1、電氣控制與檢測技術課程設計電氣控制與檢測技術課程設計院校：沈陽農業大學學院:信息與電氣工程學院專業：06電氣工程及其自動化學號：姓名：設計智能溫度測量系統l=jw摘 要:在現代化的工業生產中，溫度是常用的 測量及被控參數。采用51單片機來對溫度進行測 量，不僅控制方便、組態簡單靈活，還能夠大大降 低成本。據此介紹了一種溫度傳感器選用AD592、 單片機選用AT89C52的溫度測量系統，并詳細 介紹了該系統的硬件電路及軟件設計。該系統的溫 度測量范圍為-25C- +105C,可以精確到一位小 數，體積小、成本低、工作可靠，可適用于工業場 合及日常生活中。l=jwl=Jw關鍵詞:溫度測量;溫度傳感

2、器;單片機;硬件電路; 軟件設計l=Jwl=Jw本文介紹了一種溫度傳感器選用AD592、單片機 選用AT89C52的溫度測量系統。該系統的溫度測 量范圍為-25C +105C,可以精確到一位小數，可 適用于工業場合及日常生活中。l=Jw1系統結構1.1整流電路考慮到供電電源是220V交流電，而本系統需要低 壓直流電，所以要經過整流電路才能給系統提供穩 定的直流電，其電路圖如下：1.2測溫系統l=JI三本測溫系統由溫度傳感器電路、信號放大電路、 A/D轉換電路、單片機系統、溫度顯示系統構 成。其基本工作原理:溫度傳感器電路將測量到的 溫度信號轉換成電壓信號輸出到信號放大電路，與 溫度值對應的電壓

3、信號經放大后輸出至A/ D轉 換電路，把電壓信號轉換成數字量送給單片機系統, 單片機系統根據顯示需要對數字量進行處理，l=JI三本測溫系統的原理框圖。附件所示為該系統的硬件電路圖。附件所示為該系統的硬件電路圖。Ill2. 1溫度傳感器電路IllAD592是ADI新推出的一種電流輸出式模擬集成 溫度傳感器。主要特點如下：l=Jw測溫精度高。在單電源供電時，測量精度最高可 達013C(典型值)。測量范圍-25105C。重復性 誤差和長期穩定性均小于011C。l=Jwl=j(2)是兩端集成溫度傳感器，外圍電路簡單。在常溫 測量領域中,可取代電熱調節器、電阻式溫度檢測 器、熱電偶和PN結等傳統的溫度傳

4、感器。電流溫 度系數仍為1uA / K。l=j輸出阻抗高,互換性很強。(4)電壓范圍430V。即使供電不穩定或者在反 向電壓高達20V時，也不會損壞芯片。技術性能描 述：測溫范圍：-25C+105C分辯率：0.1C測量精度：0.3-2.5C線性度：0.15C max(0C-+70C)輸出接口：模擬信號，封裝特性:不銹鋼管密封，防水、防腐工作電源:+4V-+30V2. 2信號放大電路由于溫度傳感器AD592輸出的電壓較低,如果不 進行放大直接進行A/ D轉換則會導致轉換成的 數字量太小、精度低。系統中選用通用型放大器 對AD592輸出的電壓信號進行幅度放大,還可對 其進行阻抗匹配、波形變換、噪聲

5、抑制等處理。 系統采取同相輸入，電壓放大倍數為5倍，電路圖如 圖所示。8位AD轉換器2. 3 AD轉換電路8位AD轉換器A/ D 轉換電 路選用ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近 式A/D轉換器，可處理8路模擬量輸入，且有三態 輸出能力。圖中運算放大器的輸出電壓Vo送入 AD670的模擬通道IN0。單片機AT89C52控制AD670的開始轉換、延時等待A/ D轉換結束以及讀出轉換好的8位數字量至單片機進行處理。及讀出轉換好的8位數字量至單片機進行處理。i=j2. 4單片機系統 單片機選用的是ATMEL公司的AT89C52主要 完成對AD轉換電路的控制、對轉換后的數字 量的處

6、理以及對顯示模塊的控制，并且為 ADC0809提供工作時鐘。同時AT89C52外接鎖存器74LS373，對AT89C52的P0 口的地址信號進行鎖存。74LS373 的 Q2 , Q1 , Q0 接 ADC0809的C ,B 4,實現對模擬通道的選擇。AT89C52的晶振選擇3 MHz ,則其AL E引腳的輸出頻率為015 MHz，小于ADC0809的時鐘頻率最高值640 kHz，正好為其提供工作時鐘。其具體連接電路如附圖所示。2. 5溫度顯示系統III2. 5溫度顯示系統III該溫度顯示系統較為簡單，由可編程并行輸入輸出 芯片8255A的A，B ,C端口外接3個8段L ED顯示器來實現。AT

7、89C52的P216為8255 提供片選信號，74LS373的Q7 ,Q6接825的 A1，A0 ,可得到8255的A ,B ,C及控制口的地址為 BF3FH ,BF7FH ,BFBFH ,BFFFH。AT89C52 處理 好的溫度數據輸出至8255，并由AT89C52對8255 編程控制其A ,B ,C端口輸出高電平或低電平,以便 從8段L ED顯示器顯示實際溫度。8段LED顯示 器選用共陽極,8255的A ,B ,C端口與8段L ED顯 示器之間接限流電阻,圖2中只畫出了 PA 口，PB ,PC 口的接法類似2 ,3 。3系統軟件設計系統的軟件部分用51匯編語言編程,采用模塊化結 構,主要

8、由A/ D轉換模塊、單片機內部數據處理模 塊、溫度顯示模塊等3部分構成，便于修改和維護。3. 1 A D轉換模塊根據測量系統要求不同以及單片機的忙閑程度,通 常可采用3種軟件編程方式:程序查詢方式，延時 方式和中斷方式。本系統采用延時方式。延時程序 實際上是無條件傳送U O方式，當向A/D轉換器發出啟動命令后，即進行軟件延時,延時時間稍大 于進行一次 A D轉換所需要的時間，之后打開 A/ D轉換器的輸出緩沖器讀數即為轉換好的數字i=j量。A/ D轉換時間為64個時鐘周期，因為系統中 ADC0809的工作時鐘為500 kHz ,故A/D轉換 時間為128 P s，延時時間可大致選擇160 u

9、s。程序 段如下：i=j;置IMO通;置IMO通道地址 ；INO 接 A/D,啟動 A/ D ；延時案數 ；重箕執行一次用W個機器周期 ；衛個機器周期=2 * 12/ 3 MHz = Ss i數據讀入AMOV DPTR、= ?rFRMMOVX D?TR hA MOV Rnb =20 DJNZ Rh , $MOVX A為了使采樣數據更穩定可靠,系統還采用了 8次采 樣平均值的方法以消除干擾。3. 25：3. 25：單片機內部數據處理模塊系統通過ADC0809轉換的數字量是與實際溫度成正比的數字量，但系統最后顯示的是實際溫度值, 成正比的數字量，但系統最后顯示的是實際溫度值, 因此需要對數據進行處

10、理再通過8255輸出到L ED顯示。設所測溫度值為T，A/ D轉換后的數字 量為X，則有：i=jwIIIliiJFour-0. 01 W PXT CVOUT為AD592的輸出電壓,即運放P A741的 輸入電壓,pA741的輸出電壓用V1表示。因為 PA741的放大倍數為5測有：Fi = 5 XKojt = Q 05 X Z-根據系統設置,溫度傳感器輸出電壓05 V對應 于轉換后的數字量0255，則有：0105 T/ 5 = X/ 255可以近似寫為：0105 T/ 5 = X/ 256liiJ這樣除以256可通過把被除數右移8位來實現, 編程liiJT的關系:較簡單。由此可以得出T的關系:1

11、00 xX/ 256程序段如下:MOV B , # 100AD轉換后的數字量XMOV B , # 10序中進行右移8位的計算MUL AB100后高位在B，低位在AMOV R1，AIII相當于溫度值的整數部分IIIMOV R2 ,B；A存放的是;并未在程;；A存放的是;并未在程;是因為乘;而右移8位；在B，小MOV A ,R2小數部分作處理就可以了DIV ABMOV DPTR , # TABMOVC A ,DPTR渣表MOV 40H ,A度值的十位數存40H單元MOV A ,BMOV DPTR , # TABMOVC A ,DPTR渣表MOV 41H ,A度值的個位數存41H單元MOVA；小數部

12、分的處理MOV B , # 10MUL AB；部分和；部分和A+;溫A+；溫,R1MOV DPTR , # TAB ;MOVC A , A +DPTR;查表 MOV 42H ,A;溫度值的小數部分存42H單元TAB:DB3FH ,06H ,5BH ,4FH ,66H ,6DH ,7DH ,07HDB7FH ,6FH ,77H ,7CH ,39H ,5EH ,79H ,71H3. 3溫度顯示模塊 單片機處理好的溫度數據通過8255的3個端口 輸出到3個L ED上顯示,8255的A ,B ,C 口的工 作方式均設置為方式0 ,輸出。編程時只需分別從 40 H ,41 H ,42 H單元取數據送A

13、,B ,C 口輸出即 可。室內和室外通道用兩個8255就可實現。4 結 語該測溫系統經過多次測試,工作穩定可靠，體積小、 集成度高、靈敏度高、響應時間短、抗干擾能 力強等特點。此外該系統成本低廉,器件均為常規 元件，有很高的工程價值。如稍加改動，該系統可以很方便地擴展為集溫度測量、控制為一體的產品, 具有一定工程應用價值。如對該系統進一步擴展, 還可以實現利用USB協議標準與PC機進行數據通信，能夠把監測到的溫度值保存到據通信，能夠把監測到的溫度值保存到PC機中。liiJIII附件:心得體會在對智能溫度測量系統的設計過程中，我大量的翻閱了網上的論文及期刊資料，首先對智能溫度測量系統的框架有大概

14、 的熟悉，了解到這個系統需要用合適的溫度傳感器來測得溫度并將其轉化為電壓量，然而這個電壓量很微小的，直接轉化到 數字量會容易產生很大的誤差，所以需要通過合適的放大器來 將它放到到一定的倍數，然后轉化為數字量，通過芯片的處理 再顯示到LED上，好讓人們更直觀的看到溫度的數值和變化。由于設計要求中，供電電源為220V交流電，而測量電路 的所需電壓不過幾伏的直流，我們要考慮使用整流電路才能實 現這一要求。其他在測量范圍和測量精度要求上，不是選測量 范圍越大、測量精度越高的溫度傳感器越好，這樣所需的成本=J最必然就不合適了。考慮到這一點，我在網上翻閱了大量的相關 產品，看了他們的參數，選取了 AD59

15、2我認為性價比上最合 =J最在這次設計里，涉及到我所學的傳感器原理及應用、微 機原理及接口技術、單片機原理及應用、模擬電子技術， 翻閱了之前的課本、實驗指導等，使我所學到的理論知識和實 踐得到結合。設計二：直流電機雙閉環電壓調速控制系統摘要:本設計主要介紹了雙閉環調速系統的電路原 理圖及動態結構圖。并對晶閘管的電壓、電流作了 定額計算，及平波電抗器的計算。最后得出雙閉環 調速系統的主、控電路圖并作了總結及設計心得。關鍵詞：雙閉環，ASR, ACR,晶閘管。采用轉速負反饋和PI調節的單閉環調速系統 可以實現轉速的無靜差，如果附帶電流截止負反饋 作限流保護可以限制電流的沖擊，但并不能控制電 流的動

16、態波形。我們希望系統在啟動時，一直能有 電機過載能力允許條件下的最大電流，電機有最大 的啟動轉矩和最短的啟動時間。這一點利用電流截 止負反饋是很難實現的。另外，在單閉環調速系統中，用一個調節器綜合多種信號，各參數間相互影響，難于進行調節器 的參數調速。例如，在帶電流截止負反饋的轉速負 反饋的單閉環系統中，同一調節器擔負著正常負載 時的速度調節和過載時的電流調節，調節器的動態 參數無法保證兩種調節過程均具有良好的動態品 質。為了解決單閉環調速系統存在的問題，可以采 用轉速、電流串級調速系統，即轉速電流雙閉環調 速系統，采用兩個調節器分別對轉速和電流進行調 節。在設計要求中供電電源是220V交流電

17、，而本 系統需要24V直流電，所以要經過220v/18v的變 壓器加橋式整流濾波得24v直流 1雙閉環調速系統的組成1.1雙閉環調速系統電路原理圖+圖+圖21雙閉環調速系統電路原理圖上圖為轉速、電流雙閉環調速系統的原理圖。圖中兩個調節器ASR和ACR分別為轉速調節器和電 流調節器，二者串級連接，即把轉速調節器的輸出 作為電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去 控制晶閘管整流器的觸發裝置。電流環在內，稱之 為內環；轉速環在外，稱之為外環。兩個調節器輸出都帶有限幅，ASR的輸出限幅什Um決定了電流調節器ACR的給定電壓最大值 imU血，對就電機的最大電流；電流調節器ACR輸出限幅電壓Ucm限制了

18、整流器輸出最大電壓值，限最小觸發角0。1.2雙閉環調速系統動態結構圖7也轉速環1+1.2雙閉環調速系統動態結構圖7也轉速環1+Toh +1Toi一電流反饋濾波時間常數Ton一轉速反饋濾波時間常數圖2-2雙閉環調速系統的動態結構圖雙閉環調速系統的動態結構如圖所示，由于電I三流檢測信號中常含有交流分量，須加低通濾波，其 濾波時間常數Toi按需要選定。濾波環節可以抑制 反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來 了延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道 I三由測速發電機得到的轉速反饋電壓含有電機 的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數用Ton表示。根據和電流環一樣的道理，在轉速給定 通道中也

19、配上時間常數為Ton的給定濾波環節。2按工程設計方法設計雙閉環系統的ACR和ASR設計多環控制系統的一般原則是：從內環開 始，一環一環地逐步向外擴展。在這里是：先從電 流環入手，首先設計好電流調節器，然后把整個電 流環看作是轉速調節系統中的一個環節，再設計轉 速調節器。2.1ACR的設計（1）確定時間常數整流濾波時間常數Ts，三相橋式電路的平均 失控時間Ts=0.0017s；電流濾波時間常數 孔，三 相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本 慮平波頭，應有（12） Toi=3.33ms，因此取 Toi=2ms=0.002s；電流環小時間常數 T.按小時間JT,常數近似處理，取T=Ts+

20、Toi=0.0037s。（2）選擇電流調節器結構由設計要求：i%5%，而且：Tl _Tl _ 0.03TZi 0.0037=8.11 10因此可按典型I型系統設計，電流調節器選用PI 型，其傳遞函數為：Wacr（s）= Ki 曰Tis（3）選擇電流調節器參數ACR超前時間常數 :T ACR超前時間常數 :T i = Tl = 0.03s電流環開環增=i益：要求。i%W5%時，應取Kt i - 05，因此:I EKI = -0 = 0.5 = 135.1s -1T E i 0.0037于是，ACR的比例系數為:Ki = K,君=135.1X 02 = 1.0131 p ks0.05 x 40校驗

21、近似條件電流環截止頻率。ci = KI = 135.1s-1 ；晶閘管裝置傳遞函數近似條件為：腭+現在，s祟=3X00017 Sis-1強勇，滿足近似條件；忽略反電動勢對電流環影響的條件為：心3TT現在， m l3房=4&s-1 ,滿足近似條件；小時間常數近似條件處理條件為：%號焉 現在s oi匕tT = 180-8s -1 氣，滿足近似條 s oi件。計算調節器電阻和電容CR.o:圖3 1CR.o:圖3 1含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節器電流調節器原理如圖所示，按所用運算放大器取R0=40kQ，各電阻和電容值計算如下：R. = KR 0 = 1.013 x 40 = 40.52RO，取

22、 40kO ；0.03E = 40 x1000 xl08=075 賦,取075賦；Co1 = rq =0.2 賦，取 0.2 賦 按照上述參數，電流環可以達到的動態指標為： oi%=4.5%5%，滿足設計要求2.2ASR的設計確定時間常數電流環等效時間常數為2T二0 0074.；轉速濾波時間常 E i數Ton，根據所用測速發電機波紋情況，取Ton=0.01s ；轉速環小時間常數t按小時間常數E n近似處理，取 T = 2T + Ton = 0.0174s。E 近似處理，取 T = 2T + Ton = 0.0174s。E nE i(2)選擇轉速調節器結構由于設計要求無靜差，轉速調節器必須含有積

23、分環 節；又根據動態要求，應按典型II型系統設計速度 環，故ASR選用PI調節器，其傳遞函數為： 財s) = Kn等！吧盤s) = K(3)選擇速度調節器參數按跟隨和抗干擾性能較好的原則，取h=5,則ASR 的超前時間常數為： 轉速環開環增益：t = hTn=5 x 0.0174 = 0.087s， n=1Knh +1 =396.4s - 2 2h 2T 2vE n于是，ASR的比例系數K = (h+1)虹=11.7 n2haRTvEn(4)校驗近似條件由轉速截止頻率:Cn 回 KNTn 3 4.5s 1， 電流環傳遞函數簡化條件：C o cn 5T E i滿足簡化條件。現在=x ，= 38.

24、75 w3,2T E Ton3 2 x 0.0037 x 0.01cn小時間常數近似條件為-I -I ： i* 32TyT 旗i om滿足近似條件。RnRbalU.RnRbalU.i PR0 R0UonpR0R0-a -a nCT o X圖3 2含給定濾波與反饋濾波的PI型轉速調節器轉速調節原理圖如圖32所示，取r0=40.Q，則Rn = KR0 = 11.7x40 = 46弘。，取470k。；Cn 上=0.185pF.取 ，Rn，0.2p F ；4TonCon = ip FR0，1p F。3晶閘管的電壓、電流定額計算3.1晶閘管額定電壓UN晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓

25、Um，考慮到電網電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數,i=j即按下式選取UN=(23)Um，式中系數23的 取值應視運行條件，元件質量和對可靠性的要求程 度而定。i=j3.2晶閘管額定電流IN為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流 的有效值來計算其電流額定值。即必須使元件的額 定電流有效值大于流過元件實際電流的最大有效 值。可按下式計算：IN=(1.52)KfbIMAX。式中計算系數Kfb=Kf/1.57Kb由整流電路型 式而定，Kf為波形系數，Kb為共陰極或共陽極電 路的支路數。當a=0時，三相全控橋電路 Kfb=0.368,故計算的晶閘管額定電流為 IN=(1.52)KfbIMAX=(1.52)X0.368X(220X1.5)=182.16 242.88A， 取 200A。4平波電抗器計算由于電動機電樞和變壓器存在漏感，因而i=j計算直流回路附加電抗器的電感量時，要從根據等 效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種i=jl=