供配电系统高压设备运行温度多点检测系统设计
摘要
开关柜是重要的输配电设备，在电力系统中起着非常关键的作用。在设备长期运行中，由于触头老化或超负荷运行，容易导致局部温度过高，如果没有及时排除，最终将引发火灾等事故。因此，对开关柜进行监测具有重要意义，尽量做到提早预防、提早发现、及时处理。
本文给出的开关柜温度在线监测系统设计，采用红外温度传感器采集开关柜内母线排温度，所得的模拟信号经过A/D转换后送到现场控制单元，由微处理器对数据进行处理。最终得到的温度值由液晶屏显示。控制单元根据设定值判断温度是否超限，若超限则启动报警装置。数据通过RS-485串口通信上传到管理计算机，实行远程监控。
系统传感器、电路板工作所需电源都由板上集成的电源模块供给，与外接电源隔离，RS-485通信采用光电隔离处理。在处理温度数据时，采取多次测量，去掉最大、最小值后取平均值的方法，数据传送采用偶校验。监控软件可以实时采集数据，并进行显示、存档和对比处理，具备记录、报警、打印、设置等功能。系统使用MFC开发温度监控软件，数据存储采用目前实时通信系统中比较常用的关系型数据库Access 2000，采用ADO 访问技术。
关键词: 开关柜；在线实时监测；传感器；A/D转换
Abstract
Switchgear is one of the most important parts of the electric system. But there are always some accidents here because of the high temperature. We all know that the current gets across the resistance will heat the equipments. When the temperature exceeds the limt then a fire happens which causes a lot of damage. Also the temperature goes too high is a signal of the error of the equipment which is the base of the electric system. Therefore, monitor system means a lot to the electric system. It can ensure the electric system to work well.
This system is based on the microcontroller MSP430F149, using IR temperature measurement technology. The AD7656 transfers analog inputs into digital outputs and then passes to MSP430F149. Using micro-processor to process the frequency signal of infrared temperature sensors and to display the temperature, and give an alarm according to the rising temperature of switchgear's measuring part. The monitoring system sends temperature data to computer through RS-485.
The power supply of the system is isolated from the outside.Also RS-485 communication is optical isolated. The final temperature is an average of several measurements, except the largest and the smallest data. Verifying even when the data is transferd to the computer. The software of on-line real-time monitoring for temperature can show the temperature real-time, analyse the data, give an alarm, save the data, and so on. The system can notify the workers about the alarm in time to avoide the accident. The software is empoldered using MFC. The temperature is saved to the Access 2000 database. The software uses ADO technique to read the data from the database.
Key words: switchgear; on-line real-time; sensor；AD conversion
目录
摘要........................................................... I Abstract ...................................................... I I 1 绪论 (1)
1.1选题目的及意义 (1)
1.2 研究技术现状 (1)
1.3 主要内容和安排 (2)
2 红外测温原理和方案设计 (4)
2.1 红外测温原理 (4)
2.2 红外测温影响因素 (5)
2.3红外测温系统组成结构 (6)
2.4系统总设计方案 (6)
2.5硬件功能 (7)
2.6软件功能 (8)
本章小结 (8)
3 系统硬件设计 (10)
3.1设计方案 (10)
3.2器件选型 (10)
3.3各功能模块电路设计 (12)
3.4 PCB设计 (17)
3.5本章小结 (18)
4 现场控制软件单元设计 (19)
4.1开发环境简介 (19)
4.2程序总体设计 (20)
4.3.数据采集 (21)
4.4数据处理 (22)
4.5 LCD显示 (22)
4.6中断处理 (23)
4.7偶校验函数 (24)
4.8 本章小结 (24)
5 上位机监控软件设计 (25)
5.1监控界面简介 (25)
5.2各功能模块设计 (25)
5.3本章小结 (28)
6 总结与展望 (29)
6.1工作总结 (29)
6.2 展望 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
附录A:外文翻译-原文部分 (33)
附录B：外文翻译-译文部分 (37)
附录C:硬件PCB图 (39)
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1 绪论
1.1选题目的及意义
近年来红外测温技术被越来越多的企业和厂家所认识和接受，在冶金、石化、电力、交通、水泥、橡胶等行业得到了广泛的应用。
红外测温具有如下优点：
(1)、不需要接触被测物体，不会扰乱被测物体的温度场，不影响温场分布，从而具有较高的测量准确度；
(2)、在测量过程中，光电器件不必和被测介质达到热平衡，所以测量速度快，因而能检测温度的迅速变化过程，并能测量运动物体的温度；
(3)、测温范围广，采用红外接受器件，可以测量相当高的温度，下限可测量-170℃；
(4)、测量距离可近可远，近者可达几厘米，甚至更小，远者可达近百公里；
(5)、可以测量小面积的目标，目前可测量出直径小至7.5μm的目标温度；
(6)、测量对象以黑体最为合适，但也可以测量一般物体。
正是这些优点使得红外测温技术得到越来越受到广泛的应用，该技术在温度测量领域具有不可替代的优势。随着电力系统的大容量化、高电压化、结构复杂化、用电客户对电网稳定性提出越来越高的要求，供电控制设备的安全运行对社会生产具有非常重要的作用。因此对供电控制设备进行实时的状态监测十分必要。
电力系统中，开关柜的应用相当广泛，担负着开合电气设备、保护设备安全的双重重任，其内部导电连接处的接触特性直接影响到控制器件工作的可靠性。开关柜由许多继电器和强电控制器组成，在设备长期运行过程中，会出现接触点老化、接触不良、接线柱松动等情况。这些情况容易导致设备局部发热或者产生电弧，烧蚀周围部件，造成设备损坏、停电事故甚至引发火灾，给工厂、企业单位、国家等造成巨大经济损失。为了确保电力系统的安全运行，最大程度地降低事故发生率，需要对开关柜关键部位的温度进行在线监测，达到对设备运行情况的实时了解，以减少设备故障次数，防止重大安全事故的发生。本文针对该问题旨在设计实现一套基于红外测温传感器的温度监测系统。
1.2 研究技术现状
1.2.1 开关柜测温技术研究
开关柜大多处于高温、高压、强电场、强电磁环境中，要实现对它的温度测量，必须保证测量装置在上述恶劣环境条件下具有较强的适应能力。目前开关柜测温方式大多采用接触式测温和非接触式测温两种形式。
接触式测温是通过设在测量点的温度传感器直接测量温度，有热电偶间接测温法、集成温度传感器测温法等。非接触式测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，有红外传感器测温法、光纤温度传感器测温法等。接触式测量的优点在于测量点位置不受限制，传感器安装布局灵活、简单、可靠，且测量精度高。其缺点在于必须要求传感器在高温、强电场、强磁场环境条件下具有较强的可靠性，还必须解决传感器与采集部分的高压隔离以及传感器自身的工作电源问题。而且由于测温元件需与被测介质接触后进行热交换，才能达到热平衡，从而具有一定的安全隐患。另外，接触式传感器受
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到耐高温材料的限制，接触式测温不能应用于很高温度的测量。非接触式测温的优点在于接收器(传感器)可远离被测对象，解决了高压隔离以及传感器环境温度高的问题，测温速度较快，不会破坏被测物体的温度场。其缺点是只能测量在传感器视角范围内的测量点的温度，且受到物体的发射率，被测对象到测量装置之间的距离，烟尘和水汽等其它介质的影响，一般测温误差较大。
上述两种测温形式常用的方法有贴色片测温法、热敏电阻式测温、光纤测温、红外辐射测温法。贴色片测温根据色片颜色随温度的不同而发生变化的原理来实现温度的测量，测温准确度低，可靠性差。热敏电阻式测温系统在开关柜内部恶劣的环境下具有很大的误差，布线复杂且易损坏、维护量大。光纤测温是将光纤作为温度传感器，通过温度变化调制透过光纤的光强来确定温度，对光源、发射和接收电路的技术和稳定性要求高，测量速度慢、空间分辨率低、系统实现困难。光纤测温的另一种形式是以半导体温度传感器作为探头，光纤作为传光介质，该方法缺点在于测量装置大，减小了开关柜内的绝缘空间，给开关柜的安全运行带来隐患，另外还需要外加工作电源，更换电源时需停电，影响系统的运行。红外辐射测温法，是通过感知被测目标的温度变化对应红外辐射变化来确定其温度，也是一种非接触测量方式，其测量结果受环境影响大，准确度较低，可通过大量实验数据对测量结果进行校正。
1.2.2 国内外研究状况
目前国内外对高压开关柜温度的测量同样通过上述两种方式来实现。国外的ABB配电公司开发了一种名为“SafeGuard”的温度监测系统，用于对高压开关柜的关键部位进行连续不断的温度测量。其原理是采用一个SAW元件直接安装在测量点上作为温度传感器，利用传感器的信号通过振荡电路产生一个频率与温度相关的脉冲信号，使用微处理器进行数据分析，实现与PC机监测的连接。整个系统采用全数字化设计以抑制强电磁场干扰，并用微机联网对高电位上三相多点的温度实行二十四小时连续集中遥测和实现过热报警。
我国北京安伏电子技术有限公司开发的SCAN-3000分布式光纤测温系统，该系统采用一种由光纤传输温度信号的高技术传感器，为一种非接触式测量。由于光纤的高绝缘性能，使其在高压电器设备方面有着广泛的应用领域，如中高压电缆接头的运行温度在线监测、母线连接点的运行监测、主变压器内部有载分接开关连接处的运行温度监测、避雷针等其它设备的温度监测。SCAN-3000分布式光纤温度监测系统能实现高压运行部件的在线监测，与传统的蜡片和色温法相比，具有良好的实时性和稳定性，但是存在光纤沿表面放电的问题，需要很长的沿面放电时间，所以存在一定的缺陷。
鉴于以上分析，有必要研究一种应用于高压开关柜设备温度在线监测装置，不仅要实现高压隔离，温度实时监测，而且还要解决传感器环境温度高、电磁干扰等问题。
1.3 主要内容和安排
本系统采用红外温度传感器对开关柜温度进行采集，大大提高了安全性。随着科技、工艺的进步，以前局限红外温度传感器应用的一些缺点已经得到改善，系统采用的红外测温仪IPTP-SOOLS体积小，性能好，加上配合使用高精度的A/D转换芯片，多次采集并去掉最大、最小值，再取平均值来减小误差，测量结果比较精确。论文所研究的开关柜温度在线实时监测系统，主要由三部分构成:温度数据采集、单片机数据处理和上位机监控软件部分。每个开关柜内放置6个红外测温探头，分别采集柜内各隔离开关触点的温度，通过AD转换单元将数据送至单片机，单片机再将数据根据转换公式转换为温度值，送LCD
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显示并储存，若上位机查询数据则将储存的数据通过RS-485总线送到上位机。多个这样的系统可以联网同时工作，每个开关柜都有一个独立编号，上位机可以在线实时循环查询各个开关柜内各触点的温度，温度分辨率可以达到16bit。上位机对每个触点的温度进行数据存储，实时分析，如果温度超过上位机设置的报警温度，上位机将提醒使用者并生成温度报警记录。
开关柜温度监测系统的系统软件由在线监测和实时分析两部分组成。软件具有在线采集、监测、分析现场温度的功能，这些分析包括超温分析、温升分析、相间温差分析等，并能作出报警、对比等处理。软件还具有历史记录分析、查看、打印等功能。
论文的主要工作是:根据上述系统要求，选择合适的器件，设计硬件电路，制版、焊接并调试，编写现场控制单元软件以及上位机监控界面。
本文章节安排如下:
第一章:主要介绍本论文的相关背景、研究现状、研究目的、主要内容。
第二章:详细介绍红外测温原理、误差分析。给出了系统总体框架图，对各部分的功能进行简要介绍。
第三章:主要介绍了系统硬件部分的设计实现，包括原理图的设计、电路焊接、调试。
第四章:主要介绍了现场控制单元软件的设计，其中应用的一些算法和一些功能函
数的实现，同时简要介绍了单片机的开发环境和仿真器的使用。
第五章:主要介绍了系统上位机监控软件界面的设计。
第六章:对本课题系统的设计过程进行了总结，就目前仍存在的问题，提出了改进的方向和一些实施办法。
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2 红外测温原理和方案设计
2.1 红外测温原理
自然界中凡是温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，辐射通量密度是物体温度的函数，且与物体本身发射能力有关。物体所发出的红外辐射能量的强度与其温度成比例。物体的温度越高，所发出的红外辐射能量越强。红外传感器经汇聚的红外光照射后产生信号，该信号传到处理电路，处理电路对其进行处理并计算出物体的温度。
2.1.1 斯蒂芬-波尔兹曼定律
温度为T 的物体，其辐射出射度M(λ,T)(辐射源在单位面积上向半球空间发射的总辐射功率，单位为W/CM 2)由温度决定。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，由下式求出：
4/),(T T M σλ= (2-1)
式中ζ为斯蒂芬—波尔兹曼常数；T 为物体热力学温度。
2.1.2 维恩位移定律
在任意温度下，黑体光谱辐射通量最大值所对应的峰值波长
与温度T 乘积为一常
数，这就是维恩位移定律，即 δλ=T m / (2-2)
其中λm 为光谱辐射出射度的峰值波长；δ为一常数。因此，光谱辐射出射度的峰值波长与绝对温度成反比。
2.1.3 基尔霍夫定律
任何物体都不断发出和吸收辐射能量。当物体从周围吸收的能量功率恰好等于自身辐射减小的能量功率时达到热平衡。于是，辐射体可以用一个确定的温度Τ来描述。
物体辐射度M(λ,T)和吸收比α(λ,T)的比值与物体的性质无关，只是波长和温度的普适函数：
),()
,(),(T f T T M λλαλ= (2-3) 不同的物体对外来辐射的吸收，以及它本身向外的辐射都不相同。根据吸收比定义可知吸收比是被物体吸收的辐射通量与入射的辐射通量之比，它是物体温度及波长等因素的函数。当α(λ,T)=1时，这种物体被定义为绝对黑体。换言之，绝对黑体是能够在任何温度下，全部吸收任何波长的入射辐射的物体。在自然界中，理想的黑体是没有的，吸收比总是小于1。
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2.1.4 普朗克定律
单位面积的黑体在半球面方向上单位时间里光谱辐射能量是黑体温度T 和波长λ的函数，这就是普朗克定律。它给出了绝对黑体辐射的光谱分布 其中M(λ,T)为绝对黑体的辐射出射度；T 为绝对温度；λ为波长；C 1为第一辐射常数；C 2为第二辐射常数。
此外红外辐射，又称红外线，是物质分子在其振动状态发生改变时辐射出的电磁波，其波长在0.76μm 到1000μm 之间。红外辐射是不可见光，但是具有较强的热效应。
由以上相关理论可得到实际测量物体温度与其红外辐射度的关系为：
4//),(T T M σελ= (2-4)
式中ε为物体表面的发射率 ；ζ为斯蒂芬—波尔兹曼常数；T 为物体热力学温度。 因此由式(2-4)可得，被测目标的温度。
2.2 红外测温影响因素
2.2.1 待测目标辐射率
通过以上原理描述可知辐射率的大小决定了物体的红外能量幅出度与被测物体实际温度紧密相关。辐射率是指一般物体相对于黑体的辐射能力大小的物理量，与物体的材料形状、凹凸度、表面粗糙度等因素有关，另外也与测量的方向有关。不同物质的辐射率是不同的，红外测温装置从被测物体上接收到的辐射能量大小正比于它的辐射率。
2.2.2 待测目标尺寸
红外温度传感器都有一个测量视角，测温装置的精度与被测物体尺寸和传感器视角相关。使用红外测温装置测温时，通常只能测定被测目标表面上某一确定面积的平均值。待测物体的尺寸与传感器视角有以下几种关系：
1、当待测物体尺寸小于测试视角时，被测物体周围事物辐射的能量就会进入传感器的测量区域，干扰测温数据，造成误差。最终得到温度信息是被测物体和周围事物温度的加权平均值。因此，在实际测温时，通常要求被测物体尺寸要超过传感器视角大小的50%。
2、当被测目标大于测试视场时，测温装置就不会受到测量区域以外事物影响，能够准确的测量被测物体位于传感器视角内确定面积的实际温度，此时传感器的测试效果最佳。
3、当被测目标等于传感器测试视角时，由于环境中物体间的能量在不断的传递，尤其是事物与事物直接相互接触部位，所以此时被测物体温度已受到一定程度影响，但一般影响还比较小，测试效果相对可信。
从上述几种情况可看出在设计测温装置时需要对测量实际情况进行实地考察，确定被测物体的尺寸，选取适合的温度传感器，保证测量装置的测量精度。
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2.2.3 测量距离
所有能量的传递都会有一定程度的衰减，被测物体辐射出的能量在传送到传感器的过程中同样会受到外界环境的影响，造成能量衰减，衰减程度与传感器到被测物体的距离相关，距离越远衰减越大。因此在使用红外传感器进行温度信号采集时，需要通过实验分析选取适合的距离对被测物体进行温度测量。
2.2.4 环境影响
红外测温的准确性还与环境温度有很大关系，被测物体处于一定温度的环境中，自身辐射能量的同时会吸收环境的辐射能量。假设被测物体的温度为T0，环境温度为T1，此时该被测物体单位面积发射的辐射能量为A.ε.σ.T04，被它所吸收的环境辐射能量为A.ε.ζ.T14，
因此该物体单位面积发出的净辐射能量为，A为单位面积，α为物体吸收率，ε为物体发
射率，ζ为斯蒂芬—波尔兹曼常数。
综合以上分析，在设计温度测量装置时需要充分考虑这些影响因素，采取适当的方法减小由这些因素所引起的测量误差。
2.3红外测温系统组成结构
红外测温仪是根据物体的红外辐射特性，依靠其内部光学系统将物体的红外辐射能量汇聚到探测器(传感器)，并转换成电信号，再通过放大电路、补偿电路及线性处理后，在显示终端显示被测物体的温度的仪器。系统主要由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，其核心是红外探测器，将入射辐射能转换成可测量的电信号(如图2.1 )。
图2.1红外测温系统组成结构
2.4系统总设计方案
根据系统设计的要求，系统的主要功能是实现温度监测的智能化，摆脱人工巡检，只需在管理计算机上，就可以了解所有开关柜的运行情况，判断是否存在异常。系统的主要结构图如图2.2。数据处理模块包括A/D转换、LCD显示、报警等功能，上位机监控软
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件界面具有实时温度分析、历史温度查询、报警参数设置等功能。下位机多个模块可以同时且独立于上位机自主工作，只有在收到上位机的查询要求时才将数据上传。因此，工作人员既可以从管理计算机上获得温度信息，也可以从现场直接获得。
图2.2系统总体结构图
2.5硬件功能
系统硬件部分主要完成数据采集和数据处理工作，可分为以下几个功能模块:
①数据采集模块
系统采用红外温度传感器来采集温度，具有安全、准确、快速等优点。红外温度传感器感知被测点的温度，然后通过内部调理电路处理，将温度值以电信号的形式送到后续电路进行处理。
②数据处理模块
传感器送出的信号是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要先将温度信号进行A/D转换，A/D转换完成后将结果送到单片机。单片机将所得到的数字信号再通过算法转换成温度值，然后送LCD显示，同时将数据储存起来，待上位机查询时，再送出去。另外，还要根据报警参数的设置来对采集到的数据进行判断，看是否存在异常。
③通信模块
通信模块的主要功能是与上位机进行通信，完成数据交换。由于系统需要实现点对多的通信，考虑采用RS-485方式。上位机根据每套硬件系统的编号寻址，单片机接收到串口中断时，会将上位机送过来的地址与本身的编号进行比对，如果符合则进一步响应。
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2.6软件功能
系统软件主要由在线监测和实时分析两个部分组成。具体功能模块可分为:
①自检模块
为了使系统能够可靠的工作，系统设计为在打开界面后对各开关柜硬件设备进行检测，看其是否能正常工作。若发现异常，则及时显示提示信息，提醒工作人员检查测温设备。另外，在系统工作过程中，也可以通过比较采集到的数据，分析可能发生的故障，如通信故障、传感器故障、单片机故障等。通过建立自检模块，能够尽可能的避免因系统故障而产生的误报警，方便设备的检查、维修工作，同时保证设备正常有效的工作。
②报警参数设置模块
监控软件的主要功能是及时发现安全隐患，提醒工作人员加以排除，因此报警功能是系统不可或缺的一部分。使用者可以根据行业标准或经验值在报警参数设置模块中实现对温度报警限定值的设置。系统软件则会根据设定值对数据进行分析，并判断是否需要做出报警。根据开关柜温度监测的实际需求，温度报警限定值主要包括:温度报警上限，温度报警下限，温升报警值和相间温差报警。另外，为避免非工作人员的误操作，温度报警限定值的设置和修改需要具有管理员操作权限。
③实时温度显示模块
为了能让工作人员实时了解开关柜的运行情况，实时温度数据显示是一种最直接也是最有效的方法。该模块列出了每个开关柜6路传感器所测得的实时温度值，并设有温度报警、温升报警、相间报警警示灯。
④历史温度曲线模块
工作人员往往需要查询过往的数据，于是历史温度曲线模块应运而生。该模块连接数据库，可以查询有记录的任何一天的温度，并显示当天的最高及最低温度。
⑤地址修改模块
由于系统由多个开关柜温度监测模块组成，上位机查询数据会根据地址来识别各开关柜，这个地址并不是固定不变的，只要不和已有的地址重复，可以根据需要进行修改，这样便大大提高了系统的灵活性。
⑥日志记录模块
考虑到系统安全的需要，在系统启动后，所有有关的操作都会被记录，如何时登录系统，何时执行了何种操作等。一旦出现问题，操作人员可以查看历史日志修复错误操作。
⑦数据查询模块
该模块可以查询记录到数据库的所有数据，包括每个开关柜每个传感器每天测得的温度以及报警参数的设置。打印功能能将表格数据全部打印出来。
⑧系统安全模块
考虑到系统运行的安全问题，登录系统需要用户名和密码，另外，系统对操作权限也做了分级控制，普通操作员只能进行常规操作(如查询数据、查看记录等)，而对温度报警的上下限及其他一些重要的参数的设置只能由系统管理员完成。
本章小结
本章主要介绍了红外测温的原理，遵循的理论依据，根据原理推导出计算温度的公式。同时对运用红外温度传感器测量温度时的一些重要影响因素和设计时应需要注意的问题做了简单说明。最后根据测温原理设计出了整个系统的总体方案，简要介绍了一些重要模
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块的相关功能，每一部分功能的具体实现会将在后续的章节加以详细阐述。
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3 系统硬件设计
系统的硬件主要包括电源模块、温度采集模块、单片机处理模块、LCD显示模块以及RS-485通讯模块。硬件电路设计主要包含以下工作:方案论证、器件选型、画原理图、PCB 制版、焊接以及调试。
3.1设计方案
根据系统设计要求，硬件需要实现数据采集、数据处理和温度显示的功能，同时，要能跟上位机进行通信，每一套系统都要有自己的地址，方便上位机查询。另外，为减小外界影响，加入了独立的电源模块。硬件主要结构如图3.1 。
图3.1硬件结构图
3.2器件选型
3.2.1温度传感器
温度传感器采用红外测温仪，综合考虑各方面性能，选择器件型号:IPTP-SOOLS。其主要性能为:
·测温范围:0-500℃ ;
·环境温度:0-60 ℃ ;
·储存温度:-20-80℃;
·响应时间:150ms;
·距离系数:15:1;
·电源:24V DC ;
.尺寸: 18mm×96mm (L);
·信号输出:标准4-20mA。
由于电流发热效应，开关柜的温度不会低于0 ℃，所以0-500℃己足够，0―60℃的环境温度也符合。由于温度是一个缓变量，所以采集频率不需要很高，系统设计为5s一次，150ms的响应时间对于系统并无影响。距离系数15:1，即要准确测量直径为1 cm的圆形
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区域的温度，必须将传感器安装在距离15m的地方，再加上其本身尺寸也很小，适合像开关柜这样比较狭小的地方。
3.2.2 A/D转换芯片
为了提高数据的精度，A/D转换芯片采用模拟器件公司的16位高分辨率AD7656，其主要性能如下:
·6通道16-bit逐次逼近型ADC ;
·最大吞吐率为250kS/s;
" AVCC范围为4.75V-5.25V ;
·低功耗:在供电电压为5V、采样速率为250kS/s时的功耗为160m/v;
·宽带宽输入:输入频率为5OkHz时的信噪比(SNR)为85dB;
·片上有2.5V基准电压源和基准缓冲器;
·有并行和串行接口;
·与SPI/QSPI小Wire/DSP兼容的高速串行接口;
·可通过引脚或软件方式设定输入电压范围仕(±l0V，±5V);
·采用iCMOS工艺技术;
·64引脚QFP 。
6通道使得单个系统采集的点数最多可达6个，监测更加全面。由于不使用外接电源，低功耗能减小电源模块的损耗。AD7656功能完善，易于单片机控制。
AD7656的转换结果编码采用16位二进制补码方式，如图3.2 .
图3.2 AD7656转换结果对应输入编码图
3.2.3单片机
由于系统需要的单片机控制端口比较多，而且，作为中央处理单元，必须性能稳定，协调各器件工作，具有一定的处理速度，另外，还应具备通信功能，开发环境要成熟，因此，选择TI公司开发的具有16位总线的flash单片机MSP430F149o MSP430F149由于性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐。它采用16位的总线，外设和内存统一编址，寻址范围可达64K，还可以外扩存储器，具有统一的中断管理，具有丰富的片上外
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围模块，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14通道的12位的A/D转换器、一个看门狗、6路I/0口、两路USART通信口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，最高支持8M的时钟(如图3.3 )。可以在线对单片机进行调试和下载，且JTAG 口直接和FE(FLASHEMULATION TOOL)相连，不需另外的仿真工具，方便实用，而且，可以在超低功耗模式下工作，对环境和人体的辐射小，测量结果为100mw左右的功耗(电流为14mA左右)，可靠性能好，加强电干扰运行不受影响，适合工业级的运行环境.
图3.3 MSP430F149内部结构图
3.2.4电源
根据上述选择的器件，系统需要提供24V, 5V以及3.3V, 2.5V的电源。其中24V和5V采用带隔离的DC-DC电压模块。而3.3V则由5V经AMS 1117-3 .3 芯片转换得到，2.5V 由5V经AMS 1117-2.5芯片转换得到，用于提供AD7656转换基准电压。
系统使用的电源模块具有宽输入电压范围，输出长期短路保护、可自动恢复，高开关频率、高密度、高可靠性，输入输出无过冲，低电磁兼容性，紫铜外壳电泳黑，全六面金属屏蔽等功能，模块输出电流大，能满足系统的负载要求。
3.3各功能模块电路设计
3.3.1电源模块
为了方便于调试，系统除了内部供电模块，还外接了开关电源，调试的时候使用外接电源，最后再接上供电芯片，这样不但可以检验电源芯片是否正常工作，万一电路设计存在问题，也减小了损失。
如图3.4所示，J11为5V电源输入端口，J1为24V电源输入端口，J14为24V-5V电源，J15为24V-24V电源，J4为5V-3.3V芯片，J10为5V-2.5V芯片，J12, J13, J19跳
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图3.4电源模块电路设计
针接口。调试的时候将J12, J13, J19分别用跳针连接好，这样外部电源就可以替代电源芯片供给整个系统的用电，此时，内外电源共地。调式通过后，将J12, J13, J19断开，就可以将外部24V电源与内部完全隔离起来，减小外界对系统的干扰。
3.3.2数据采集模块
数据采集模块是指传感器接收红外信号，经内部处理后将温度以电信号的形式输出到A/D转换芯片。由于红外测温仪输出的是电流信号，范围为4-20mA，而AD7656的输入信号为电压，范围为0-5 V，所以必须将传感器的输出信号作一个初步处理，以匹配A/D转换芯片的要求。
如图3.5所示，J5为传感器接口，V1-V5为输出信号，经250Ω的精密电阻接地后连接到AD7656的6路通道端口。4-20mA乘以250Ω得到的电压范围为1-5V，满足要求。
图3.5数据采集模块电路设计
供配电系统高压设备运行温度多点检测系统设计
3.3.3 A/D 转换模块
为了滤去电路中的高频以及低频噪声，在电源信号端口都接上0.1uf 和10uf 的电容(如图3.6 )。另外，AD7656是5V 供电，而MSP430F149则是3.3V 供电，将AD7656的第九个引脚Vdrive 。接3.3V ，这样就能使数据口和一些控制端口直接按3.3V 方式进行通信，而不需要进行电平匹配。各控制端口设计如下:
·Vdrive 接3.3V;
" CONVSTA, B, C 连接到一起，并由MSP430F149的P6.3口控
·RD 读信号由P6.4口控制;
·CS 读写控制信号由P6.5口控制;
·BUSY 判忙信号连接到P6.6;
·REFIN/REFOUT 接2.5V 基准电压;
·SER/PAR 接低电平，采用并行传输方式;
·H/S SEL 接低电平，AD7656工作在硬件选择模式下;
" WR/ REF EN/DISAB LE 接低电平，禁用内部基准电压;
" RESET 信号由P6.7口控制;
" RANGE 经上拉电阻接高电平，表示转换范围为±2×VREF;
·STBY 经上拉电阻接高电平，使AD7656工作在正常模式;
·W/B 经上拉电阻接高电平，字节传输方式;
·DB8-DB 15接P1.0-P1.7;
" DB7/HBEN/DCEN 接低电平，
·DBl-DB6悬空。
AD7656管脚除电源端外，
输出数据时先送低字节:输入电流应在±10mA 以内，因此上拉电阻大小选择2k, 此时，输入电流最大为:
I=5A/2000=2.5mA (3.1)
另外，还需要特别注意的是，AD7656的数字地与模拟地必须分开，否则会影响转换结果的精度。所有的数字地连接在一起，模拟地也连接在一起，最后，再用0Ω的电阻将数字地与模拟地连接起来。0Ω电阻在高频信号电路中可充当电感，主要解决电磁兼容问题，抑制传导干扰。
3.3.4单片机模块
单片机的电路设计主要包括外接晶振、上电复位电路、JTAG 口，地址编码以及I/O 口的连接。
①为确保单片机能正常工作，必须进行上电复位。上电复位电路由电阻及电容组成 ，
3.3V 接到电阻然后再接电容接地，从电阻和电容之间引出信号接到MSP430F149的RST/NMI 脚。电阻及电容的值由单片机需要的复位时间确定。电容两端电压Uc 可由式(3.2)确定: RC c e u 1
3.33.3-?-= （3.2）
②MSP430F149设计为使用外部晶振XT2，晶振频率为8MHz 。晶振的两脚分别接到单片
江西理工大学应用科学学院毕业设计
图3.6 A/D转换电路设计
机的XT2IN, XT2OUT，两个管脚分别接40PF的电容接地。电容大小的确定:C(XIN)=C(XOUT) =2 X CL,CL的值见表3.l.
表3.1电容CL值的确定
JTAG是单片机的下载调试接口。TAP (Test Access Port)是一个通用的端口，通过TAP 可以访问芯片提供的所有数据寄存器(DR)和指令寄存器(IR)。对整个TAP的控制是通过
供配电系统高压设备运行温度多点检测系统设计
TAP Controller来完成的。TAP总共包括5个信号接口TCK, TMS, TDI,TDO和TRSToMSP430F149的JTAG接口为标准IDC-14封装形式，其第二脚Wcc-MSP接3.3V，第九脚GND接地，其余1脚TDO、3脚TDI, 5脚TMS, 7脚TCK, 11脚RST/NMI分别接到MSP430F149的对应接口。
③报警电路是为了在发现温度异常时提醒工作人员用的，电路如图3.7所示，Q1为NPN三极管，R28为DS2Y S-DC5V继电器。图3.7中，继电器“4, 8”端口之间为常开开关。
图3.7报警电路
④地址编码电路。整个监测系统由多套硬件系统组成，每一套硬件系统都有自己的ID 号，以供上位机查询。这个ID号可以手动设置，利用拨码开关来实现。拨码开关由8路开关封装而成，一端接地，一端连接到单片机的IO口并通过上拉电阻接3.3V，这样，通过拨动开关可以实现“0"、 "1”的输入，8位就是一个字节，共可实现128个不同的ID 号。MSP430F149输入电流应小于12mA，因此，上拉电阻可选择1k，此时，输入电流最大为:
I=3.3A/1000=3.3mA ( 3.6 )
⑤综合以上，MSP430F149电路设计如图3.8.
3.3.5 RS-485通信模块
RS-485通信模块的电路，电源使用3.3V，通过0.1uF和22uF的电容接地。滤去高频、低频噪声。第3脚D1和第4脚D2分别接二极管再通过电容接地。第9脚DI,第11脚DE 和第14脚Vcc5必须加限流电阻，以保护内部二极管。由于一般二极管正向电流可达几百mA到1A左右，因此对于图4.12中，选择R21=R22=R23=1k，此时二极管正向电流最大不超过3.3/1000A，即3.3mA，能满足条件。
计算机硬件（嵌入式）综合实践 设计报告 温度检测系统设计与制作
一．系统概述 1. 设计内容 本设计主要从硬件和软件部分介绍了单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以AT89S52单片机为核心, 同时利用DS18B20温度传感器采集温度，采用4位LED 显示管实施信息显示。 AT89S52单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行实时采集与检测。本设计介绍的单片机自动控制系统的主要内容包括：系统概述、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、部分软件设计及主要技术性能参数。 2. 元器件选择 单片机AT89S52：1个 22uF电容：2个 电阻：1个 万能板：1个 杜邦线：若干 单排排针：若干
DS18B20温度传感器：2个 4位LED显示管：1个 二．软件功能设计及程序代码 1.总体系统设计思想框图如下： 单片机应用 软件调试 软件编程 系统测试和调试 系统集成 硬件调试 选择单片机芯片 定义系统性能指标 硬件设计 2.主程序流程图 3.DS18B20数据采集流程图
4.程序代码 ①、温度记录仪 #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> bit rec_flag=0;.",1); display(l2," ",1); eeprom_format(); display(l1,"Format Successed",1); longdelay(3); break; } if(ser_rec=='N') break; if(autobac_tim>10) break; } autobac_tim=0; break; case 'D':",1); display(l2," ",1); RDTP=512;",1); display(l2," ",1);
10KV 母线回路故障检测控制器软硬件设计方案 徐源 南阳理工学院电子与电气工程系 一、系统功能架构设计 根据附件一的要求,设计故障检测与控制系统架构如下: 高压支线电压送入电压互感器后获得合适的 AC 电压, 经感应电压调整器调整成两路电压,一路作为电压采集信号,一路为驱动电路和执行电路供电,为保证系统整体的稳定性和可靠性,在电压调整器上增加一个抑制峰值电压和反向电涌的抗干扰模块,采集到的电平信号经 A/D数模转换以后,送入 CPU 进行处理,当检测到电平信号的异常后,触发 CPU 的中断系统,在小于 0.1us 时间里对事件反应,先由 CPU 软件进行去抖动处理,滤除干扰信号, 然后判断出故障类型, 由 CPU 发出指令, 由调节执行电路完成高压线回路继电器的通断闭合,从而排除或正确判断故障类型。
系统信息适时通过 LED 屏幕或者 LCD 屏幕进行指示,并且延时参数等信息都可以通过面板的控制键盘进行设置,必要时可以用红外遥控器进行设置。 为保障系统的稳定运行,防止 CPU 死机,采用“看门狗”来防止软件意外的发生;为获得系统的适时故障检测信息, 采用 RTC 时钟并对系统进行适时监控, 并把故障信息存储在 8K 的 EERPOM 中去,防止掉电信息丢失,并可以适时对系统历史信息进行查询;数据通信采用 485总线和综自计算机进行通信。 此系统的自动化程度相对来说很高,功能更强大,稳定性也比较高,可以实现时时故 障显示和判断,甚至是简单故障的排除,人员的劳动强度和安全性得到有效保障,因为系统在很短时间内就可以排除故障或显示故障类型,对电力设备的安全有更大的保障。 二、故障检测控制器走线图
一种新型多点测温系统的设计 一种新型多点测温系统的设计 1温度传感器DS18B20介绍 DALLAS公司单线数字温度传感器DS18B20是一种新的“一线器件”，它具有体积小、适用电压宽等特点。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全新概念。DS18B20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℃；通过编程可实现9～12位的数字值读数方式；可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。每个DS18B20具有唯一的64位长序列号，存放于DS18B20内部ROM只读存储器中。 DS18B20温度传感器的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的电可擦除E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前2字节为测得的温度信息，第1个字节为温度的低8位，第2个字节为温度的高8位。高8位中，前4位表示温度的正(全“0”)与负(全“1”)；第3个字节和第4个字节为TH、TL的易失性拷贝；第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，此三个字节内容在每次上电复位时被刷新；第6、7、8个字节用于内部计算；第9个字节为冗余检验字节。所以，读取温度信息字节中的内容，可以相应地转化为对应的温度值。表1列出了温度与温度字节间的对应关系。 2系统硬件结构 系统分为现场温度数据采集和上位监控PC两部分。图1为系统的结构图。需要指出的是，下位机可以脱离上位PC机而独立工作。增加上位机上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理。现场温度采集温度采集部分采用8051单片机作为中
. . . 课程设计说明书 题目：某商贸集团综合楼高低压供配电系统设计 姓名： 院（系）：建筑环境工程学院 专业班级：建筑电气与智能化12-01班 学号：541201040 指导教师： 成绩： 时间：2015年 1 月 4 日至 2015 年 1 月 9 日
轻工业学院 课程设计任务书 题目某商贸集团综合楼高低压供配电系统设计 专业、班级建筑电气12-1 学号 5412010401 主要容、基本要求、主要参考资料等： 主要容： 1．阅读相关科技文献，查找相关图纸资料。 2. 熟悉民用建筑电气设计的相关规和标准。 3. 熟悉建筑供配电系统设计的方法、步骤和容。 4．熟练使用AutoCAD绘图。 5．学会整理和总结设计文档报告。 6．学习如何查找设备手册及相关参数并进行系统设计。 基本要求： 1、制定设计方案，确定电源电压、负荷等级及供配电方式。 2、确定方案后，绘制各用电设备等布置平面图，绘制高、低压系统图。 3、进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等。编写设计计算书。 4、编制课程设计说明书。 已知参数： 某调度中心供配电系统设计平面图和工程概况见图纸资料。 主要参考资料： 1.供配电工程设计指导，机械工业，翁双安，2004 2建筑供配电系统设计，人民交通，祥红等，2011 3.AutoCAD2008中文版电气设计完全自学手册，机械工业，孟德星等，2008 4.供配电系统设计规，GB50054-2009 5.民用建筑电气设计规，GBJGJ_T16-2008 完成期限：2015-01-11 指导教师签名： 课程负责人签名： 2015年 01 月 11 日
实用温度监测系统 学院：电子信息工程学院专业：通信工程1303 学生姓名：张艺 学号：13211075 任课教师：刘颖 2015年06 月10 日
目录 实验题目：失真放大电路 .............. 错误！未定义书签。 1 实验题目及要求 (2) 2 实验目的与知识背景 (2) 2.1 实验目的 (2) 2.2 知识点 (2) 3 实验过程 (4) 3.1 选取的实验电路及输入输出波形 (4) 3.2 每个电路的讨论和方案比较 (16) 3.3 分析研究实验数据............. 错误！未定义书签。 4 总结与体会 (20) 4.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻， 有那些创新点。 (20) 4.2 对本课程的意见与建议......... 错误！未定义书签。 5 参考文献 (21)
目录 1.电路设计及原理分析 (3) 1.1设计任务 (4) 1.2技术指标 (4) 1.3电路原理图 (5) 1.4基本原理 (5) 2.电路模拟与仿真 (6) 2.1仿真软件 (6) 2.2创建电路模拟图 (9) 2.3元件列表 (9) 2.4仿真记录与结果分析 (10) 3.实际电路的安装调试 (15) 3.1 元件参数确定 (15) 3.2 电路板布线设计 (15) 3.3 焊接 (15) 3.4调试与测量 (15) 3.5分析结果及改进 (16) 4.总结 (176) 5.心得体会 (177) 6.参考文献 (198)
1.电路设计及原理分析 1.1设计任务 通过Proteus软件仿真精密双限温度报警仪设计，在老师点拨我们自学的基础上了解了运放的作用，用了比较器，震荡电路等知识，根据找到的电路图进行仿真，调试电路，明白了温度报警的意义。 通过比较器产生“数字模拟信号”，使得在信号产生的时候，震荡电路工作产生震荡信号驱动扬声器报警。 1.2技术指标 a.当温度在设定范围内时报警电路不工作； b.当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警； c.上下限低于报警led用不同颜色； d.上下限可调； e.控温精度度 1℃ f.监测范围0.5℃
前言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。 随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中.其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等. 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_）的结晶.目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路.有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。 为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度,利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。在近端与远端通信过程中，采用串行MAX232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。
机电专业课程设计温度检测系统 学生姓名李晓晓 学院中国矿业大学年级专业2011机电专本指导教师孙长青完成日期2012年6月 前言
温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，生产过程中常常需要对温度进行检测和监控。在传统的温度测控系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当，就会造成整个系统性能的下降。采用数字温度传感器与单片机组成的温度检测系统进行温度检测、数值显示和数据存储，体积减小，精度提高，抗干扰能力强，并可组网进行多点协测，还可以实现实时控制等技术，在现代工业生产中应用越来越广泛。 本设计就采用以51单片机为核心，和单总线数字式温度传感器DS18B20 模拟出一温度控制系统，当温度没有超过预设温度时数码管显示当前温度，此本系统就是一个温度计。当温度超过预设温度时电路中的发光二极管就会闪烁报警，当温度降下时就停止闪烁，此时本系统就是一个温度监控器。以DS18B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛使用于距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广应用价值。 目录
前言 (1) 1 总体设计方案 (3) 1.1设计的目的及意义 (3) 1.2总体设计思路 (3) 1.3总体设计方案设计 (3) 2 系统的硬件结构设计 (4) 2.1器件的选择 (4) 2.2电路设计及功能 (8) 2.3单片机的内部资源 (9) 2.4芯片DS18B20器件介绍 (10) 3 系统的软件设计 (13) 3.1设计的流程图 (13) 3.2系统部分程序的设计和分析 (14) 结论 (16) 附录Ⅰ程序设计 (17) 附录Ⅱ参考文献 (21) 附录Ⅲ结束语 (22) 附录Ⅳ实物照片 (23) 1 总体方案设计
摘要 本次设计的课题是住宅小区10kV供电系统的一次设计。依据配电自动化的内容和国内外配电自动化的发展现状，本着“安全性、可靠性、经济性以及易维护性”的原则，完成了本次设计。 以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，再根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出最为合适的方案。这次设计的主要内容包括小区负荷的计算，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，无功补偿设计，防雷保护装置的设计。 供电系统采用的是降压箱式变电站，具有10kV和38个0V两电压等级，10kV一侧接与小区旁边经过的110kV变电站的10kV母线，380V主要用于小区用户及小区公共场所的用电。 关键词：箱式变电站，短路计算，无功补偿，接地
THE POWER SUPPLY SYSTEM DESIGN OF RESIDENTIAL Abstract: The design of this residential area is the subject of the preliminary design of 10kV power supply system. The development present condition that contents and domestic and international power distribution that automates according to the power distribution automate. The power supply system designed is very important, if the system is broken, the entire residential area will affect the power supply, so the high reliability requirements. Therefore, the design must take into account the power system security, reliability and economy. With our country each current relevant specification regulations etc. technique standard is basis, again provide original data according to the task book, according to interrelated data and book, carry on compare vs various scheme but get most suitable scheme.This manual wiring through the residential load calculation, short circuit current calculation,the main electrical equipment to determine the model and parameters, reactive power compensation design, lightning protection and over voltage protection. The power distribution system step-down box-type substation with 10kV and 380V 2 a voltage, 10kV and 110kV substation side of the access bus 10kV, 380V electricity mainly for residential users.
温室大棚温度测量系统设计 摘要 温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素，温度过高或过低，都会影响蔬菜的生长。传统的温度控制是用温度计来测量，并根据此温度人工来调节其温度。但仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。为此，现代的蔬菜大棚管理常需要温度自动控制系统，以简单方便、快速的的控制大棚的温度。 本设计以STC89C52RC单片机为控制中心，用DS18B20为温度检测传感器，NRF905无线射频芯片为传述单元并用LCD1602显示。由温度测量控制电路、键盘、显示电路、报警电路等组成，实现对大棚环境温度测量与控制，用户可通过键盘设置需要报警的上下限值。文中从硬件和软件两方面介绍了温度控制系统，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。并用Keil作为软件调试界面，PROTEUS作为硬件仿真界面，实现了系统的总体调试，结果表明该系统能实现温度的自动测量和自动控制功能，可将棚的温度始终控制在适合蔬菜生长的温度围。 关键词: STC89C52RC，温度传感器，NRF905，LCD1602 ABSTRACT For the vegetable greenhouse, the most important management factor is the temperature control. If the temperature is too high or too low, the vegetables will be killed or stopped growing.Traditional temperature control is suspended a thermometer in greenhouse internal, the workers can regulate the temperature inside the greenhouse based on the temperature value. Now, the modern management of vegetable greenhouses usually uses automatic temperature to control system. The design use the STC89C52RC microcontroller as the control center, within DS18B20 for temperature detection element, including the temperature control circuit, keyboard, display circuit, alarm circuit, achieving the greenhouse environment, temperature measurement and control, the user can set the desired alarm through the keyboard. And using Keil as a software debugging interface, PROTEUS as hardware emulation and debugging interface to achieve the overall system debugging, the results show that the system can realize automatic temperature measurement and automatic control, So can always control the temperature of greenhouse for vegetable growth’s temperature range. KEY WORDS：STC89C52RC，temperature sensor，NRF905，LCD1602 1 绪论 1.1背景及意义
设计题目：光照强度自动检测显示系统设计一、题目的认识理解 本次设计题目是光照强度自动检测显示系统设计，既然是系统设计，我们可以将其分解为模块，把复杂问题简单化。 数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。 测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。 显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。 二、设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出； 2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计；
3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案 利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。 三、设计所需基础知识及工具 1、基础知识 电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、 比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数 字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测 量电路等部分知识。 2、设计工具 电子电路EDA仿真软件：Multisim 电子线路设计软件：Protel99SE。
课程设计说明书 基于MCS-51系列单片机的 数字温度监测装置设计 学生班级： 学生姓名： 起止日期： 指导教师：
目录 一、引言 4 1. 本次课程设计的重要意义4 2. 温度传感器的发展4 二、设计内容及性能指标 5 三、系统方案总体概述 5 四、系统主要器件选择 6 （一）单片机的选择 6 1.主要性能参数6 2.功能特性概述7 3.引脚功能说明8 4.端口引脚第二功能9（二）温度传感器的选择10 1.总述10 2.温度传感器的选择11 2.1 DS18B20简介11 2.2 DS18B20内部结构11 2.3 DS18B20测温原理15 五、系统整体设计 17（一）系统硬件电路设计17 1.硬件电路设计总体概述17 2.CPU机器基本外围电路设计18 2.1单片机电路18 2.2晶振控制电路18 2.3 继电器电路19 2.4 锁存器74LS373引脚功能及工作原理19 2.4.1 74LS373引脚功能20 2.4.2 74LS373工作原理20 2.4.3 Intel2764引脚功能23 3.前向通道设计23 3.1温度检测电路23 3.2电源输入部分电路24 4.后向通道设计及人机通道设计25 4.1 后向通道设计25 4.1.1 LED显示电路25 4.1.1.1 LED显示器的结构25 4.1.1.2 LED显示器的工作原理26 4.1.1.3 LED 显示设计方案27 4.2键盘27 4.3温度报警电路28 4.4复位电路28
5.抗干扰措施29 5.1干扰产生的后果29 5.2抗干扰设计的基本原则30 5.3硬件抗干扰设计31 5.4软件的抗干扰设计32（二）系统软件设计33 1.概述33 2.主程序模块33 3. 部分程序清单34 3.1 温度传感器的驱动程序34 3.2 LED共阳极显示子程序36 六、附录 36 七、致谢 37 参考文献
课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日
目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………
基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：
摘要 随着人们的居住条件的不断改善，人们对小区电力供应的要求越来越高，特别是供电的可靠性和持续性。这就要求在进行供配电系统设计时要结合该小区的规模和规模标准来设计，要既能满足小区的用电负荷，又能保证小区的供电安全及供电可靠性。 本次设计课题容为某小区10KV供配电系统设计。论文的主体结构为：首先论述了课题的意义和设计概况，主要包含此小区供配电系统的设计理论。设计前期根据民用住宅建筑物的负荷计算准则来进行负荷计算，运用了三种负荷计算方法对各类别的用电负荷进行计算和统计，经过分析选择低压集中无功补偿方式，采用并联电容器，使功率因数由0.85提高到0.932，大大降低了设备运行的损耗；再采用标幺值法对短路电流进行运算，选择主要电气设备的型号和参数，灵活将电器设备的原理进行理解及运用，根据数据表，选择了合适的电缆型号和截面。后期则从防直击雷和接地系统的角度，对建筑物进行防雷保护的设计，及图纸的绘制。 关键词：供配电系统；短路计算；无功补偿
ABSTRACT With the continuous improvement of people's living conditions, people's demand for residential power supply is increasingly high, especially the reliability and continuity of power supply. This requires the design of power supply and distribution system to combine the size and scale of the district standards to design, to both meet the district's electricity load, but also to ensure that the district's power supply security and reliability. This design topic for the residential area 10KV power supply and distribution design. The main structure of the thesis is as follows: firstly, the significance and the design of the project are discussed, including the design theory of the power supply and distribution system. Preliminary design according to the load of residential buildings calculation criterion for load calculation, using three kinds of calculation methods of all kinds of used electricity load calculation and statistics, and selection of shunt capacitor of low voltage reactive power compensation, the power factor increased from 0.85 to 0.932, greatly reduces the loss of equipment operation; by p.u. method of short-circuit current calculation, for power transformer selection and electrical equipment models and the parameters identified, flexible understanding and application of the principle of electrical equipment, according to the data table, select the appropriate cable type, and the cross section. From the late direct lightning protection and grounding system point of view, design of lightning protection of buildings, drawing and drawing. Key words ：power supply and distribution system；short circuit calculation；reactive power compensation
南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目：智能温度检测与显示系统的设计专业：自动化
南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） Graduation Design (Thesis) Design of Intelligent temperature examination and display system By Zhang zhe Supervised by Associate Prof. Song Lirong Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2009
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
摘要 环境温度对工业、农业、商业与人们得日常生活都有很大得影响,而温度得测量也就成为人们生产生活中一项必不可少得工作。随着单片机技术得不断发展,单片机在日用电子产品中得应用越来越广泛,温度传感器DS18B20具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度得测量与控制。 本设计所介绍得数字温度计使用单片机AT89s52单片机,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管以动态方式实现温度显示,分时轮流通电,从而大大简化了硬件线路,同时,采用串口通信方式可大大简化硬件电路与软件程序得设计,节省了I/O口。DS18B20数字温度传感器就是单总线器件与51单片机组成得测温系统,具有线路简单、体积小等特点,而且在一根通信线上,可以挂接多个DS18B20,因此可以构成多点温度测控系统。 关键词:单片机;多点检测;串口通信
Abstract Environmental temperature to industry, agriculture, merce, and people's daily life has a lot of influence, and the measurement of the temperature will bee an indispensable people production and life of the work、 Along with the development of the single chip microputer technology, microputer in the daily electronic products is more and more extensive application, the temperature sensor DS18B20 have good linear, stable performance, high sensitivity, anti-interference ability strong, easy to use, widely used in the refrigerator, air conditioner, granaries, etc in daily life temperature measurement and control、 The design of the digital thermometer introduced use single chip puter 89 s52 microcontroller, temperature sensor DS18B20 use, with a total of 4 cathode tube LED digital display to realize dynamic way temperature, in turn time-sharing electricity, which greatly simplified the hardware circuit, and at the same time, the serial interface munication mode can greatly simplified the hardware circuit and software program design, save the I/O port、 Digital temperature sensor DS18B20 is the single bus devices and 51 SCM position, temperature measurement system, with simple line, little volume features, but at a munications line, can be articulated multiple DS18B20, so can form multi-point temperature measurement and control system、 Key Words:Single Chip Microputer; Multi-point detection; Serial mun- -ication
《电气工程CAD大作业》 报告 系别：机电与自动化学院 专业班级：电气自动化技术0901 学生：鲁学 ____________ 指导教师：___________ 强 ________ （课程设计时间：2011年6月20日——2011年6月25日） 华中科技大学武昌分校
1.设计的目的 (1) 2.设计任务 (1) 3.设计任务要求 (2) 3. 1负荷计算及无功补偿 (2) 3. 1. 1各部分的负荷计算 (2) 3. 1. 2无功功率补偿 (5) 3. 2变压器的选择 (5) 3. 3导线与电缆的选择 (6) 3. 4电气设备的选择 (10) 4设计心得体会 (13) 参考文献 (14)
1?设计目的 ?帮助我们熟悉小型工厂的配电系统的构架及建模方案。 ?训练同学们对配电系统最基本的参数i十算，并根据讣算参数选择正 确的的器件来完成配电的需要系统。 ?利用CAD绘图软件画出10MI：厂供配电系统设il?，使我们更加熟悉CAD 的绘 图，实现现10kV及以下低压供配电的CAD系统一体化设汁，使其功能更趋完善，真 正满足设讣人员的需要，这项工作是很有实际意乂的。 2. 设计任务 机械厂的地理位置及负荷分布图 厂房编号厂房名称负荷类型设备容量（kw）需要系数kx功率因数cos（p 1铸造车间23000.30. 7 2锻压车间33500. 30.65 备 用 电 ? 生祸X的 负荷中心 X X机械厂总平面图 大肉比例1： 2000公其电療「復 U牛.締 IX 后厂门 ⑷电傅花糾
3热处理车间31500.60.8 4电镀车间32500.50.68 5仓库3200.40.8 6工具车间33600.30.6 7金工车间34000.20.65 8锅炉房2500.70.8 9装配车间31800.30. 7 10机修车间31600.20.65 11生活区33500. 70.9 3. 设计任务要求 3.1负荷计算及无功补偿 3.1.1各部分的负荷计算 要进行低压供配电系统的设计，负荷的统计计算是其中的一项重要容，负荷计算结果 对选择供配电设备及安全经济运行均起决定性的作用。 负荷计算的LI的是： ①算变配电所变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变圧器容量的依据。 ②汁算流过各主要电气设备（断路器、隔离开关、母线、熔断器等）的负荷电 流，作为选择这些设备的依据。 ③讣算流过各条线路（电源进线、高低压配电线路等）的负荷电流，作为 选择 这些线路电缆或导线截面的依据。 ?计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。 计算负荷是工程设讣中按照发热条件选择导线和电气设备的依据。讣算负荷 确定得是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如果讣算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费， 变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果讣算负荷确定的过小，乂将使电器和导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老10kv及以下供配电CAD系统的设计研究
毕业论文开题报告 机械设计制造及其自动化 温度检测系统的设计 一、选题的背景和意义 在当今社会里，温度和人类的生产、生活有着很密切的联系，同时在工业生产中也是一个很重要的基本工艺参数，例如在机械、石油、化工、电子等各类工业中经常需要对温度进行检测然后进行控制。如今人们的生活水平不断提高，自然也越来越开始关心自己的生活环境，空气中温度的改变会直接影响一个人的舒适感和情绪，所以对温度的检测和控制的研究非常需要的。总之，环境温度的检测仪器的设计和开发有着很好的市场前景和实用价值。 温度是生产生活中主要的环境参数，对其进行准确的检测有着很重要的意义。炼钢炉中温度不正常，会大大影响钢铁质量；人的体温不正常了，说明人生病了；蔬菜大棚中的温度不正常了，就可能引起蔬菜死亡或生长受影响。准确的获得温度值，能更好的提高生活质量和生产力。 二、研究目标与主要内容 本设计是基于AT89S52单片机为核心处理器的温度检测系统。系统采用AT89S52单片为主控CPU机，DS18B20为温度传感器，点阵字符形液晶显示器LCD1602，蜂鸣器，4个按键构成一个完整的温度检测系统。主要功能为：单片机读取DS18B20中的数据并转为温度数据，同时将温度值显示在LCD1602上，检测范围为0摄氏度到99摄氏度,精度为0.5摄氏度；温度报警功能，温度上限报警值可以通过按键进行调整，报警状态也可以通过设置按键进行选择。 1引言 1.1温度检测的研究背景 1.2温度检测的意义 1.3本论文研究的主要内容
2系统硬件设计 2.1系统方案论述 2.1.1单片机选择 2.1.2显示器件的选择2.1.3温度传感器选择2.2系统模块功能介绍2.2.1单片机模块 2.3.2温度传感器模块2.3.3按键模块 2.3.4液晶显示模块 2.3.5蜂鸣器报警模块 3系统软件设计 3.1系统软件整体设计3.2系统子模块程序设计3.2.1显示模块程序设计3.2.2测温模块程序设计3.2.3按键模块程序设计4系统软硬件调试 5实物制作及调试 参考文献 致谢