo)教師意見：

X同學(xué)通過檢索大量的溫度傳感器及溫度測量電路的相關(guān)論文資料，對本課題的研究背景、研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的相關(guān)理論都有了基本的了解。

本設(shè)計擬采用MSP430芯片完成對溫度的測量，同時涉及單片機最小系統(tǒng)及低功耗的設(shè)計。開題報告書寫條理清晰、思路明朗、結(jié)構(gòu)緊湊、有著重點。

該方案合理可行，同意開題。

指導(dǎo)教師：

****年**月**日

所在系審查意見：

系主任：

****年**月**日

第三篇：溫度傳感器課程設(shè)計

溫度傳感器簡單電路的集成設(shè)計

當(dāng)選擇一個溫度傳感器的時候，將不再限制在模擬輸出或數(shù)字輸出裝置。與你系統(tǒng)需要相匹配的傳感器類型現(xiàn)在又很大的選擇空間。市場上供應(yīng)的所有溫度感應(yīng)器都是模擬輸出。熱電阻，RTDs和熱電偶是另一種輸出裝置，矽溫度感應(yīng)器。在多數(shù)的應(yīng)用中，這些模擬輸出裝置在有效輸出時需要一個比較器，ADC，或一個擴音器。因此，當(dāng)更高技術(shù)的集成變成可能的時候，有數(shù)字接口的溫度傳感器變成現(xiàn)實。這些集成電路被以多種形式出售，從超過特定的溫度時才有信號簡單裝置，到那些報告遠的局部溫度提供警告的裝置。現(xiàn)在不只是在模擬輸出和數(shù)字輸出傳感器之間選擇，還有那些應(yīng)該與你的系統(tǒng)需要相匹配的更廣闊的感應(yīng)器類型的選擇，溫度傳感器的類型：

圖一：傳感器和集成電路制造商提供的四中溫度傳感器

在圖一中舉例說明四種溫度感應(yīng)器類型。一個理想模擬傳感器提供一個完全線性的功能輸出電壓（A）。在傳感器（B）的數(shù)字I/O類中，溫度數(shù)據(jù)通常通過一個串行總線傳給微控制器。沿著相同的總線，數(shù)據(jù)由溫度傳感器傳到微控制器，通常設(shè)定溫度界限在引腳得數(shù)字輸出將下降的時候。當(dāng)超過溫度界限的時候，報警中斷微控制器。這個類型的裝置也提供風(fēng)扇控制。

模擬輸出溫度傳感器：

圖2 熱阻和矽溫度傳感器這兩個模擬輸出溫度探測器的比較。

熱電阻和矽溫度傳感器被廣泛地使用在模擬輸出溫度感應(yīng)器上。圖2清楚地顯示當(dāng)電壓和溫度之間為線性關(guān)系時，矽溫度傳感器比熱阻體好的多。在狹窄的溫度范圍之內(nèi)，熱電阻能提供合理的線性和好的敏感特性。許多構(gòu)成原始電路的熱電阻已經(jīng)被矽溫度感應(yīng)器代替。

矽溫度傳感器有不同的輸出刻度和組合。例如，與絕對溫度成比例的輸出轉(zhuǎn)換功能，還有其他與攝氏溫度和華氏溫度成比例。攝氏溫度部份提供一種組合以便溫度能被單端補給得傳感器檢測。

在最大多數(shù)的應(yīng)用中，這些裝置的輸出被裝入一個比較器或A/D轉(zhuǎn)換器，把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字格式。這些附加的裝置，熱電阻和矽溫度傳感器繼續(xù)被利用是由于在許多情況下它的成本低和使用方便。數(shù)字I/O溫度傳感器： 大約在五年前，一種新類型溫度傳感器出現(xiàn)了。這種裝置包括一個允許與微控制器通信的數(shù)字接口。接口通常是12C或SMBus序列總線，但是其他的串行接口例如SPI是共用的。閱讀微控制器的溫度報告，接口也接受來自溫控制器的指令。那些指令通常是溫度極限，如果超過，將中斷微控制器的溫度傳感器集成電路上的數(shù)字信號。微控制器然后能夠調(diào)整風(fēng)扇速度或減慢微處理器的速度，例如，保持溫度在控制之下。

圖3：設(shè)計的溫度傳感器可遙測處理器芯片上的p-n結(jié)溫度

圖4。溫度傳感器可檢測它自己的溫度和遙測四個p-n結(jié)溫度。

圖5。風(fēng)扇控制器/溫度傳感器集成電路也可使用PWM或一個線性模式的控制方案。

在圖4中畫是一個類似的裝置：而不是檢測一個p-n結(jié)溫度，它檢測四個結(jié)和它的自己內(nèi)部的溫度。因此內(nèi)部溫度接近周圍溫度。周圍溫度的測量給出關(guān)于系統(tǒng)風(fēng)扇是否正在適當(dāng)?shù)毓ぷ鞯闹甘尽?/p>

在圖5中顯示，控制風(fēng)扇是在遙測溫度時集成電路的主要功能。這個部分的使用能在風(fēng)扇控制的二個不同的模式之間選擇。在PWM模式中，微處理控制風(fēng)扇速度是通過改變送給風(fēng)扇的信號周期者測量溫度一種功能。它允許電力消耗遠少于這個部分的線性模式控制所提供的。因為某些風(fēng)扇在PWM信號控制它的頻率下發(fā)出一種聽得見的聲音，這種線性模式可能是有利的，但是需要較高功率的消耗和附加的電路。額外的功耗是整個系統(tǒng)功耗的一小部分。

當(dāng)溫度超出指定界限的時候，這個集成電路提供中斷微控制器的警告信號。這個被叫做過熱溫度的信號形式里，安全特征也被提供。如果溫度升到一個危險級別的時候溫控制器或軟件鎖上，警告信號就不再有用。然而，溫度經(jīng)由SMBus升高到一個水平，過熱在沒有微控制器被使用去控制電路。因此，在這個非邏輯控制器高溫中，過熱能被直接用去關(guān)閉這個系統(tǒng)電源，沒有為控制器和阻力潛在的災(zāi)難性故障。

裝置的這個數(shù)字I/O普遍使用在服務(wù)器，電池組和硬盤磁碟機上。為了增加服務(wù)器的可靠性溫度在很多的位置中被檢測：在主板（本質(zhì)上是在底盤內(nèi)部的周圍溫度），在處理器鋼模之內(nèi)，和在其它發(fā)熱元件例如圖形加速器和硬盤驅(qū)動器。出于安全原因電池組結(jié)合溫度傳感器和使其最優(yōu)化已達到電池最大壽命。

檢測依靠中心馬達的速度和周圍溫度的硬盤驅(qū)動器的溫度有兩個號的理由：在驅(qū)動器中讀取錯誤增加溫度極限。而且硬盤的MTBF大大改善溫度控制。通過測量系統(tǒng)里面溫度，就能控制馬達速度將可靠性和性能最佳化。驅(qū)動器也能被關(guān)閉。在高端系統(tǒng)中，警告能為系統(tǒng)管理員指出溫度極限或數(shù)據(jù)可能丟失的狀況。

圖6。溫度超過某一界限的時候，集成電路信號能報警和進行簡單的ON/OFF風(fēng)扇控制。

圖7.熱控制電路部分在絕對溫標(biāo)形式下，頻率與被測溫度成比例的產(chǎn)生方波的溫度傳感器

圖8。這個溫度傳感器傳送它的周期與被測溫度成比例的方波，因為只發(fā)送溫度數(shù)據(jù)需要一條單一線，就需要單一光絕緣體隔離信道。

模擬正溫度感應(yīng)器

“模擬正量”傳感器通常匹配比較簡單的測量應(yīng)用軟件。這些集成電路產(chǎn)生邏輯輸出量來自被測溫度，而且區(qū)別于數(shù)字輸入/輸出傳感器。因為他們在一條單線上輸出數(shù)據(jù)，與串行總線相對。

在一個模擬正量傳感器的最簡單例子中，當(dāng)特定的溫度被超過的時候，邏輯輸出出錯：其它，是當(dāng)溫度降到一個溫度極限的時候。當(dāng)其它傳感器有確定的極限的時候，這些傳感器中的一些允許使用電阻去校正溫度極限。

在圖6中，裝置顯示購買一個特定的內(nèi)在溫度極限。這三個電路舉例說明這個類型裝置的使用：提供警告，關(guān)閉儀器，或打開風(fēng)扇。

當(dāng)需要讀實際溫度時，微控制器是可以利用的，在單線上傳送數(shù)據(jù)的傳感器可能是有用的。用微處理器的內(nèi)部計數(shù)器，來自于這個類型溫度感應(yīng)器的信號很容易地被轉(zhuǎn)換成溫度的測量。圖7傳感器輸出頻率與周圍溫度成比例的方波。在圖8中的裝置是相似的，但是方波周期是與周圍溫度成比例的。

圖9。用一條公共線與8個溫度傳感器連接的微控制器，而且從同一條線上接收每個傳感器傳送的溫度數(shù)據(jù)。

圖9，在這條公共線上允許連接達到八個溫度傳感器。當(dāng)微控制器的I/O端口同時關(guān)閉這根線上的所有傳感器的時候，開始提取來自這些傳感器的溫度數(shù)據(jù)。微控制器很快地重新裝載接收來的每個傳感器的數(shù)據(jù)，在傳感器關(guān)閉期間，數(shù)據(jù)被編碼。在特定時間內(nèi)每個傳感器對閘口脈沖之后的時間編碼。分配給每個感應(yīng)器自己允許的時間范圍，這樣就避免沖突。

通過這個方法達到的準(zhǔn)確性令人驚訝：0.8 是典型的室溫，正好與被傳送方波頻率的電路相匹配，同樣適用于方波周期的裝置。

這些裝置在有線電線應(yīng)用中同樣顯著。舉例來說，當(dāng)一個溫度傳感器被微控制器隔離的時候，成本被保持在一個最小量，因為只需要一個光絕緣體。這些傳感器在汽車制造HVAC應(yīng)用中也是很有效，因為他們減少銅的損耗數(shù)量。溫度傳感器的發(fā)展：

集成電路溫度傳感器提供各式各樣的功能和接口。同樣地這些裝置繼續(xù)發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計師將會看見更多特殊應(yīng)用就像傳感器與系統(tǒng)接口連接的新方式一樣。最后，在相同的鋼模區(qū)域內(nèi)集成更多的電子元件，芯片設(shè)計師的能力將確保溫度傳感器很快將會包括新的功能和特殊接口。

總結(jié)

通過這些天的查找資料，我了解了很多關(guān)于溫度傳感器方面的知識。我的大家都知道溫度的一些基本知識，溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。利用溫度所創(chuàng)造出來的傳感器即溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。并且從資料中顯示溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，在本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。

這些天,我通過許多的資料了解到兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點互相連接在一起，對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測量這個電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱它為“熱電偶”。我查找的資料顯示數(shù)據(jù):不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間。

熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。

溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。溫度計通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測量120K以下溫度的低溫溫度計得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學(xué)溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉取５蜏販囟扔嬕蟾袦卦w積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件，可用于測量1.6～300K范圍內(nèi)的溫度。

非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可以用來測量運動物體、小目標(biāo)還有熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可以用于測量溫度場的溫度分布。資料顯示，最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法、輻射法和比色法。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體所測溫度才是真實溫度。如果想測定物體的真實溫度，就必須進行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取絕于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)連，因此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中我發(fā)現(xiàn)往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當(dāng)困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實測溫度進行相應(yīng)的修正，最終可得到被測表面的真實溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，這樣才能提高有效發(fā)射系數(shù)。至于氣體和液體介質(zhì)真實溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與介質(zhì)達到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即是介質(zhì)溫度）進行修正而得到介質(zhì)的真實溫度。現(xiàn)在，我通過這些天的努力，了解了很多溫度傳感器及其相關(guān)的一些傳感器的知識。他們在我們生活中的應(yīng)用及其廣泛，我們只有加緊的學(xué)習(xí)加緊的完成自己所學(xué)專業(yè)的知識，了解相關(guān)的最新信息，我們才能跟上科技前進的步伐。

參考文獻：

【1】劉君華.智能傳感器系統(tǒng).西安電子科技大學(xué)出版社,1993.3 【2】張富學(xué).傳感器電子學(xué).國防工業(yè)電子出版社,1992.6 【3】王家楨等.傳感器與變送器[M].北京清華出版社1996.5 【4】張正偉.傳感器原理與應(yīng)用[M].中央廣播電視大學(xué)出版社,1991.3 【5】樊尚春.傳感器技術(shù)及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社,2004.8 【6】趙負圖.現(xiàn)代傳感器集成電路.人民郵電出版社,2000.8 【7】謝文和.傳感器技術(shù)及應(yīng)用.高等教育出版社,2004.7 【8】趙繼文.傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計[M].科技出版社,2002.6 【9】陳杰,黃鴻.傳感器與檢測技術(shù).高等教育出版社,2002.3 【10】黃繼昌,徐巧魚,張海貴等.傳感器工作原理及應(yīng)用實例.人民郵電出版社,1998.6

第四篇：水箱加熱系統(tǒng)的PLC溫度控制課程設(shè)計

水箱加熱系統(tǒng)的PLC溫度控制課程設(shè)計

目 錄

一、前 言 1

1.可編程序控制器的概述

2．FX2N系列PLC簡介 2

3．特殊功能模塊 2

4.調(diào)功器 3

5.溫度變送器 3

二、系統(tǒng)設(shè)計 4

1．系統(tǒng)設(shè)計要求 4

2．系統(tǒng)硬件設(shè)計 4

2.1． 水箱溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 4

2.2． 輸入輸出點數(shù)的分配表 5

2.3． 相關(guān)元器件的選型 5

2.4． PLC的外部接線原理圖 6

3．系統(tǒng)軟件設(shè)計 7

3.1． 模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系 7

3.2． 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計 7

3.3． 系統(tǒng)梯形圖 8

3.4． 系統(tǒng)指令表 9

3.5． 系統(tǒng)實時監(jiān)控圖 10

三、總 結(jié) 12

四、附 錄 13

4.1.課題介紹 13

4.2.控制要求 13

第一章 前 言

1.1 可編程序控制器的概述

隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場這一需求迅速做出反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。可編程控制器就是順應(yīng)這一需要出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。編程控制器不僅可以按事先編好的程序進行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。

國際電工委員會（IEC）于 1982年11月和 1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”。可編程序控制器（PLC）主要由CPU模塊、輸出模塊和編程器組成。PLC的特殊功能模塊能完成某些特殊的任務(wù)。從使用方式PLC分為： 1）整體式PLC（又稱單元式或箱體式）整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個機箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)；2）模塊式PLC，將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)3）PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。

2.2 FX2N系列PLC簡介

本次設(shè)計中，我們將采用FX2n系列PLC,FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。Q4AR系列為雙機熱備系列，最大輸入輸出點數(shù)為8192點。A系列PLC的最大輸入輸出點數(shù)為2048點。F系列程控器的最大輸入輸出點數(shù)為256點。三菱小型 FX 2（N）系列程控器的輸入輸出點最大不超過256點。每臺主機可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過8個。FX系列在日本三菱的姬路制作所生產(chǎn)。三菱姬路制作所累計已生產(chǎn)超過三百萬臺 FX系列 PLC。目前FX系列PLC為中國內(nèi)地銷量最多的小型PLC。FX2n系列PLC是該系列中功能最強、速度最快的微型PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列 PLC 的特點超高速的運算速度 0.08微秒.比FX2的0.48微秒快六倍.容量極大8K步(最大16K步).比FX2大四倍.機體小型化 比FX2小50%.兼容FX2的編程設(shè)計.備有多種不同的FX2N擴展單元及特殊模塊.殊功能模塊

在工業(yè)控制中，某些輸入量（例如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是連續(xù)變化的模擬量，某些執(zhí)行機構(gòu)要求PLC輸出模擬信號，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流和電壓。其中，D/A轉(zhuǎn)換器將PLC的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機構(gòu)。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)就是完成A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計選用模擬量輸入模塊FX2N-4AD，該模塊用4個12位模擬量輸入通道，輸入量程為DC-10V??+10V和4—20MA，轉(zhuǎn)換速度為15MS/通道或6MS/通道（高速）。

2.4 調(diào)功器

調(diào)功器是應(yīng)用晶閘管（又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負載功率的盤裝功率調(diào)整單元。

在電子設(shè)備中起重要作用的晶閘管（也稱可控硅，英文縮寫SCR）被廣泛用于各類生產(chǎn)部門，正在成為自動化、高效化不可缺少的裝置。在最新的溫度控制中晶閘管的利用明顯的普及起來。但在國內(nèi)對其有不同的叫法，如晶閘管調(diào)整器、可控硅調(diào)整器、晶閘管控制器、可控硅控制器、晶閘管調(diào)壓器、可控硅調(diào)壓器、晶閘管調(diào)功器、可控硅調(diào)功器、調(diào)壓器、調(diào)功器、晶閘管交流電力控制器、可控硅交流電力控制器、電力調(diào)整器、電力控制器、電壓調(diào)整器、電壓控制器等。

2.5 溫度變送器

溫度變送器，專應(yīng)于熱電阻或熱點偶，講溫度轉(zhuǎn)換成4-20MA的電流信號。

至于要不要加模塊，要看接受的控制器對于輸入信號是0-10V還是4-20MA。一般現(xiàn)在的控制器，都直接配有相應(yīng)的溫度變送器模擬量輸入模塊，如溫控器，PLC的熱電阻模擬量模塊等

溫度變送器的作用是與熱電偶或熱電阻配合，將溫度或溫差信號轉(zhuǎn)換成4—20毫安的統(tǒng)一的直流電信號，并將這些信號輸送給調(diào)節(jié)器或顯示儀表。PT100的熱電阻輸出的是電阻信號，變送器輸出的是毫安信號，溫度變送器0-100度與0-150度最大值時輸出電流均為20MA，所以當(dāng)溫度同為100度時，0-100度的變送器輸出電流為20MA，而0-150度的變送器輸出電流為14-15MA左右。所以在不改變接收裝置參數(shù)的情況下它們不可以互換。

第二章 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求

本系統(tǒng)的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為0~100℃。溫度變送器變換為4~20mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調(diào)功器發(fā)出控制信號，從而達到控制水箱溫度的目的

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數(shù)為1/3點。選用FX系列PLC, 輸入輸出點數(shù)的分配如表2-1所示，由于系統(tǒng)必須對溫度信號進行采集和控制，還必須使用到模擬量輸入/輸出模塊FX-4AD模塊、晶閘管跳功模塊、溫度變送器。

2.2.1水箱溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：

該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，刮號中的部分即用FX系列的PLC和模擬量FX-4AD模塊實現(xiàn)；用熱電偶檢測水箱溫度，溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流送給模擬量輸入模塊，經(jīng)過PLC的內(nèi)部處理將模擬量轉(zhuǎn)化成可識別的數(shù)字量與設(shè)定值比較處理，在將控制信號作用于控制調(diào)功器上，以此來控制水箱中電熱管的開關(guān)情況，實現(xiàn)對水箱溫度的閉環(huán)控制。

2.2.2 輸入輸出點數(shù)的分配表

表2-1 輸入和輸出點分配表

2.2.3 相關(guān)元器件的選型

表2-2 元器件明細表

2.2.4 PLC的外部接線原理圖

PLC的外部接線原理圖

圖2-4 PLC的外部接線原理圖

第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系

轉(zhuǎn)化時應(yīng)綜合考慮變送器的輸出、出入量程和模擬量輸入模塊的量程，找出被測物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

根據(jù)系統(tǒng)要求，所要測量的溫度量程為0-100C,所對應(yīng)的數(shù)據(jù)量為0-2000，由此可根據(jù)公式：

測量溫度=(100*D0/2000)C=0.05D0C

其中，D0為PLC轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字量

3.2 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計

PLC梯形圖

3.4 系統(tǒng)指令表

3.5 系統(tǒng)實時監(jiān)控圖

監(jiān)控圖3

第三章 總 結(jié)

兩周的PLC課程設(shè)計對我收益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識和全面地掌握了PLC編程和調(diào)試技術(shù)，讓我將平常學(xué)的PLC編程及應(yīng)用方法學(xué)以致用，使我的PLC編程能力有了很大提高和進步，讓我對PLC應(yīng)用有了深入細致的了解。

第一、二周，我們尋找有關(guān)的資料和課題小組成員間一起交流看法和討論設(shè)計方案，進行設(shè)計的總體規(guī)劃，理清課程設(shè)計思路。但是將這些具體的方案落實到每一個設(shè)計環(huán)節(jié)和步驟中，難免會出現(xiàn)意想不到錯誤，這就需要我們在進行設(shè)計的過程中利用所掌握的知識認(rèn)真排查錯誤原因，多方面的思考問題的關(guān)鍵不斷地改正自己的設(shè)計不足之處和錯誤。

第三、四周，對硬件電路的工作原理和可編程知識的掌握是進行下一步的軟件設(shè)計的關(guān)鍵。進入了軟件設(shè)計方案和具體的編程和調(diào)試運行階段。在這個階段中，對系統(tǒng)的需求分析和如何采用模塊化設(shè)計思想是設(shè)計方案主要解決的問題。在這一周遇到最大的問題就是如何實現(xiàn)閉環(huán)方法來實現(xiàn)溫度控制，在沒有任何有價值的參考資料的情況下，通過不斷地設(shè)計嘗試和反復(fù)地設(shè)計調(diào)試初步解決了問題。但是也存在了設(shè)計上的不足之處。需要用到模擬量的輸入/輸出模塊，而且所編程序也和課堂上老師所講完全不一樣，給我們的課題制作帶來了很大的困難。但是我們還是通過查閱資料，詢問老師按時完成了我們的課題。

四周的PLC編程及應(yīng)用的課程設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己在這方面的學(xué)習(xí)還需要不斷的加深。通過這段時間的學(xué)習(xí)認(rèn)識，對溫控閉環(huán)的系統(tǒng)有了一個整體的認(rèn)識，熟悉各種器件和軟件應(yīng)用。在這里，本次設(shè)計中感謝兩位指導(dǎo)老師對我的幫助。

4、附 錄

4.1.課題介紹

本系統(tǒng)的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為0~100℃。溫度變送器變換為4~20mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調(diào)功器發(fā)出控制信號，從而達到控制水箱溫度的目的。

4.2.控制要求

設(shè)計PLC模擬量輸入輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水箱的自動

調(diào)節(jié)和控制。根據(jù)控制對象的用途、基本結(jié)構(gòu)、運動形式、工藝過程、工

作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。繪制水箱加熱系統(tǒng)的PLC位式溫度控制系統(tǒng)的電氣原理圖、控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。選擇電器元件，列出電器元件明細表。編寫設(shè)計說明書。

第五篇：課程設(shè)計--溫度超限報警裝置設(shè)計

題目: 溫度超限報警裝置設(shè)計

班 級 學(xué)生姓名 實習(xí)時間

課程設(shè)計報告

——溫度超限報警系統(tǒng)設(shè)計

一、設(shè)計目的：

1、掌握熱電式傳感器工作原理并了解熱敏電阻與溫度變化的關(guān)系；

2、熟練應(yīng)用直流電橋，放大器等基本電路；

3、自擬電路，充分體會熱電式傳感器的實際應(yīng)用；

4、學(xué)習(xí)使用PROTEUS系統(tǒng)進行電路仿真，PROTEL軟件繪制原理圖。

二、設(shè)計內(nèi)容：

溫度上下限報警系統(tǒng)的設(shè)計

三、設(shè)計要求：

1、溫度高于80攝氏度時，紅燈亮，并發(fā)出鳴叫聲。

2、溫度低于30攝氏度時，綠燈亮。

3、在30攝氏度到80攝氏度之間，兩個燈都不亮。

四、器件選擇：

使用工具：直流穩(wěn)壓電源（5V）一臺、電烙鐵一把、萬用電路板一塊、泰坦萬用表一臺、溫度計一個、加熱杯一個

元件選擇：熱敏電阻NTC 5D-11一個（負溫度系數(shù)）、放大器LM324一個、C9013兩個、紅色發(fā)光二極管一個、綠色發(fā)光二極管一個、蜂鳴器一個、100歐電阻四個、10歐電阻兩個、10K歐電阻三個、470歐電阻兩個、390歐電阻兩個、導(dǎo)線若干

五、設(shè)計思路：

溫度上下限的確定：根據(jù)熱敏電阻對于不同溫度有不同的電阻值的特性來得到。通過實際側(cè)量，得到所要求溫度上下限對應(yīng)的電阻值（本次使用的熱敏電阻為負溫度系數(shù)即溫度越高阻值越低）。

電路的實現(xiàn)：主要通過NTC傳感器的作用，將溫度引起的阻值變化轉(zhuǎn)化為電勢的變化，再經(jīng)過集成運算放大器來控制輸出，從而得到對溫度上下限的控制。最后經(jīng)過后續(xù)電路，完成亮燈和報警系統(tǒng)。

電路整體的組成如圖所示：

六、設(shè)計原理：

1、熱敏電阻：

熱敏電阻的基本特性是電阻—溫度特性。我們使用的熱敏電阻為負溫度系數(shù)熱敏電阻，特別適用于-100~300℃之間測溫，在較小的溫度范圍內(nèi)，其電阻-溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，即隨著溫度的升高阻值不斷減小。由于熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其中的載流子數(shù)目是隨溫度的升高按指數(shù)規(guī)律迅速增加的。載流子數(shù)目越多，導(dǎo)電能力越強，其電阻率也就越小，因此熱敏電阻的電阻值歲溫度的升高將按指數(shù)規(guī)律迅速減小。這和金屬中自由電子的導(dǎo)電機制恰好相反，金屬中的電阻值是隨著溫度的上升而緩慢增大的。熱敏電阻有正溫度系數(shù)，臨界溫度系數(shù)與負溫度系數(shù)之分，本實驗所用的101為負溫度系數(shù)（NTC）,在較小的溫度范圍內(nèi)，其電阻-溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，可表示為RT=?e

?T式中，RT為溫度為T時的電阻值，?與β為與半導(dǎo)體性能有關(guān)的常數(shù)，T為熱敏電阻的熱力學(xué)溫度。經(jīng)實際測量，30攝氏度時熱敏電阻阻值達到95歐姆，而80攝氏度時達到22歐姆。

2、集成運算放大器

我們采用了LM324四運放集成電路。它采用14腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用以外，四組運放相互獨立。每一組運放都可以用圖一所示的符號來表示，它共有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號出入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“V0”為輸出端。兩個信號輸入端中，V-（-）為反相入端，表示運放輸出端V0的信號與該輸入端的相位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運放輸出端V0的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。

（圖一）

（圖二）

當(dāng)去掉運放的反饋電阻，或者說反饋電阻趨于無窮大時（即開環(huán)狀態(tài)），理論上認(rèn)為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大，此時運放變成、形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-）。當(dāng)正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，運放輸出高電平。

我們選擇第一組與第二組進高低溫比較：當(dāng)環(huán)境溫度高于80℃時，5管腳電位高6管腳電位，7管腳輸出高電平，C9013導(dǎo)通，紅燈亮且蜂鳴響，否則紅燈不亮蜂鳴不響；當(dāng)環(huán)溫度低于30℃時，3管腳電位高于2管腳電位，1管腳輸出為高電平，C9013導(dǎo)通，綠燈亮，否則輸出綠燈不亮。

3、報警裝置：

我們采用了蜂鳴器與紅色發(fā)光二極管并聯(lián)的方式接入電路中，當(dāng)紅色二極管亮?xí)r蜂鳴響，實現(xiàn)高溫報警。

七、制作步驟：

1、仿真

電路基本設(shè)計出來后，在計算機上用PROTEUS系統(tǒng)仿真軟件實現(xiàn)仿真。對元器件的取值應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計的電路及實際情況來確定，以減少在硬件操作時的麻煩。以下為仿真后的截圖效果：

2、電路板設(shè)計

我們先在面包板上連接好電路，控制傳感器溫度，使溫度上下限確定位在30℃及80℃。

焊接前對萬用電路板進行了電路設(shè)計，以整潔美觀為原則。對布線，元件的放置都有明確位置。

3、焊接

嚴(yán)格按照上圖所示連接電路圖，LM324的4腳接+5V，11腳接地。焊接時應(yīng)注意以下幾個方面：

（1）發(fā)光二極管的極性不能搞混，腳長的一端為正極，另一端為負極。或使用萬用表測量。

（2）LM324不能直接焊接在電路板上，那樣的話既不容易調(diào)試，還容易燒壞片子，應(yīng)焊接8腳的集成電路管座，在焊接完成后將LM324插于管座上。

（3）揚聲器的極性已標(biāo)出，注意不能反接。

（4）

焊接完成后的電路基本不用調(diào)試，用給NTC傳感器加熱，其電阻發(fā)生變化，使管腳2、3與管腳5、6的電壓發(fā)生變化，從而使LM324的第一組或第二組導(dǎo)通或截止，進而實現(xiàn)紅燈或綠燈亮，實現(xiàn)溫度超限報警。

八、心得體會：

在此次為期兩周的課程設(shè)計中，我覺的自己在很多個方面都獲得了較為顯著的提高。

首先是對理論知識的理解。通過自身對傳感器的設(shè)計、仿真、組裝，將在課堂上學(xué)到的理論知識用以解決這一系列過程當(dāng)中出現(xiàn)的種種問題。不僅使理論正確的指導(dǎo)了實踐，更在實踐的過程中深化了對理論的認(rèn)知，真正將課堂上的知識變?yōu)榱俗约旱摹?/p>

其次是團隊合作與交流能力。在這次的實習(xí)中采取了以小組為單位的合作形式，這就需要小組中的每個成員都要有一個明確的分工。我在小組中主要負責(zé)電路的設(shè)計與焊接，但這個過程并非只由我一人完成，小組的其他成員也給了我很大的幫助。整個設(shè)計、制作過程也可以說是一個互相交流的過程。例如，在設(shè)計的最初我采用了課本里出現(xiàn)過的一個電路，但在仿真的過程中卻發(fā)現(xiàn)無法實現(xiàn)設(shè)計所要求的功能，之后我便和其他同伴互相交流了各自的想法，認(rèn)定此電路只能實現(xiàn)部分要求。隨后我們重新設(shè)計了新的電路并成功的進行了仿真。之后的焊接與調(diào)試同樣是在小組成員默契的配合與坦誠的交流中逐步完成的。

再次是展示自我的能力。由于這次的實習(xí)添加了答辯的環(huán)節(jié)，因此也就給了我們一個展現(xiàn)自己的舞臺。我們闡述自己的設(shè)計原理并對自己在整個過程中的工作進行總結(jié)，這對我們每一個人而言都是一種新的體驗。也為我們在更大的舞臺上展示自己打下了基礎(chǔ)。

總而言之，這次的課程設(shè)計確實使我受益匪淺，為以后的學(xué)習(xí)和工作都奠定了堅實的基石。

——吳航航

回顧進行課程設(shè)計的這段時間，我們共同親身見證了實驗作品的成功誕生：在設(shè)計電路的過程中我們遇到了許多問題，但經(jīng)過我們的共同努力各個擊破，一開始拿到設(shè)計題目時，只知道使用熱敏電阻來實現(xiàn)，但就其電阻與溫度的變化關(guān)系并不清楚，所以只能采取實際測量的方法確定在30、80攝氏度使得阻值來實現(xiàn)仿真。但在實際硬件操作中出現(xiàn)了誤差，在不到低于30攝氏度時綠燈就暗了，這就需要我們重新更換電阻，調(diào)節(jié)使其接近理想值。

通過這次課程設(shè)計我也收獲了許多：首先，針對溫度上下限報警系統(tǒng)的設(shè)計，我和小組成員一起共同經(jīng)歷了從一頭霧水、毫無頭緒到最終制作出比較精確的、達到設(shè)計要求的作品這樣一個過程，并從中體會到團隊的合作以及成功的喜悅。其次，我認(rèn)為這次課程設(shè)計最困難的地方也是收獲最大的一點就是使用PROTEUS系統(tǒng)進行電路的仿真以及PROTEL軟件繪制原理圖。之前從來沒有接觸過這樣的軟件，不懂如何使用。經(jīng)過翻閱資料，同學(xué)的指導(dǎo)，初步的掌握了仿真軟件的使用，并可以進行一些較為簡單的電路仿真，同時我也意識到測控專業(yè)的學(xué)習(xí)離不開這些工具軟件的輔助，接下來，我也會進一步學(xué)習(xí)，爭取熟練掌握仿真軟件的使用。再次，我感覺進行課程設(shè)計一方面提高了我們的動手能力，理論與實際相結(jié)合；另一方面通過答辯環(huán)節(jié)，鍛煉我們的口語表達，如果不能很好的表達，設(shè)計的再出色，也很難得到他人的認(rèn)可。

總之，這次課程設(shè)計是我今后學(xué)習(xí)工作的一個很好的教材。

——李園園 這一次的課程設(shè)計一共持續(xù)了兩周，我覺得我在這段時間內(nèi)學(xué)到了很多的東西，這一次的實驗主要是針對傳感器來設(shè)計一定的電路，我們的實驗要求是用熱敏電阻設(shè)計出有溫度上下限的報警系統(tǒng)。

剛拿到這個課題的時候，我不知道該從何下手，上這門課的時候我們都是在學(xué)一些理論知識，對于我還不知道該怎么把理論應(yīng)用于實際中。我們小組的成員經(jīng)過討論后決定先查一些相關(guān)的資料，應(yīng)該先了解一下老師，給我們提供的元器件，然后才能根據(jù)元器件設(shè)計出符合要求的電路。當(dāng)我們有了一定的設(shè)計思路的時候，我們利用仿真軟件對我們的電路進行仿真，看我們的思路是否可行。在這個過程中我們學(xué)會了如何使用仿真軟件。在焊接電路的時候，我們小心的焊接盡量不讓兩個焊點連接到一起。而且在布線的時候，盡量不要讓兩根線重疊在一起，這樣才可以保證清晰和美觀。由于實際和理論之間是有差別的，在仿真的時候我們曾確定過電阻的阻值，但應(yīng)用到實際的時侯出現(xiàn)了偏差，不能在30度和80度的時候紅燈或綠燈放生準(zhǔn)確的變化，我們經(jīng)過討論最后決定用電阻串并聯(lián)實現(xiàn)，所以我們的最后結(jié)果還是比較成功的。

從這次的課程設(shè)計中我學(xué)到了好多的東西：首先，我學(xué)會了怎么樣去用仿真軟件去畫電路圖，明白了作為一個工科生，我們不能只學(xué)習(xí)書上的知識就覺得足夠了，我們要充分的利用好課余時間，把握好機會去多接觸些實際模型，爭取做到理論與實際相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式。其次，我懂得了團隊合作精神的重要，在這次試驗中，我們每個人都付出了好多的努力，我知道，從設(shè)計電路到最后焊接的成功，一個人是不能完成的。在整個實驗的過程中我們小組的成員都可以做到互相幫助，互相學(xué)習(xí)。我覺得這就是所謂的團隊精神，我相信這也是實驗的一個要求與目的吧。總之我在這個實驗中是受益匪淺的，我相信給我以后的生活和學(xué)習(xí)帶來很多幫助。

——裴佩

九、參考文獻：

《傳感器與傳感器技術(shù)》

科學(xué)出版社

何道清

2006年

《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》 高等教育出版社

《傳感器應(yīng)用及其電路精選》電子工業(yè)出版社

康華光

張福學(xué)

2004年 1992年