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- UID
- 1029342
- 性别
- 男
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Atmel公司的AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM）的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储器技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。在控制系统中，有许多场合需要对温度进行测控。在以往的温度测控系统中，大多采用对温度传感器采集到的信号放大，经A/D转换，然后送入单片机进行处理，要提高精度，就必须采用高精度的放大器和A/D转换器。.
本文所设计的基于AT89C51的温度测量和控制系统，采用铂电阻PT100作为温度传感器，信号处理采用双积分电路，系统成本低，测温精度高，动态响应快，稳定性好，具有良好的可靠性和有效性。
温度采集及控制原理
温度测量是系统的核心部分，其精度直接关系到控制系统的可靠性。在设计中，采用铂电阻PT100为测温元件。PT100具有性能稳定、抗氧化能力强和测量精度高等优点。选用三线制的设计方法，可以弥补传感器线路过长，线路电阻造成的测量误差，精度高，电路简单。
温度测控模块主要由以下几个单元组成：信号输入单元、八个单元双积分电路、微控制器单元和通讯接口单元等组成。 温度采集控制系统中各模块单元的功能如下：
(1) 信号输入单元: 温度测量采用的传感器通常有多种，一般设计时要考虑应用场合、温度范围、复杂程度、价格因素等。本设计采用精度高、稳定性好、重复性好的铂电阻元件PT100。在0-630.750C温度范围内，PT100的温度－电阻特性如下：Rt=R0(1+at+bt2); 其中，a=3.96847*10-3/0C ,b=-5.847*10-7/0C
特性中，Rt为在温度T下的电阻值；R0为在零度时的电阻值。在微控制器AT89C51的控制下，分时将八路测温点的温度传感器PT100送来的信号送入双积分电路单元进行A/D转换。
（2）微控制器：温度采集采用的微控制器是Atmel公司的AT89C51。它与MCS-51微控制器产品系列兼容，具有宽工作电压范围：2.7V～6V，带有1个8 位的微处理器(CPU)，2个定时器/计数器，6个中断源, 4 KB的Flash存储器，128Byte片内RAM，4个8位并行I/O接口P0～P4，每个口即可以用作输入，也可以用作输出；一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口，用于实现单片机和微机之间的串行通讯。
（3）双积分电路单元：PT100的阻值与温度成正比，Vp正比于PT100的阻值，Vc正比于Vp，放电时间T与Vc成正比。通过控制二极管，就可以读出电容上电压的放电时间。当Vd转为高电平时，电容充电，Vint为高电平； 当Vd转为低电平时，电容开始放电，放电到低于Vref(2.5v)时，Vint变为低电平，产生中断信号。通过单片机内部计数，就可以测出放电时间。根据几个参考点的测量，可以得出它们的线性表达式。从而可以计算出温度值T。
（4）通讯接口单元： 采用RS485总线结合一些嵌入式模块构成主要的前端控制服务器。基于AT89C51的温度采集模块可直连于全双工RS485总线，经过嵌入式网关Atmega128接入以太网中，根据控制的需求，写入相应的支持TCP/IP协议的应用程序，用户就可以通过网络浏览器或组件进行远程访问。
4 软件结构
虽然汇编语言是一种常用的单片机软件语言，它能直接操作硬件，指令的执行速度快。但其指令系统的固有格式受硬件结构的限制很大，且难于编写与调试，可移植性也差。我们所设计的温度采集系统的微控制器AT89C51的程序是采用C51语言编写。C51语言具有许多强大的功能，如提供丰富的库函数供用户直接调用，完整的编译控制指令为程序调试提供必要的符号信息等等。
开发平台是Keil公司的Keil C7.0。使用Keil C7.0语言编译器，可以缩短开发周期，降低开发成本，而且易于调试和维护，可靠性高，可移植性好，即使在代码的使用效率上，也完全可以和汇编语言相比，因此目前它已成为开发AT89C51单片机的常用工具。
软件的设计是由主程序和子程序组成。主程序主要完成对系统硬件电路的初始化，设置堆栈指针、各缓冲区首地址、T0、T1工作方式及串口的初始化等。T0工作在定时方式作为巡回监测的定时器，T1作为串口的波特率发生器，P0口作为数据通道，并和P2口配合作地址端口，P1口和P3口则作为状态标志使用。
5 结语
基于Atmel公司AT89C51单片机完成的温度测量和控制系统, 由于采用具有良好线性度，可靠稳定性的铂电阻，具有抗干扰能力强，可适应各种复杂的测温场合，只需升级软件即可大幅度提高精度，具有很强的扩展性，结构开放, 效率高，操作简单，组网方便。该系统也可广泛应用于高精密度的工业测控、数据采集等领域中。 |
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