基于单片机的温度检测系统的研究与实现

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1、论文题目 基于单片机的温度检测系统的研究与实现工程领域 软 件 工 程指导教师 作者姓名 学 号 摘要摘 要纺机等机器的动力拖动设备一般为电动机，电动机绕组温度是影响整个纺机温度的最主要因素，而温度决定电动机寿命和整个机器安全，所以电动机必须设置温度检测保护装置。本设计介绍一种采用PT100作为温度传感器，把单片机作为核心器件的高精度温度巡回检测并能以汉字模式显示的系统。该系统从工程实际出发，利用计算机软、硬件结合方式，在元器件选择、电路设计、提高系统可靠性和抗干扰能力方面作了探究。在环境条件差、现场千扰强的场合，系统专门设计了一种看门狗保护电路，以利于消除“死机”及被测信号中的噪声干扰，同时

2、为满足精度要求，在软件方面采用分段线性化处理，以确保测量的准确可靠。通过研究实现多路检测点巡回检测、能用液晶显示各点的温度值、能实现各检测点报警温度的两级设定、可将温度及电阻值通过RS一485上传给上位计算机、并且具有温度误差自动校准功能。主要内容为：1、完成整个系统元件的选择。硬件主要选用通用性强的器件，在满足低成本、高抗干扰性要求的同时，尽可能降低成本。控制系统以单片机为核心器件，配上相应外围电路，构成一个微型计算机系统。2、完成硬件电路的设计。本项目是为纺机厂的纺机所设计的配套设施。要求低成本，高精度，操作简单方便，抗干扰强，满足电动机测温的要求。硬件主要选用通用性强的器件，在满足低成本

3、，高抗干扰性要求前提下尽量降低成本。检测系统以单片机为核心器件，配上相应外围电路，构成一个微型计算机系统。尽量减化外部接线，以方便消除引线误差，提高精度。3、完成软件系统的设计。本项目研究的重点是采用软件的方法来满足精度的要求。在确定了硬件的基础上，软件设计是重点。在主处理软件内部，要求能对温度数据进行转换和修正，能实时检测并且显示温度，又能有高温、低温报警显示。4、系统调试。软硬件设计完成后要进行整个系统的调试、修改。关键词：单片机，温度传感器，电机保护IABSTRACTABSTRACTThe motor is the power of equipment of textile machin

4、ery, its winding is responsible for the textiles temperature changes, and decides the motors life, so motor must set temperature detection safety protection device. A high-precision temperature detection circuit system is designed, which adopts 16pt100 as the temperature sensor, uses microcontroller

5、 as the main component, and whose display mode is Chinese character. Basing on the point of engineering practice, by combining the computer software and the computer hardware, the system studies how to select the component and designed the circuit, and how to improve the systems reliability and anti

6、-interference ability. In the poor environment, a kind of watch-dog circuit is designed to eliminate the signal interruption and the interference of the signal noise. Meanwhile, in order to satisfy the requirement of accuracy, the system uses the segmented linearization in software.Through the resea

7、rch on the more road line circuit testing, the system can display the temperature value of the each point, can set the two level alarm temperature, can send the temperature value and the electric resistance value to PC through RS-485, and can align errors. The design includes:1 selecting the compone

8、nts to compose the whole systemGeneral application and interchangeability of components will be firstly considered during the design of system. Secondly reducing the cost will be considered, while the anti-interference ability should be ensured. The control system adopts the microcontroller as the c

9、ore components, coupling with the corresponding peripheral circuit, and composing the microcomputer system.2 designing the hardware circuitThe system is designed as the supporting facility of the textile machinery. To satisfying the temperature-measuring requirement of motor, low cost, high accuracy

10、, easily operating and high anti-interference ability is required. The testing system adopts the microcontroller as the core components, coupling with the corresponding peripheral circuit, and composing the microcomputer system. To reducing errors and improving the accuracy, outer wiring should be s

11、implified.3 designing the software systemThe design is focused on meeting the precision requirement by designing software. After determining the hardware, designing software is the key work. The main processing program, can transfer and modify temperature data, can detect real-time temperature, and

12、can display the high temperature, the low temperature and real-time temperature.4 debugging systemThe system should be adjusted after completing the hardware and software design, to in achieving optimum t functionality at minimum cost. Keywords: single chip compute；The temperature sensor；motor prote

13、ctionIII目 录目 录第一章 绪论11.1课题选择依据11.2国内外电机保护研究现状21.3课题来源及目标意义31.4研究设想与研究方法41.5设计的主要工作与章节安排41.5.1设计的主要工作41.5.2设计的主要技术路线51.5.3设计的章节安排5第二章 主要元器件的选择72.1单片机STC89C58RD+72.2多路开关CD406792.3铂热电阻Pt100102.4集成大器运算放大器0P07112.5基准源TL431142.6光电藕合器6N137和PC817152.7电压频率（V/F）转换器AD654152.8液晶显示器FM12232B172.9串一并移位寄存器74HC16418

14、2.10本章小结18第三章 硬件电路203.1总体结构203.2工作原理213.2.1恒流源的设计223.2.2开关与放大电路的设计233.2.3 V/F转换电路的设计273.2.4光电隔离电路的设计283.2.5液晶显示电路的设计283.2.6单片机电路的设计293.3精度分析293.4小结32第四章 系统软件的设计与实现334.1总体架构334.1.1液晶汉字巡回显示功能程序设计要求334.1.2超温报警功能程序设计要求344.1.3 RS一485通讯串口程序设计要求344.1.4指示灯功能程序设计要求344.1.5按键功能程序设计要求344.2算法的确定354.2.1分段线性化处理354

15、.2.2设置子程序修正标准值偏移354.2.3用软件计算来消除引线之间的电阻误差354.3软件设计364.3.1地址分配364.3.2主程序的编制原则与方法374.3.3子程序404.4软件的实现504.4.1主程序504.4.2各组循环功能数据采集程序574.4.3报警程序584.4.4系统显示子程序：604.4.5中断服务程序T0624.4系统测试624.5本章小结63第五章 结论与展望655.1结论655.2展望65致 谢66参考文献67V第一章 绪论第一章 绪论传统的电动机保护一般采用热继电器保护，存在着稳定性差、寿命短、精度不高、更换不方便等缺点。所以需要采取措施改善其性能，向数字化

16、、可控化、多功能化方向发展。由于近年来计算机CPU技术、接口技术以及传感器器技术的飞速发展，电机热保护技术也由原来的模拟化向数字化精确保护控制方向转变，智能化、多功能化给电动机保护器的发展提供了技术平台。电机保护也进入了一个全新的发展阶段。根据工作实际，设想能在电机的绕组以及其它部位嵌入温度传感器，随机器的运行随时能进行温度测量，利用单片机软硬件控制检测技术，使整个系统测量准确、稳定性好1-2。对电机在频繁启动、通风不良、环温过高等恶劣环境下都能提供可靠保护。本章将简要介绍课题来源、目标意义、研究设想、研究方法、研究现状以及存在的问题，随后介绍计算机单片机技术在温度控制上的应用，以及温度控制系

17、统的基本结构和发展概况，最后介绍本论文的总体结构和拟展开的工作。1.1课题选择依据纺机等机器的动力拖动设备一般都采用电动机，电动机绕组的温度是影响整个纺机温度的最主要因素，而温度决定了电动机的寿命和整个机器的安全，所以电动机必须设置温度检测保护装置。同时在其他领域，各种不同形式的新型温度保护装置在生产生活领域得到广泛的应用，例如发电变电供电装置、家用电器、各中机床、以及汽车甚至电动车辆等领域都得到了广泛的应用。开发新型的温度保护控制装置是当前以及今后一段时间内，进行原有设备的技术改造、产品的升级换代、节约能源、降低损耗和机器烧毁所造成的损失所必须要优先发展的工作，是自动化保护控制系统大家庭中不

18、可缺少的重要装置之一。它是一种跨学科、使用多种先进技术的产品，具有使用范围广泛、节约资源效果显著的特点，符合国家产业发展政策。这种能使用在多种机电产品上的配套装置，在节约能源，防止造成安全事故等方面有着很重要的作用1-3 。传统的电动机保护一般采用热继电器保护，存在着稳定性差、寿命短、精度不高、更换不方便、造成的损失巨大等缺点。所以需要采取其它的措施来改善其性能，向数字化、可控化、多功能化方向发展。本设计课题符合国家的产业政策，有着巨大的发展前景。国务院于2006年8月6日发布了国务院关于节能工作的决定，该决定提出：对节能技术，在产品推广、示范示点、宣传培训、信息服务和表彰奖励等方面，各级人民

19、政府要给予支持，各级人民政府要将所需的节能经费纳入财政预算。利用计算机技术的数字电子型电机保护控制装置在全国大力推广和应用的条件已经具备，时机已经成熟，所以必须加快研究与发展。电动机是生产生活中最重要的拖动装置，是一种动力设备，它以输出功率为目的，耗电比其它的电子设备要大得多，耗电量惊人，是一种最重要的用电设备，消耗电能差不多占到发电总量的70%以上，即使微型电机输出动力，耗电仍比一般电子元件要高。我们知道，电动机正常工作所耗的电，绝大多数都转化成了机械能，传给了下一级。要达到节约能源的目的，一方面，要改进电机结构，使电能转化成动能的效率更高；另一方面，是人们经常忽视的，即电机温度保护控制装置

20、在节能中的重要作用 ，由于温度过高引起的电机烧毁现象非常普遍，电动机的烧毁造成了能源的极大浪费，根据统计，全国每年电机发生故障引起严重损失的恶性事故就达数百起，因为温度过高而烧毁的的电机数量达到20万台次以上，其电容量达到0.4亿千瓦，在温度过高引起的电机烧毁过程中，耗电达到数千万度，烧毁电线达到0.5亿公斤 ，造成的直接经济损失达16亿元，间接损失就更加惊人，达到了百亿元。因此,我们应该下大力气做好电机热保护装置的开发与研究。真正地把电机保护这一重要环节重视起来2-1。利用计算机技术、温度传感器技术，对频繁启动、通风不良、环温过高等情况下使用的电机，采用在电机绕组中埋入温度传感器，通过单片机

21、控制，从而实现温度准确实时测量，并且在温度过高时能进行自动保护的技术，符合当今社会用计算机技术改造传统产业发展的趋势。综上所述，做好电机热保护保护控制装置的设计与开发，也是一种节能措施，并且投入少，见效快，效益高，节约能源和铜等稀缺资源，符合国家产业政策。1.2国内外电机保护研究现状在国外，电机热保护的研究已经发展到较高的阶段，随着计算机硬件、软件技术的发展，近年来，把单片机技术、接口技术、传感器技术应用到电机热保护控制装置已经成为一种方向。美国开发的电机热保护装置有电子型保护继电器、半导体材料热敏电阻电机热保护继电器、智能化电机控制器等，种类繁多、型号多样、规格齐全，已经成为系列产品。德国的

22、电机热保护控制装置发展也非常迅速，主要的产品有电子型电机温度保护器和一种名叫微机综合电机保护器的热保护装置。我们的近邻韩国随着民族工业的发展，把西方的最新电机热保护装置迅速消化，并成功地进行了本地化，并且有了新的发展，开发出了数显智能型保护器、电压型电机保护器，加上利用传统技术的交流保护继电器、直流电机保护继器等，有60多中规格型号，也迅速在世界上抢占市场，势头凶猛2-3。目前，我国正处于用信息技术改造传统产业的发展阶段，在电机保护控制技术方面才刚刚起步，与美国、德国、韩国等热保护控制装置开发较早的国家相比，还有很大的差距。由于历史的原因，电机热保护装置生产工艺落后、电机热保护装置技术含量低，

23、多采用双金属片热继电器，存在保护功能差、品种单一、功能少、参数精度低等缺陷，电机热保护装置的企业规模很小，并且电动机保护不足3%，普及应用程度非常，由于电机热保护装置问题引起的电机烧毁造成的损失非常大，间接损失更是难以统计。以经纬纺织机械厂为例，由于电机烧毁而造成的损失太大，不得已，现在有些产品甚至需要用船用电机来做纺机的拖动设备，造成了成本的很大增加。在全球经济一体化的今天，随着我国加入WTO，面对激烈的国际市场竞争，我国电机保护技术与美国、德国、韩国等热保护开发较早的国家还有很大的差距，每年需要化大量的外汇购买他们的产品。所以，就必须尽快开发适合我国特殊国情，价格便宜，功能齐全的电机热保护

24、控制装置，提高电机热保护装置的数字化水平进而提高整个热保护的技术水平。1.3课题来源及目标意义本课题来源于我的第二导师所在的山西榆次经纬纺机股份有限公司，属于厂里要进行技术改造的一个课题：即用温度传感器检测各检测点的温度，利用单片机设计一个纺机温度检测控制系统。通过研究设计，能使该系统做到用很低的硬件成本、通过软件的方法提高控制精度、具有抗干扰、操作面板简单、使用方便，对电机的过热保护更迅捷、提高纺机工作的安全性，从而增加纺机的竞争力。如果研究成功能更好地节能，并且为企业增加经济效益和社会效益，同时为纺机其它参数检测测量系统的研究提供参考。1.4研究设想与研究方法根据纺机电动机的工作特点，利用

25、当前温度检测的技术，研究设计纺机电动机热保护检测系统:以温度传感器检测电动机实时温度，热敏材料Pt热电阻做热传感器，以单片机STC89C58RD为中心控制器件，采用循回检测的办法，以汉字模式显示控制电机的温度。操作者能能方便地随时观测判断电机的运行时候的温度变化，进而了解机器的运转情况，同时通过数据线传送给上位计算机或者提供给其他智能设备，用于决策，防止电机烧毁，使整个系统有效安全运转，防止安全事故，减少损失。本课题研究的想要达到的目的就是：考虑能用以最小的硬件代价来满足电机对温度精度的要求，能做到实时控制，在电机的各个部位设置多路检测点，利用单片机技术巡回检测、并且用FM12232B液晶显示

26、器液来显示各检测点的温度值并且实现温度误差自动校准，既能显示当时的温度，又能实现各检测点的过热报警，最后通过RS一485将检测情况上传给上位计算机做为整个控制系统一个组成部分。1.5设计的主要工作与章节安排本课题涉及微型计算机系统、单片机技术与应用、传感器技术、通信技术、接口技术、系统集成、嵌入技术等学科，是这些技术的集成与应用。该纺机温度检测控制系统设计好后应该达到可靠性高、使用简单、易于扩展、维修方便的目的，认真分析可能出现的各种影响系统可靠性的因素，采取各种预案，能及时排除故障隐患。1.5.1设计的主要工作1、完成整个系统元件的选择。硬件主要选用通用性强的器件，在满足低成本、高抗干扰性要

27、求的同时，尽可能降低成本。控制系统以单片机为核心器件，配上相应外围电路，构成一个微型计算机系统。2、完成硬件电路的设计。本项目是为纺机厂的纺机电机所设计的配套热保护设施。需要完成单片机电路、恒流源电路、液晶显示电路、光电隔离电路、开关放大等电路的设计。尽量减化外部接线，以方便消除引线误差，提高精度。3、完成软件系统的设计。本项目研究的重点是采用软件的方法来满足精度的要求，软件设计是重点。在主处理软件内部，要求能对温度数据进行转换和修正，能实时检测并且显示温度，又能有高温、低温报警显示，并且能与上位计算机进行通信。 4、系统调试。软硬件设计完成后要进行整个系统的调试、修改。1.5.2设计的主要技

28、术路线技术思路与工程实施方案为：1、确定任务并进行系统分析。在进行设计之前，先仔细分析纺机的工艺过程，分析纺机电动机目前温度控制的现状，寻找所要设计的温度控制系统的嵌入方法，明确温度控制系统的任务。要搞清被控对象需要采集温度信号的种类、数量、范围、输出信号的匹配和转换，控制算法的选择，技术指标的确定。2、方案设计。确定了设计任务后进行系统的总体方案设计。 硬件与软件要做功能划分。系统的硬件和软件的划分要做统一的规划，硬件实现速度快可以节省CPU的时间，但系统硬件接线复杂、系统成本高。用软件实现则教为经济，但要更多地占用CPU的时间。在CPU时间不不紧张的情况下，尽量采用软件。 3、硬件设计。选

29、定单片机的机型后，具体确定系统所用的其它元件，并设计出电路原理图。经过实验检验后完成工艺结构设计、电路板制作和样机的组装。 4、软件设计。这是整个设计的重点，软件方面要求完成电路信号的接受、温度数据的转换、误差的修正，将多路实时温度数据进行显示、温度上下限的报警、上传上位计算机进行管理等都用软件的方法得到实现。采用模块化程序设计，自顶向下的程序设计设计方法。1.5.3设计的章节安排本设计第一章是绪论，介绍本设计的总体构想以及发展方向。第二章介绍设计所用主要元器件的选择，重点说明这些元器件的管脚功能、使用方法、工作参数以及注意事项。第三章介绍硬件电路的设计，硬件电路是整个设计成功的基础，设计采用

30、的方法是：先设计功能单元电路，再进行整体规划，最后形成三张电路图。第四章介绍系统软件的设计与实现，本章是整个设计的关键，设计采取模块化的设计方法，单项功能设计成子程序，主程序完成基本功能，根据具体工作情况，调用子程序。第五章是系统测试。69第二章 主要元器件的选择第二章 主要元器件的选择本课题设计的纺机电机温度保护控制系统以单片机为基核，采用软、硬件相结合的办法，在尽量用软件程序来解决问题的基础上，为保证工作速度必须并且根据实际情况选择的合适的元器件。整个电机热保护检测系统构成一个微型计算机系统，硬件主要选用体积小、易嵌入、稳定性好、通用性强的元器件，由于工作现场在车间，要求具有较高的抗干扰性

31、，该系统是原有系统的改造，必须做到尽可能降低成本。电机热保护控制装置以Pt100做为热传感器，把单片机做为核心控制器件，加上接口等外围电路，构成整个纺机系统的热保护系统。（1）根据纺机所用电动机的型号、类型、功率、工作方式，选取加入温度传感器的位置。（2）选取合适的单片机，要求技术先进、兼容性好、价格低廉、内存合适、注重产品的可靠性、经济性、稳定性。选取合适的温度传感器。要求体积小、工作稳定、价格低廉、灵敏度好、输出信号信噪比高、对测量对象的影响小。（3）选取合适的温度传感器。要求体积小、工作稳定、价格低廉、灵敏度好、输出信号信噪比高、对测量对象的影响小。（4）选择单片机接口电路的其他元件，如

32、运算放大器、多路开关、和汉字液晶显示器。本设计课题为基于单片机的温度检测系统的研究与实现，单片机选择了STC89C58RD、温度控制选用 PT100温度传感器，选择的其他主要器件还有:电压/频率变换器AD654，运送放大器0P07， 基准源TL43IC，三端稳压器78L05，多路开关CD4067，液晶显示器，光电耦合器件FM12232和6N137，串/并移位寄存器PC817等。下面分别进行说明。2.1单片机STC89C58RD+STC89C58RD+还是属于51单片机，51单片机都是8位的，只不过STC89C58RD+的资源和STC89C51不一样，STC89C58RD+的资源多，存储空间大，

33、还有I/O端口的数目以及其他的可利用资源，STC89C58RD+是美国STC公司设计，我国的宏晶公司引进生产的新一代功能更强大的能兼容8051内核的新型单片机，具有超低功耗、运送速度快、加密性能好、抗干扰能力强等优势3-5，8。其具体特点为:1.该单片机有三种封装，分别是:PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44，本设计选用了PLCC-44的产品。2.该单片机器有两中工作电压方式:3V(2.03.8V)或者5V(3.4V5.5V)。3.具有增强型的CPU，每个机器周期有12个时钟，或者每机器周期有6个时钟。4. STC89C58RD+不需要另配存储器，用户用内存为：64K/32K/20K

34、/16K/15K/8K/4K字节等多种内存可供选择。5. STC89C58RD+换有1280字节/512字节可读/写存储器。6. 不用专门配备专用编程器，该单片机在编好用户程序后可利用(P3.0/P3.1) 串行口，直接下载用户程序，下载速度快，一块单片机完成16K的程序下载最多只需要5秒。7. 可以连接有E2PROM存储器。8.具有通用I/O口32/36个。复位后Pl口、P2口、P3口、P4口属于普通8051输入/输出口，弱上拉/准双向口。PO口作为I/O口使用时，需加一个上拉电阻。作为总线扩展用时，不需要加上拉电阻，属于开漏输出。9.该单片机可以加看门狗程序。10. PowerDown模式

35、由外部中断低电平触发中断方式激活，可以设置2路外部中断，中断形式可以下降沿中断也可以低电平触发中断。11.单片机内有3个16位的定时/计数器。12. 具有UART口（即通用异步串行口)。13. 该种单片机D版本内部有MAX810专用复位电路，如果外部晶体在20M以下频率工作时，不需要外部复位电路。14.工作温度要求在-400C +850C 或者00C750C15. 虽然该单片机的工作频率范围为:040MHz，最高可达到48MHz.实际效果大大好于同工作频率的普通8051.STC89C58RD+单片机外型如图2-1所示:该电机温度检测保护装置将Pt100铂电阻温度传感器送来的各检测点的现场温度参

36、数，经过接口电路进行信号转换后，送给STC89C58RD+单片机，通过软件实现16路检测点巡回检测，将现场温度情况显示到液晶汉字屏幕上，根据实际需要也能把参数传给上位计算机。系统具有有温度误差自动校准功能。图2-1 STC89C58RD（PLCC-44封装）引脚图该电机温度检测控制装置不仅仅能适用于纺机用电动机上，也可以用于其他温度控制系统，软、硬件配合做到精度高、成本低、使用广泛，有很好的实用价值。对其他如湿度、光强等参数的控制也有参考价值。2.2多路开关CD4067本设计所用的模拟开关为CD4067十六路模拟开关。把A、B、C、D看做四个地址，它们决定了多路开关CD4067的工作情况 。C

37、D4067可以看成一个十六个通道的开关，A、B、C、D决定了哪一个通道能够接通，其具体工作情况如真值表2-1所示表 2-1 CD4067真值表 D C B A IHK接通通道 0 0 0 0 0 “0” 0 0 0 1 0 “1” 0 0 1 0 0“2” 0 0 1 1 0“3” 0 10 0 0“4” 0 1 0 1 0“5” 0 1 1 0 0“6” 0 1 1 1 0“7” 1 0 0 0 0“8” 1 0 0 1 0“9” 1 0 1 0 0“10” 1 0 1 1 0“11” 1 1 0 0 0“12” 1 1 0 1 0“13” 1 1 1 0 0“14” 1 1 1 1 0“1

38、5” 1均不接通”CD4067共有24条引脚，其管脚的具体功能如图2-2所示。2.3铂热电阻Pt100测量温度的传感器有很多，例如热电偶传感器、PN结测温集成电路传感器、红外辐射温度计、测温热电阻传感器等。其中测温热电阻传感器主要用于测量度以及与温度有关的参量。 图2-2 CD4067引脚图测温热电阻又可以分为金属热电阻和半导体热电阻两大类，半导体热电阻简称为热敏电阻，金属热电阻仍然称为热电阻。热电阻材料一般由铂、铜等热电材料制成，其中用铂做成的热电阻温度系数大、线性好、精确度准确、灵敏度高、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易。简称为铂热电阻。薄膜式铂热电阻的温度使用范围为-2009600C，

39、电阻率为0.0980.106m×10-6、化学温度性好、特性基本为直线，可以适合于较高温度的场合，也可作标准测温装置。目前已经开发出了大型电机用铂热电阻、小型电机用铂热电阻以及轴承用铂热电阻等新产品。利用真空镀膜法或用糊浆印刷烧结法使金属铂附着耐高温基底上，尺寸可以小到几平方毫米4-2，3。本设计中选定了薄膜式铂热电阻Pt100，使用时可将其粘贴在电机绕组或者电机轴承上，测量其局部温度，具有热容量小，反应快的特点。PTI00铂电阻温度和阻值的关系如表2-2所示 4-4，3。2.4集成大器运算放大器0P07根据电机热保护控制系统设计的需要，选用了两块集成运算放大器OP07，一块用于恒流

40、源，与基准源TL431共同构成恒流源。另一块OP07专门用来做放大电路。表2-2 PTI00铂电阻的温度和阻值的关系 温度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9(0C) 电阻值-3088.0487.6487.2486.8486.4486.0485.6385.2384.8384.33-2092.0491.6491.2490.8490.44 90.0489.6489.2488.8488.44-1098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.44-0100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.2296.8296.

41、440100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.52 20107.91108.31108.70109.10109.88110.28110.67110.07111.07111.46 30111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.39 40115.78116.17116.57116.96117.35117.74117.13118.

42、53118.91119.31 50119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.21 60123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.10 70127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.99 80131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.88 90135.24135.63136.02136.40136.791

43、37.17137.56137.94138.32138.72 100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66 110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.01146.40 120146.78147.16147.55147.93148.31148.69149.07149.46149.54150.22 130150.60150.98151.37151.75152.13152.51152.89153.27153.65154.03 140154.41154.7

44、9155.17155.55155.93156.31156.69157.07157.45157.83 150158.21158.59158.97159.35159.73160.11160.49160.86161.25161.62 160162.00162.38162.26163.13163.51163.89164.27164.64165.0165.40 170165.78166.16166.53166.91167.28167.65168.03168.41168.70169.10 180169.54169.91170.29170.57171.04171.42171.79172.17172.5017

45、2.92 190173.29173.67174.04174.41174.79175.16175.54175.91176.21176.66200177.03177.40177.78178.15178.52178.90179.27179.64180.01180.39 210180.76181.13181.51181.88182.25182.62182.99183.36183.70184.11 220184.48184.85185.22185.59185.96186.33186.70187.07187.40187.81 230188.18188.55188.92189.29189.66190.031

46、90.40190.77191.1191.51 240191.88192.24192.61192.98193.35193.72194.09194.45194.81195.19 250195.56195.92196.29196.66197.03197.39197.76198.13198.50198.86 260199.23199.50199.90200.33200.69201.06201.42201.79202.10202.52 270202.89203.25203.62203.98204.35204.71205.08205.44205.81206.11 280206.53206.90207.26

47、207.63207.99208.35208.72209.08209.41209.81 290206.53206.90207.26207.63207.99208.35208.72209.06209.41209.81 300213.79214.15214.51214.88215.24215.60215.96216.32216.60217.04 310217.40217.76218.12218.49218.85219.21219.57219.93220.21220.64 320221.00221.36221.72222.08222.44222.80223.16223.52223.80224.23 3

48、30224.59224.95225.31225.67226.02226.38226.74227.10227.46227.81 340228.17228.53228.88229.24229.60229.95230.31230.67231.02231.38 350231.73232.09232.45232.80233.16233.51233.87234.22234.51234.93运算放大器0P07是低噪声高精度运算放大器，它的特点如下4-5，6:l) OP07使用范围广，它可以使用于不同的场合，可以与OP725、OP108、OP741、ADS10等集成电路互相代换。2) 共模抑制比高，可以抑制输

49、入噪声，一般在输入信号频率为0.Ihz10Hz情况下，输入噪声电压幅度很低，输入失调电压也极小，仅仅有10µV左右。3) 失调电压温漂很小，一般仅为0.2µV/0C。热稳定性能非常好。并且具有长期的稳定性能。4) 工作电流非常小，只要有士1nA的偏置电流就可以正常工作。5) 电源电压范围在士3V士22V之间就可以正常工作，电源电压范围宽。6) 共模输入电压范围为士14V，使用更方便。7) 共模抑制比为126dB ，抑制干扰的能力很强。集成大器运算放大器0P07各管脚的功能如图2-3所示。图2-3 OP07引脚图2.5基准源TL431下图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（

50、CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。TL431的具体功能可以用如图2-4所示。用TL431制成的高精度稳压直流电源电路的纹波极小，精度极高，可以作高档电器供电电源。三端可调分流基准源TL431最大的特点就是具有有良好的热稳定性，对于从Vref（2.5V）到36V范围内的任意值，都可以用两个电阻来进行设定。0.2是TL431的典型动态阻抗，它与齐纳二极管的特性非常相似，在某些场合可以用三端可调分流基准源TL431来做齐纳二极管代用品，例如本设计中的运算放大电路可以用它做稳压电源。图2.3为该器件的符号。三端可调分流基准源TL431有3个引脚，分别是: CATHODE表示是TL

51、431的阴极、ANODE表示TL431的阳极、REF表示TL431的参考端。由图2.3可以看到，VI接在运算放大器的反相输入端,属于一个内部的2.5V基准源。由运放的工作特性我们知道，当同相端REF的电压非常接近VI（2.5V）的情况下，三极管就会有一个稳定的非饱和电流通过CE极，而且当同相端(REF)电压有一个很小变化，通过三极管的电流将会从1mA增加到100mA。TL431的具体功能可以用下图2-3符号图和图2-4结构图来表示。3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。TL431的具体功能可以用下图的功能模块示意4-5，1 图2-4 TL431 图2-5

52、 TL431结构示意图2.6光电藕合器6N137和PC817光电藕合器是将一只发光管管芯与一只光电三极管芯封在一起,发光管对着光电三极管的基极,输入为发光管,输出为三极管的发射极和集电极,当发光管电流变化时,三极管发射极与集电极的阻值就有相应变化。它明显的优点就是输入与输出只有光的连接而没有电的连接，这就在输入输出之间实现了可靠的隔离，在老的自动控制设备中，这种连接是用变压器实现隔离传输的，所以光电藕合器的使用有着明显的优势。输入输出有效隔离是光电耦合管的最大优点5-6，1。本设计中采用了6N137和PC817，能防止干扰信号进入单片机，极大地增强了抗干扰能力。光电耦合管是是一有8个管脚的元件

53、，具体功能见下图2-6所示。2.7电压频率（V/F）转换器AD654电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。电压频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。电压频率转换器的作用是根据输入的电压值，产生出相应的脉冲。当输入电压为正时，输出正向脉冲；当输入电压为负时，输出反向脉冲，脉冲的方向用符号寄存器的输出表示；当输入为零时，不产生任何脉冲。 图2-6 6N137结构图其工作原理如下：放

54、大器 是一个积分器，当输入信号的幅值大时， 输出上升到+2.5 V所需的积分时间短，当输入信号的幅值小时，积分的时间长一些。放大器是两个电压比较器，它们的作用是检测 的信号。当 输出的电压上升到+2.5 V时，输出突然由1变为0；而 输出电压值下降到-2.5 V时， 输出突然由1变为0。输出又被送到同步器，每当 有由高电平到低电平的跳变时，同步器输出一个同步脉冲。该脉冲经三极管和场效应管使积分器 复位，输出等于输入，同时的输出又变为高电平。另外 和 输出的脉冲信号控制符号触发器置位或清零。AD645由美国模拟器件公司生产，共有8个管脚，内部结构由三部分组成，分别是低漂移输入放大器、精密振荡器系

55、统和输出驱动级，构成应运电路时，需要加一个RC网络4-7，5。该集成电路具有信号源、信号调制、解调和A/D变换等功能。它的供电工作电压范围很宽，具体方式既能单电源，也能用双电源。在输入电压变化时候，产生频率方波。AD645的内部结构与管脚功能如图2-7所示。当输入正电压模拟信号时，从4脚输入。反相输入引脚 3脚（RT）接定时电阻。定时电容引脚CT6脚7脚间接定时电容，与定时电阻一块确定输出频率。 图2-7 AD654引脚图当输入正电压模拟信号时，从4脚输入。反相输入引脚 3脚（RT）接定时电阻。定时电容引脚CT6脚7脚间接定时电容，与定时电阻一块确定输出频率。振荡信号输出引脚为1脚FOUT。逻

56、辑地引脚为2脚LOGICCOMMON，+Vs，一Vs分别是正负电源引脚，逻辑电平可以取在-Vs与+Vs-4V之间。2.8液晶显示器FM12232B液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。FM12232B液晶显示器是广州方舟电子有限公司制造，属于图形点阵液晶显示模块，工作稳定性好，操作简单，价格低廉。它的显示方式为：SIN正视反射模式，绿底兰字显示，显示的角度为6点种直视，驱动方式为1/32占空比。它的机械显示特性为

57、：象元素122×32，象元尺寸0.36(宽)×0.41(高), 象元间距0.40(宽) ×0.45(高)。FM12232B液晶显示器有18个引脚，具体功能4-7，3为：（1）VDD +3V+5V （2）VSS 电源地（3）LCD外接驱动负电压 0+5V或05V（4）RES 复位 （5）E1读写使能信号（6）E2读写使能信号 （7）R/W高电平是DB0DB7为显示数据，低电平是DB0DB7为显示指令数据（8）DB0 数据线 （9）DB1 数据线（10）DB2 数据线 （11）DB3 数据线（12）DB4 数据线 （13）DB5 数据线（14）DB6 数据线 （15）

58、DB7 数据线（15）VLED+ ED（+5V）或EL背景光（16）VLED LED（0V）或EL背景光FM12232B液晶显示器外形图如图28所示。图2-8 FM12232B液晶显示器外形图2.9串一并移位寄存器74HC164 74HC164是液晶显示FM12232B的配套元件，它的工作方式为串行输入、并行输出元器件。结构如下图2-9所示。串一并移位寄存器74HC164工作表如下表2-37-2，3 表所示。2.10本章小结硬件主要选用通用性强的器件，在满足低成本、高抗干扰性要求的同时，尽可能降低了成本。控制系统以单片机ST89C58RD为核心器件，配上相应外围电路，构成一个微型计算机系统。根据纺机所用电动机的功率选取铂100温度传感器。并且根据需要选择了接口电路的其他元件，如运算放大器、多路开关、和汉字液晶显示器等。图2-9 74HC164结构图 表2-3 74HC164工作表