通信机房温度控制系统的设计

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1、 目目 录录摘要 .1英文摘要. .1引言 .21 系统组成及原理 .31.1 设计要求及指标.31.2 功能分析.31.3 系统框图.3 2 硬件电路设计 .4 2.1 温度采集放大电路设计.4 2.2 A/D 转换系统电路的设计.4 2.3 单片机最小系统 .5 2.4 显示和按键系统电路的设计.6 2.5 驱动电路的设计.7 3 元器件选配 .9 4 制作与调试 .11 4.1 PCB 的设计与制作.11 4.2 实物制作.11 5 调试 .13 5.1 调试前的准备.13 5.2 调试的注意点.13 5.3 单元电路调试 .13 5.4 联机调试 .14 结论与谢辞 .15 参考文献

2、.16 附件 1 硬件电路原理图.17 附件 2 硬件电路 PCB 图.18 附件 3 硬件电路实物图 .22 理工类- 1 -通信机房温度监控系统的设计与制作通信机房温度监控系统的设计与制作硬件硬件部分部分信息工程学院信息工程学院 通信网络与设备专业通信网络与设备专业 毛浩枫毛浩枫摘要摘要: : 本文论述以单片机 80C51 为核心的温度监控系统。该系统通过温度传感器AD590 接受信号，将信号放大送 A/D 芯片 AD0809 将信号转化为数字信号。数字信号传入单片机 80C51，经单片机处理后显示出当前测量的温度。若温度超过了设定的温度范围（1825）,则报警系统发出声光报警。该温度监控

3、系统性能稳定，显示准确，可应用于工业、农业等生产领域。关键词关键词: :单片机 A/D 转化 温度 报警 Design and production of Telecommunication room temperature monitoring system,the hardware part(Major of Communication Network and Equipment,Information and Engineering college, JinHua College of Vocation And Technology, MaoHao-feng)Abstract:This

4、paper discusses the 80C51 SCM in core temperature monitoring system. The system through the temperature sensor AD590 to accept signal, will send A/D amplification AD0809 chips will signal into digital signals. 80C51 SCM into digital signals, SCM processing after the measurement showed the temperatur

5、e. If the temperature exceeded set temperature range (18-25 c), sound-light alarm sent alarm system. The temperature control system has stable performance, accurate, can be applied to industrial and agricultural production, etc.Keyword: SCM A/D transformation Temperature alarm- 2 -引言引言在人类的生活中，计算机扮演着

6、极其重要的角色。现在无论你从事什么样的工作，无时无刻不在与计算机打着交道。21 世纪是个信息社会。随着市场经济的快速发展和人们对信息交流需求的日益增加，通信机房的地位和作用越来越重要。为保证通信机房正常有效的运转，温度控制是十分必要的。电信设备尤其是交换机等设备对机房的温度有着较高的要求。温度偏高，易使机器散热不畅，使晶体管的工作参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时还可造成元器件的击穿损坏。随着计算机技术的发展，通信机房的数目会不断的增加，通信机房的温度控制便成为一个十分重要的课题。传统的温度控制是在通信机房的内部悬挂温度计，通过读取温度值知道通信机房的实际温度，然后根据现有的温度与

7、额定的温度进行比较，看温度是否过高或过低。如果过高，就对机房进行降温处理，如果过低，就对机房进行升温处理。这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。现在，随着国家经济的快速发展，计算机产业和通信产业的不断提高，对应数量较多的机房，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。通信机房的建设对温度检测技术也提出了越来越高的要求。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。单片机在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化，遥控化，模糊控制化已成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。

8、采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便，组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，而且能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强，体积小，可靠性高，造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少而且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温度控制问题是一个生活中经常会遇到的问题。基于此，本课题围绕应用于温度机房的基于温度测控系统展开应用研究工作。本文介绍的温度测控系统就是基于单总线技术及机房内温度的变化，变化成电流的变化，再转化为电压变化输出模数转化器，其值由单片机处理，最后由单片机去控制数字显示器，显示机房内的实际温度

9、，同时通过比较比较，对机房内的温度是否超过温度限制进行分析。如果超过我们预先设定的温度限制，温度报警系统就进行报警，并同时对机房内的稳定进行控制。 - 3 - 4 -1 1 系统组成及原理系统组成及原理1.11.1 设计要求及指标设计要求及指标 设计并制作一个基于单片机的通信机房温度监控系统实物，能实时显示测量的温度值，并当温度超出设定范围时，启动声光报警。温度控制在 1825之间较为适宜。技术要求如下： （1）自制12V、+5V 直流电源。（2）1 路温度采集电路。（3）采用四位一体数码显示。 （4）采用 4 位独立式按键1.21.2 功能分析功能分析 该设计应用能力比较强。适用于一般的稳定

10、控制系统。该系统通过温度传感器收集通信机房的当前稳定值。将收集到的模拟信号通过 A/D 转化系统转化成数字信号输入到单片机中。通过单片机显示当前的温度值。当当前温度超过了设定的稳定值1825，单片机就启动声光报警。温度过高就利用风扇进行降温，温度过低就通过电暖气加热。使通信机房的温度能够一直控制在 1825，防止电信设备，尤其是交换机等仪器出现异常。1.31.3 系统框图系统框图温度监控设计系统包括温度采集模块，A/D 转换模块，输出控制模块，按键模块，温度显示模块和温度报警模块电路六部分。其系统框图如下图 1 所示。图 1 通信机房温度监控系统框图- 5 -2 2 硬件电路设计硬件电路设计2

11、.12.1 温度采集放大电路设计温度采集放大电路设计温度采集放大电路主要由 AD590 和 OP07 芯片组成。AD590 是用于信号的采集，OP07 芯片是用于电路信号的放大。这样两块芯片构成了温度采集放大电路。其电路图如下图 2 所示。2374618U 3OP07113322ad590U 4A D590+5vR 79K1122W3R 82K-12v+12v2374618U 2OP072374618U 1OP07R 15KR 310KR 45KR 610K-12V+12V-12V+12VO UT12J3C ON 2R 5100kR 2100k+5V123J2C ON 3+12V-12V12J

12、1C ON 2O UT图 2 温度采集放大电路图2.22.2 A/DA/D 转换系统电路的设计转换系统电路的设计 A/D 转换系统是将从温度采集系统收集来的放大信号进行转换，将模拟信号转换为数字信号的过程。主要用到的芯片是 ADC0809，这个芯片的主要功能是将模拟信号转化为数字信号。最后将处理过的信号导入到单片机最小系统中。其电路图如下图 3 所示。- 6 -GND13VCC11IN -026msb2-1212-220IN -1272-3192-418IN -2282-582-615IN -312-714lsb2-817IN -42EOC7IN -53A DD -A25IN -64A DD

13、-B24A DD -C23IN -75A LE22ref(-)16ENA B LE9STA RT6ref(+)12C LO CK10U 2ADC0809O C1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U 1SN74LS373D5Q1C LK3Q2R4S6U 3A4013V CCV CCD 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 712345678J1AD下下下8下下下下下12345J2AD下下P2.7W RR DIN T012J0下下3233343537363839P

14、00P10P02P03P04P05P06P071216172830A LE/PV CC8910U 4C7402123U 4A7402456U 4B740212345678J3下下下下下下C 0C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 0C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7123J5C ON 3123J4下下下下下下A 0A 1A 2A 0A 1A 2B 0B 1B 2B 0B 1B 212345678J6C ON 8E0E1E2E3E4E5E6E7E0E1E2E3E4E5E6E712345678J7C ON 8D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D9Q13C LK11Q1

15、2R10S8U 3B4013图 3 A/D 转换系统电路图2.32.3 单片机最小系统单片机最小系统2.3.12.3.1 80C5180C51 简介简介 80C51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机。80C51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，80C51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式

16、。空闲模式下，CPU暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还- 7 -具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。2.3.22.3.2 单片机最小系统和报警电路设计单片机最小系统和报警电路设计 单片机系统最小电路如图 4 所示，其中 A/D 转换的信号源从 80C51 单片机的 P1 口送入，数码管显示信号从 P0 口输出。按键信号从 P24，P25,T1,T2 输出，输入到四个按键。其最小应用系统配有晶振，复位电路。其中 P26 口输出的是

17、一个报警信号。就是当计算机通信机房的温度超出了我们预定设置的温度的时候这个电路就会起到一定的作用。这个时候就会使发光二极管显示。同时蜂鸣器发出声音。告诉我们温度不在设定范围。要求通过一定的人为改变来使机房温度达到要求的温度。EA/VP31X119X218R ES ET9R D17W R16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11R XD1

18、0U18051C 120pC 220pC 322uR 110k12345678J18下下下下下下下12345678J3下下-下下1234J4下下-下下VCCD1LEDVCCR XDTXDY112.000MHZ123456789J2下下VCC12345J7下下1234J6下下VCCTXDR XD12345J5AD下下P27ALE/PPSENINT0R DP27W DINT0ALE/PR DW DP24P25T0T1T1T0P24P25Q1NPNLS1SPEAKERR 410KVCCR 310KR 210K图 4 单片机最小系统电路图2.42.4 显示和按键系统电路的设计显示和按键系统电路的设计显

19、示电路由一个四位数码管和 4 个 PNP 三极管组成共阳数码显示管，4 个三极管的作用是保证四位数码管安全稳定工作。显示电路显示的是实验室的当前温度。其电路图如下图 5 所示。按键电路电路很简单，有 4 个开关组成，其电路图如下图 6 所示。- 8 -1122R 22201122R 32201122R 42201122R 5220W 1W 2W 3W 4W X 1 W X 2 W X 3 W X 4W X 1W X 2W X 3W X 4abfcgdeD PYa11b7c4d2e1f10g5abcdefgdp3dpdpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpVCC6VCC8VCC

20、9VCC12A 1SM GV CC1122334455667788J3C ON 81122J1C ON 2V CCE1C3B2Q 1PNPE1C3B2Q 2PNPE1C3B2Q 3PNPE1C3B2Q 4PNP1234J2C ON 4W 4W 3W 2W 1图 5 显示电路图S1SW -PBS2SW -PBS3SW -PBS4SW -PB12345J1C ON 5图 6 按键电路图2.52.5 驱动电路的设计驱动电路的设计驱动电路的设计包括升温的设计和降温的设计这两部分。主要是通信机房对温度很敏感。电信设备尤其是交换机等设备对机房的温度有着较高的要求。温度偏高，易使机器散热不畅，使晶体管的工作

21、参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时还可造成元器件的击穿损坏。通信设备在长期运行工作期间，机器温度控制在- 9 -1825之间较为适宜。所以我们要设计这样两个电路，保证通信机房安全温度工作。这两个驱动的电路的作用是当温度高于 25时就驱动风扇降温，当温度低于 18时用电暖器加热。如图 7 所示。图 7 驱动电路- 10 -3 3 元器件选配元器件选配本通信机房温度监控系统元器件选配，见表 1。表 1 通信机房温度监控系统元器件清单型号功能数量80C51单片机1MC7812用于电源电路1MC7805用于电源电路1MC7912用于电源电路1SN74LS373地址所存器1ADC0809用于

22、 A/D 转换1AD590集成温度传感器1OP07用于信号放大34013双 D 触发器17402或非门1MAX232AEPE(16)用于下载板1DB9下载板连接器1PNP 三极管用于显示电路4NPN 三极管用于最小系统1SMG 共阳四位数码管用于显示温度112.000MHZ 晶振用于最小系统1SW-PB 按键用于按键系统11N4007 二极管用于电源电路4LED 发光二极管用于报警电路1100K 电位器螺旋式（抽头式电阻）用于采集电路12K 电位器（滑动变阻器）用于采集电路1220 电阻用于显示电路41K/1W 电阻用于电源电路15K 电阻用于采集电路29K 电阻用于采集电路1- 11 -10

23、K 电阻用于最小系统和采集电路62 孔接插件53 孔接插件54 孔接插件45 孔接插件48 孔接插件79 孔接插件用于电路外接120P 电容222u 电容用于最小系统电路11uf 电容用于下载电路40.1uf 电容5220U 电解电容1470U 电解电容11000U 电解电容22200U 电解电容用于电源电路2- 12 -4 4 制作与调试制作与调试4.14.1 PCBPCB 的设计与制作的设计与制作 各元器件的排列要有顺序，要符合焊接的实际要求。并且要能使最后做出的板子能看上去比较的美丽，整洁。元器件的焊盘尽量大点，不然在焊接过程中会出现一定的问题，最后导致测试不好。PCB 图的布线一定要清

24、晰，尽量少用跳线这样有利于后面的焊接。也有利于最后的调试。设计的时候对一些例如电源电路要注意点，这些电路要用到散热片，预留的空间要大点。单片机最小系统 PCB 图如下图 8 所示。 图 8 单片机最小系统 PCB 图4.24.2 实物制作实物制作4.2.14.2.1 元器件的检测元器件的检测元器件的检测主要包括检测元器件的好换，测量一些电阻，电容是不是好的，在要求范围内。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。测完后的元器件一个一个放入焊盘进行焊接，再进行检查，保证不能有错线、开路、短路这样的问题。- 13 -4.2.24.2.2 焊接焊接开始焊接主要器件：开始焊接主器件，并且

25、边焊接边测试各个电源与地是否存在短路现象，焊接好一部分（功能模块）后立即进行测试，待正常后再焊接下一部分，直到所有的器件都焊接完毕。最小系统焊接完的实物图如下图 9、图 10 所示。 图 9 最小系统实物图图 10 最小系统实物图- 14 -5 5 调试调试 5.15.1 调试前的准备调试前的准备5.1.15.1.1 仪器的装备仪器的装备测试需要用的仪器一般有电脑，示波器，电烙铁，万用表。5.1.25.1.2 调试场地的准备调试场地的准备调试的场地一般选择在实验室，因为我们自己的条件有限，有些设备一般都没的。所有在实验室好点。调试也相当方便点，要是有什么问题能够在第一时间解决。5.25.2 调

26、试的注意点调试的注意点 在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。这样虽然可以降低系统成本，提高系统的适应性，但是每个系统的调试占去了总开发时间的23，可见调试的工作量比较大。单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。5.35.3 单元电路调试单元电路调试5.3.15.3.1 显示电路调试显示电路调试显示电路主要是测试 LED 显示器的好坏，开始的时候我们将 LED 显示模块拿出来

27、测试，分别用规定的电平加至控制数码管段和位显示的引脚，看数码管显示是否与理论上一致。不一致，一般为 LED 显示器接触不良所致，必须找出故障，要是一致说明显示器良好。接着就是将显示模块接在最小系统中进行调试。通过单片机最小系统的程序进行调试，保证显示模块的良好。5.3.25.3.2 按键电路调试按键电路调试键盘调试一般显示器调试通过后，键盘调试就比较简单，完全可以借助于显示器，利用程序进行调试。利用开发装置对程序进行设置断点，通过断点可以检查程序在断点前后的键值变化，这样可知键盘工作是否正常。5.3.35.3.3 电源电路的调试电源电路的调试电源模块主要是电压测试，测试结果为：小型变压器输出为

28、18v 和8v 的交流电，经过二极管整流桥整流，再通过稳压芯片7805和7812,7912输出的电压分别是+5v 和- 15 -+12v，-12v，电压测试的结果和预期目的一致，从而确保了提供给其他模块电压的稳定性。5.3.45.3.4 单片机最小系统的调试单片机最小系统的调试单片机输入输出接口主要是信号的测试。根据理论计算和软件仿真的预期结果，再通过对响应的信号进行测试，测试结果与预期结果基本一致，保证了系统按照设计的思路正常进行。5.45.4 联机调试联机调试联机调试必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具。这些工具是单片机开发的最基本工具。信号线是联络8031和外部器件的纽带，如果信号

29、线连结错误或时序不对，那么都会造成对外围电路读写错误。51系列单片机的信号线大体分为读、写信号线、片选信号线、时钟信号线、外部程序存贮器读选通信号（PSEN） 、地址锁存信号（ALE） 、复位信号等几大类。这些信号大多属于脉冲信号，对于脉冲信号借助示波器（这里指通用示波器）用常规方法很难观测到，必须采取一定措施才能观测到。应该利用软件编程的方法来实现。联机调试数据图如下图11所示。图11联机调试数据图- 16 -结论与谢辞结论与谢辞参考文献参考文献1 唐志宏.数字电子技术M.机械工业出版社,2006,8：2436.2 陈其纯.电子线路M.高等教育出版社,2005,3：1221.3 华成英.模拟

30、电子技术基础M.高等教育出版社,2000,5：1625.4 江捷.数字电子技术基础M.高等教育出版社,1998,7：2837.5 李晓荃.单片机原理与应用M.北京电子工业出版社,2000,3：1931.6 刘和平.单片机原理及应用M.重庆重庆大学出版社,2002,5：1214.7 李群芳.单片微型计算机原理与接口技术M.电子工业出版社,2002,9：5872.8 谢自美等.电子线路设计、实验、测试（第二版）M.华中科技大学出版社,2000,9：4658.9 李东.MCS51/98系列单片机原理与应用M.机械工业出版社,1997,5：1635. - 17 -附件附件 1 1 硬件电路原理图硬件电

31、路原理图1 1 总电路图总电路图- 18 -GND13VCC11IN -026msb2-1212-220IN -1272-3192-418IN -2282-582-615IN -312-714lsb2-817IN -42E OC7IN -53A DD -A25IN -64A DD -B24A DD -C23IN -75A LE22ref(-)16E NA B LE9ST A RT6ref(+)12C LO CK10U 2A DC 0809O C1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U 1SN 74L S373D5

32、Q1C LK3Q2R4S6U 3A4013V CCV CCD 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 712345678J1AD下下下8下下下下下12345J2AD下下P2.7W RR DIN T 012J0下下3233343537363839P00P10P02P03P04P05P06P071216172830A LE /PV CC8910U 4C7402123U 4A7402456U 4B740212345678J3下下下下下下C 0C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 0C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7123J5C ON

33、3123J4下下下下下下A 0A 1A 2A 0A 1A 2B 0B 1B 2B 0B 1B 212345678J6C ON 8E 0E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 7E 0E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 712345678J7C ON 8D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D9Q13C LK11Q12R10S8U 3B40131122R 22201122R 32201122R 42201122R 5220W 1W 2W 3W 4W X 1 W X 2 W X 3 W X 4W X 1W X 2W X 3W X 4abfcgdeD PYa11b7c4d2e1f10g

34、5abcdefgdp3dpdpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpVCC6VCC8VCC9VCC12A 1SM GV CC1122334455667788J3C ON 81122J1C ON 2V CCE1C3B2Q 1PNPE1C3B2Q 2PNPE1C3B2Q 3PNPE1C3B2Q 4PNP1234J2C ON 4W 4W 3W 2W 12374618U 3O P07113322ad590U 4A D590+5vR 79K1122W3R 82K-12v+12v2374618U 2O P072374618U 1O P07R 15KR 310KR 45KR 610K-12V

35、+12V-12V+12VO UT12J3C ON 2R 5100kR 2100k+5V123J2C ON 3+12V-12V12J1C ON 2O UTS1SW -PBS2SW -PBS3SW -PBS4SW -PB12345J1C ON 5E A/V P31X 119X 218R ES ET9R D17W R16IN T 012IN T 113T 014T 115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSE

36、N29A LE /P30T XD11R XD10U 18051C 120pC 220pC 322uR 110k12345678J18下下下下下下下12345678J3下下-下下1234J4下下-下下V CCD 1L EDV CCR XDT XDY 112.000MH Z123456789J2下下V CC12345J7下下1234J6下下V CCT XDR XD12345J5AD下下P27A LE /PPSE NIN T 0R DP27W DIN T 0A LE /PR DW DP24P25T 0T 1T 1T 0P24P25Q 1N PNL S1SPE AK E RR 410KV CCR 31

37、0KR 210K 图1总电路图附件附件 2 2 硬件电路硬件电路 PCBPCB 图图- 19 -1 1 温度采集放大温度采集放大 PCBPCB 图图图 1 温度采集放大 PCB 图2 2 单片机最小系统单片机最小系统 PCBPCB 图图图 2 单片机最小系统 PCB 图3 3 按键电路按键电路 PCBPCB 图图- 20 -图 3 按键电路 PCB 图4 A/DA/D 转换系统转换系统 PCBPCB 图图图 4A/D 转换系统 PCB 图 5 5 显示电路显示电路 PCBPCB 图图- 21 -图 5 显示电路 PCB 图6 6 电源电路电源电路 PCBPCB 图图图 6 电源电路 PCB 图7 7 下载版电路下载版电路 PCBPCB 图图- 22 -图 7 下载版电路 PCB 图 附件附件 3 3 硬件电路实物图硬件电路实物图- 23 -1 1 总电路图总电路图图 1 总电路图2 2 显示电路显示电路图 2 显示电路