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单片机温度采集电路的设计与虚拟仿真

作者:时间:2011-12-07来源:网络收藏

0 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/172366.htm

在工业生产中,电流、电压、、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中,控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的进行检测和控制。采用对温度进行控制不仅具有控制方便、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,从而大大提高产品的质量和数量。因此,对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的控制问题。

目前应用的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及等组成的传输系统。这种温度系统需要大量的测温电缆,才能把现场传感器的信号送到卡上.安装和拆卸繁杂,成本也高。同时线路上传送的是模拟信号,易受干扰和损耗,测量误差也比较大,不利于控制者根据温度变化及时做出决定。针对这种情况,本文提出一种采用数字化单总线技术的温度系统,并利用Proteus和KeilμVision 3软件对进行综合,实现了温度实时测量和显示。

1 方案论证

1.1 DS18B20简介

DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种数字化单总线器件,属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比,它能够直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。同时其“一线总线”独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入了全新的概念。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55℃~125℃,在-10~+85℃范围内,精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,用符号扩展的16位数字量方式串行输出,大大提高了系统的抗干扰性。因此,数字化单总线器件DS18B20适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面都有了很大的改进,给用户带来了更方便和更令人满意的效果。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。

1.2 Proteus和KeilμVision 3简介

Proteus是英国Labeenter electronics公司研发的EDA工具软件。Proteus不仅是模拟、数字、模/数混合电路的平台,更是目前世界最先进、最完整的多种型号微控制器系统的平台。它真正实现了在计算机上完成从原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整电子设计与研发过程。Proteus产品系列也包含了革命性的VSM技术,可以对基于微控制器的设计连同所有的外围电子器件一起仿真。

KeilμVision 2是Keil公司关于8051系列MCU的开发工具,可以用来编译C源码、汇编源程序、连接和重定位目标文件和库文件、创建HEX文件、调试目标程序等,是一种集成化的文件管理编译环境。它集成了文件编辑处理、编译连接、项目管理、窗口、工具引用和软件仿真调试等多种功能,是相当强大的开发工具。

1.3 Proteus与Keil的连接设置
(1)检测TCP/IP。
(2)复制Proteus安装目录下的MODELS文件夹里的vdm51.dll到keilc/C51/bin目录。
(3)修改Keil安装目录下的tools.ini,添加TDRV4=BIN\VDM51.DLL。
(4)在Proteus中画好原理图,在“Debug”菜单中选择“Use Remote Debug Monitor”。
(5)在Keil中打开一个工程,右击Target1,选择Op-tions for Target‘Target 1’。在打开的对话框中选择“De-bug”选项卡,选择使用Proteus VSM Emulator仿真(如图1所示),单击“Ok”完成Debug设置。

91.jpg

这样Proteus和Keil就连接好了,仿真结果可以在Pro-teus或者Keil中看到。

2 电路仿真

该电路系统采用“一线总线”数字传感器DS18B20实现温度的采集,采用LM016L液晶显示器进行数据显示。首先启动Proteus并从Proteus元件库中选择需要的元件绘制电路图并设置相应元件的参数值,接口电路原理图如图2所示。

92.jpg

电路绘制完成以后,打开KeilμVision 2新建一个项目,命名为cewen.uv2。选择Project菜单下的Select Device forTarget选择AT89C51。然后单击Project菜单下的Optionfor Target‘Target1’项,选择Debug,使用Proteus VSM Em-ulator仿真。然后新建一个源文件cewen.c,写入源程序(只给出读取温度函数):

93.jpg

最后将该源程序文件加入到当前工程项目中进行编译,编译通过后单击Debug菜单下的Start/Stop Debug Ses-sion,这时切换至Proteus界面会发现电路已经启动仿真,并可以看到仿真结果。图3,图4分别是对温度传感器进行示波器显示的接口电路和显示结果。

未命名.jpg

3 结论

本文设计了一种新的温度采集系统,该系统能通过扩展对多点温度进行实时巡检,各个测试模块能各自实现自己的功能。同时采用Proteus和Keil结合仿真的方法对设计的单片机测温系统进行了仿真和性能检测,得到了比较好的仿真结果和分析结果。结果证明采用Proteus和Keil结合仿真的可以大大简化硬件电路的设计过程,可以降低单片机系统的开发成本、提高效率和开发速度,具有很好的实际应用和指导意义。

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