044 智能多路温度巡检仪样本
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本设计包含内容：源代码+毕业论文
论文大概：
 
 

 

目    录
摘要 2
Abstract 3
第一章 引言 4
第二章,系统硬件组成结构和原理 4
2．1,信号检测部分 5
2．2,八路模拟开关 6
2．3,AD转换部分 7
2．4,译码显示部分 10
2.5,键盘部分 13
2.6,通讯部分 14
2.6.1 外围部分 14
2.6.2 单片机串行接口工作方式 16
2．7,电源电路部分和复位电路部分 21
第三章,画图工具 PROTEL 99SE 23
3．1,基本概况 23
3．2,PCB基本特性 23
3．3,布线时的注意事项 25
第三章,系统程序结构 27
第四章,结论 29
参考文献 30
附件 31
1 摘要
本文介绍了一种经济实用的八通道温度巡回检测系统,该系统原理简单,结构典型,成本低廉,适用于需要多点测温的场合,广泛应用于工业生产和人们日常生活中,并显示出了巨大的经济可靠的优越性。本文对系统中的各个组成部分的原理、功能、线路图、包括芯片的功能,封装,接线,各个组成模块的原理作了一个详细的介绍,并且简单介绍了设计软件工具PROTEL 99的使用步骤和PCB设计的方法,最后介绍了该系统的软件部分的设计思想。

关键字：铂电阻,单片机,AD转换,通讯

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Abstract
This text introduced a kind of economy practical eight passage temperatures cruise which examine the system to and pro, the system's simple principle, typical construction, cheap cost, being applicable to that demand order situation more to measure the temperature,which is extensive apply to produce in the industry and in the daily life, and show their enormous economy  superiority and their liability.This text constitutes part of principle, function, circuits diagram and include a the chips functions to each one in the system, sealing to pack, connecting the line, each one constitutes an usage for of principle making a detailed introduction, and in brief introducing designing software and design tool--PROTEL with method of PCB design, introduced software part of designs method of this system finally.

Keywords:Pt100,Microcontroller Unit,AD Converter,Communication

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 第一章 引言
铂热电阻温度传感器具有精度高,测温范围宽,使用方便等优点,在工业过程控制和测量系统中得到了广泛的应用。在-200~0℃,铂电阻与温度的关系为Rt=Ro[1+At+Bt2+C(t-100°C)t3],在0~850°C范围内,铂电阻与温度的关系为Rt=Ro[1+At+Bt2]
式中,Rt——温度为t时的电阻值；Ro——温度为0℃时的电阻值。铂电阻的温度分度见下表。但铂电阻的阻值变化与对应的温度变化为非线性。温度偏离0℃越大,非线性程度越大。因而必须进行线性校正,所谓线性校正,是使铂电阻调理电路的输出量(通常指电压)与温度变化成正比。根据我们的工作实践,对引线电阻消除的方法和用正反馈实现铂电阻的非线性校正,并用这些方法在工程应用上取得了满意的效果。
 
                     图为铂电阻温度分度表
3 第二章,系统硬件组成结构和原理
本系统由温度信号检测系统,A/D变换部分,键盘控制,译码显示,通信和电源部分组成,其系统如图一所示。
                              图一
3.1 2．1,信号检测部分
  信号检测有一桥路,一集成运放,和一个正反馈电路组成原理图如图所示
                                    图二
图中,JP1置一铂电阻,JP1,RA2,RA3,RA4共同组成一个桥路,ZA1为一电位器,调节桥路使之平衡,DA1是一个稳压源,RA1限流和分压。RA5,RA6,RA7,RA8和集成运放组成一个差分放大电路,放大倍数为RA5/RA7,而且这里要求RA5/RA7=RA6/RA8,ZA3可以调节放大倍数,RA9为一个正反馈,可以消除铂电阻因温度升高而引起的非线形失真,ZA2调节输出电压,CA3滤波,CA2稳压和滤波。
图中所示的集成运算放大器用的芯片LM324,它的内部结构如图三所示。                            
                       图三（324内部结构图）
它的封装和接线如图四所示：从图中可知,它有四组集成运放,并且要外界提供正负电源,本系统用+5V和-5V电源,因为本系统中输出电压要求不大于2V。
 
                          图四（324封装图）

3.2 2．2,八路模拟开关
  八路模拟开关用4051芯片,他的原理如下图五：

                           图五（右侧是4051的功能表）
VT1—VT8为八路模拟输入信号,A15—A13接单片机,由单片机编程选择八路中的某一路,3脚将模拟信号输出进行AD转换。
3.3 2．3,AD转换部分
    MC14433是一种双积分型AD转换器,它的工作原理如下：
    如图六所示,开关先接通输入电压Vt,积分器对Vt定时积分,当定时T0到时,控制逻辑使K转接基准电压Vr并让计数器工作,前一段积分电压作为初值,以Vr所决定的斜率放电,放到零时比较器翻转,并控制计数器停止计数。第一阶段K合到Vi上,积分器输出Vh为：
积分器输出Vh与模拟输入电压Vi的平均值成正比。
第二阶段K打到Vr上,积分器对Vr进行反向积分,直到积分器输出为零,即：
 
  由于Vr和T0为已知常数,因此反向积分时间间隔Tt与输入电压字T0时间间隔内的平均值成反比。
   
图六（双积分型AD转换器的工作原理）
图七为MC14433的的逻辑框图,它的引脚功能如下：
    VDD：主电源,+5V          VEE：模拟部分的负电源,接-5V     
    Vss：数字地                 Vr：基准电压输入线,200mV或2V
    Vx： 被测电压输入线,最大为199.9mV 或1.999V
    Vag：Vr和Vx的地（模拟地）
    RI：积分电阻输入线,当Vx量程为2V时,RI取470K,当Vx量程为200Mv时,RI取27K
CI：积分电容输入线,去0.1Uf
    RI/CI：RI和CI的公共连接端
    C01,C02：接失调补偿电容,值约0.1uF
    CLKI,CLKO：外接震荡器时钟调节电阻Rc,其典型值是300K,时钟频率随Rc值上升而下降
    EOC：转换状态输出线,EOC是一宽为 0.5周期的正脉冲
    OR：过程量状态输出线,低电平有效,当|Vx|>Vr时时它有效
 
图七,MC14433逻辑框图

图八,MC14433选通脉冲时序图

 

在本系统中我们将用到定时器T1,设置TMOD=0X20,而串口则工作在模式1,设置SCON=0X50,下面我们来看一下模式1的功能：
 

4 2．7,电源电路部分和复位电路部分
在该系统中需要用到+5V的直流稳压,在我们的生活中一般都是使用220的交流电,为了获得高质量的5V直流稳压电源,这就需要我们进行电压转化。
这里的滤波是为了滤去外界电源输入带来的一些不稳定的因素,比如说纹波的影响,而用一个大电容和一个小电容的组合,是为了分别滤去低频或高频的纹波。
  电源部分的电路如图二十一所示：
 
                         图二十一 ,电源部分原理图   
（1） 图中八个二极管组成两个桥路,它能把电源输入的交流信号变成直流信号；
（2） 图中的电容C1,C2,C3,C4,C7,C8,C9,C10起滤波作用,C1,C2,C7,C8还有平缓波形的作用。
（3） 7805能将电源输入的8V交流经桥路后,产生5V直流信号。7812能将电源输入的16V交流经桥路后,产生12V直流信号。
（4） 专用芯片7660能将正5V的信号转换成-5V,它的内部结构和典型电路如图二十二所示：
 
                         
                     图二十二,7660的内部结构图和封装
  
在系统中,有时会出现程序跑飞而导致显示不正常,也为了调试方便,我们需要设计一个复位电路,在系统中,复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成,也可使用其他的相对复杂,但功能更完善的电路。本系统采用的电路如图二十三所示:
我们知道,单片机是上电复位,当K5未合上时,REST输出为低电平,当合上时,因为RR1电阻约200欧姆,而RR2为1K,所以REST输出为高电平.
 
                          图二十三,复位部分原理图
4.1 
4.2 
4.3 3．3,布线时的注意事项
1. 单面焊盘：不要用填充块来充当表面贴装元件的焊盘,应该用单面焊盘,通常情况下单面焊盘不钻孔,所以应将孔径设置为0。
2. 过孔与焊盘：过孔不要用焊盘代替,反之亦然。
3. 文字要求：字符标注等应尽量避免上焊盘,尤其是表面贴装元件的焊盘和在Bottem层上的焊盘,更不应印有字符和标注。如果实在空间太小放不了字符而需放在焊盘上的,又无特殊声明是否保留字符,我们在做板时将切除Bottem层上任何上焊盘的字符部分（不是整个字符切除）和切除TOP层上表贴元件焊盘上的字符部分,以保证焊接的可靠性。大铜皮上印字符的,先喷锡后印字符,字符不作切削。板外字符一律做删除处理。
 
                     图二十四
4. 阻焊绿油要求：A. 凡是按规范设计,元件的焊接点用焊盘来表示,这些焊盘（包括过孔）均会自动不上阻焊,但是若用填充块当表贴焊盘或用线段当金手指插头,而又不作特别处理,阻焊油将掩盖这些焊盘和金手指,容易造成误解性错误。
B. 电路板上除焊盘外,如果需要某些区域不上阻焊油墨（即特殊阻焊）,应该在相应的图层上（顶层的画在Top Solder Mark层,底层的则画在Bottom Solder Mask 层上）用实心图形来表达不要上阻焊油墨的区域。比如要在Top层一大铜面上露出一个矩形区域上铅锡,可以直接在Top Solder Mask层上画出这个实心的矩形,而无须编辑一个单面焊盘来表达不上阻焊油墨。
C．对于有BGA的板,BGA焊盘旁的过孔焊盘在元件面均须盖绿油。
5. 铺铜区要求：大面积铺铜无论是做成网格或是铺实铜,要求距离板边大于0.5mm。对网格的无铜格点尺寸要求大于15mil×15mil,即网格参数设定窗口中Plane Settings中的(Grid Size值)-(Track Width值)≥15mil,Track Width值≥10,如果网格无铜格点小于15mil×15mil在生产中容易造成线路板其它部位开路,此时应铺实铜,设定:(Grid Size值)-(Track Width值)≤-1mil。
6. 外形的表达方式:
外形加工图应该在Mech1层绘制,如板内有异形孔、方槽、方孔等也画在Mech1层上,最好在槽内写上CUT字样及尺寸,在绘制方孔、方槽等的轮廓线时要考虑加工转折点及端点的圆弧,因为用数控铣床加工,铣刀的直径一般为φ2.4mm,最小不小于φ1.2mm。如果不用1/4圆弧来表示转折点及端点圆角,应该在Mech1层上用箭头加以标注,同时请标注最终外形的公差范围。
7. 焊盘上开长孔的表达方式：应该将焊盘钻孔孔径设为长孔的宽度,并在Mech1层上画出长孔的轮廓,注意两头是圆弧,考虑好安装尺寸。
8. 金属化孔与非金属化孔的表达：一般没有作任何说明的通层（Multilayer）焊盘孔,都将做孔金属化,如果不要做孔金属化请用箭头和文字标注在Mech1层上。对于板内的异形孔、方槽、方孔等如果边缘有铜箔包围,请注明是否孔金属化。常规下孔和焊盘一样大或无焊盘的且又无电气性能的孔视为非金属化孔。
9. 元件脚是正方形时如何设置孔尺寸：一般正方形插脚的边长小于3mm时,可以用圆孔装配,孔径应设为稍大于（考虑动配合）正方形的对角线值,千万不要大意设为边长值,否则无法装配。对较大的方形脚应在Mech1绘出方孔的轮廓线。
10. 当多块不同的板绘在一个文件中,并希望分割交货请在Mech1层为每块板画一个边框,板间留100mil的间距。
11.钻孔孔径的设置与焊盘最小值的关系：一般布线的前期放置元件时就应考虑元件脚径、焊盘直径、过孔孔径及过孔盘径,以免布完线再修改带来的不便。如果将元件的焊盘成品孔直径设定为X mil,则焊盘直径应设定为≥X+18mil。
D 焊盘铜箔,δ 基材, X 孔, d 孔的剖面图
X：设定的焊孔径(我公司的工艺水平,最小值0.3mm)。
d：生产时钻孔孔径（一般等于X+6mil）
D：焊盘外径
δ：（d-X）/2：孔金属化孔壁厚度
过孔设置类似焊盘：一般过孔孔径≥0.3mm,过孔盘设为≥X+16mil。
12..建议值：线宽≥8mil ,线距≥8mil ,焊盘与线间距≥8mil ,焊盘与焊盘间距≥8mil,字符线宽≥8mil ,字符高度≥45mil。
极限值 ：线宽5mil ,线距5mi,焊盘与线间距5mil,焊盘与焊盘间距5mil,字符线宽 6mil ,字符高度 35mil 。
13．成品孔直径（X）与电地隔离盘直径（Y）关系：Y≥X+42mil,隔离带宽12mil。
以上参数的下限值为工艺极限,为了更可靠请尽量略大于此值。