e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  EDA

数字温度计的设计与仿真

2014/3/16    来源:万方数据    作者:高鹏飞  李双喜      
关键字:数字温度计设计  Proteus  
设计并仿真了一款基于单总线技术的数字温度计。核心部件为AVR单片机ATmega32,主要控制在单总线上所连接的温度传感器件以及与主机的通信等功能。温度采集部分采用达拉斯半导体公司生产的DS18B20进行多点分布式测量,另加入RS232接口用以进行上位机通讯。在Labcenter公司开发的EDA软件Proteus仿真环境下进行了仿真验证,仿真结果证明该系统工作稳定、可靠。

1 需求分析

    温度是一个重要的物理参数,许多重要的物理、化学过程都要求在一定的温度条件下才能正常进行,因此温度的测量方法和测量仪表在实际的生产过程中十分必要。

    现代工业现场工作条件恶劣、电磁干扰严重,对现场温度检测提出了较为苛刻的要求,概括来说,系统功能要求如下:

    (1)尽量减少现场接线数量。

    (2)具有较高的可靠性、抗干扰性。

    (3)能够同时采集并显示多点温度。

    (4)具备足够的测量精度和测量范围。

    (5)易于安装、使用及维护。

    (6)在满足上述条件的基础上尽量减少成本开销。

2 总体设计

    2.1 方案设计

    系统方案分为供电电源,温度测量,控制器,温度显示和上位机通讯接口五部分。

    (1)供电电源:用常用220V交流电经过变压、整流、稳压后得到控制器所需要的5V电源。(2)温度测量:传感器是整个系统中最重要的部分,它的精度灵敏度基本决定了温度检测系统的精度、测量范围等。本次设计选用数字式温度传感器DS18B20。该传感器具有独特的单总线接口,与主机通讯时只需一根信号线,全数字信号输出且无需外部器件,因而十分适用于现代工业现场。(3)控制器:控制器是整个检测系统的核心,与传统的温度计相比,由于电子式温度计具有数字通信接口,并且系统的抗干扰能力、实用性有了较大的提高。处于性价比方面的考虑,本设计选用Atmel公司的8位高性能、低功耗的单片机Atmega32。(4)温度显示:采用8位8段数码管显示每个传感器所采集到的温度,第一位显示正负,第二、三、四位显示整数,剩余显示小数。因数码管控制引脚较多、为易于扩展,加入数码管驱动芯片MAX7219。(5)上位机通讯:上位机通讯部分采用RS232通讯接口实现与上位机的串口通信,方便用户的管理与控制。

    2.2 系统框图与工作原理

    系统方案如图1所示。多个数字式温度传感器DS18B20多点分布式测量,将采集到的温度数据通过单总线传送给控制器Atmega32,在传输过程中采取CRC校验方式。控制器经过数据处理通过SPI总线传递显示信息,经数码管驱动芯片MAX7219点亮数码管,实时显示温度数值,同时将各个传感器的数据通过串口传送位机。

系统框图

图1 系统框图

3 硬件设计

    温度显示部分采用了SPI总线架构,新扩展的MAX7219只需将CLK,LOAD引脚接到SPI总线上,DIN引脚连接到上一片MAX7219的DOUT引脚。

    上位机为通用PC机,串口是RS232电平,而单片机的串口是TTL电平,两者之间必须有一个电平转换电路,为此采用了专用芯片MAX232进行转换,RS232采用三线制连接。

责任编辑:程玥
本文为授权转载文章,任何人未经原授权方同意,不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用,e-works不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之,以便进行及时处理。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
兴趣阅读
相关资料
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐