簡析溫度檢測系統的原理

時間：2022-09-30 18:36:57 電氣自動化畢業論文我要投稿

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簡析溫度檢測系統的原理

　　摘要：本文主要講述采用Protel99SE軟件設計多點溫度檢測與顯示系統的原理圖和印刷電路板的概要過程及設計技巧。

　　關鍵詞：PROTEL;51單片機;溫度監測;RS23

　　一、設計要求、環境、理論基礎、步驟

　　1.要求

　　用8個熱電阻Pt100做溫度傳感器，采用惠斯登電橋測量電路，將熱電阻變化量轉換成模擬電壓信號;用LM324設計放大電路;以ADS7816將模擬電壓信號轉換成為數字信號;單片機將采集到的數字信號經過平滑處理、變換成溫度量用數碼管顯示出來、用按鍵設置報警溫度的上下限值,并具有聲光報警功能。

　　2.軟、硬件環境

　　硬件：PC機、電烙鐵、元器件，鑷子、數據采集試驗臺等。

　　軟件：Protel(制圖)、STC-ISP(下載)、WAVE2000(調試)。

　　3.理論基礎

　　單片機、數據采集基礎、Protel軟件、串行通信

　　4.步驟

　　設計分為硬件設計和軟件設計，開發步驟如下：

　　1)需求分析,方案論證和總體設計階段。

　　2)器件選擇，電路設計，測試程序的編制階段。

　　3)整個系統的設計與性能測定。

　　4)文檔編制階段。

　　二、硬件電路設計

　　掌握各種芯片的資料及性能差異，選擇合適的芯片，用Protel進行原理圖設計和印制電路板設計。

　　1、原理圖設計

　　1 )設置電路圖紙參數及相關信息

　　執行菜單Design/Options和Tool/Preferences，根據電路圖的復雜程度等要求，設置圖紙格式、大小、方向、捕捉柵格、電氣柵格等。

　　2 )裝入所需要的元件庫

　　在Browse區域中的下拉框中選擇Library，然后單擊ADD/Remove按鈕將包含所需元件的元件庫裝入設計系統中。

　　3 )放置元件

　　將選定的元件放置到已建立好的工作平面上，并對其位置進行調整，對其序號、封裝形式、顯示狀態等進行定義和設置。

　　4 )電路圖布線

　　利用 Protel所提供的各種工具、命令進行畫圖工作，將事先放置好的元器件用具有電氣意義的導線、網絡標號等連接起來，構成一張完整的電路原理圖。

　　5 )調整、檢查和修改

　　執行菜單命令Tool/REC對畫好的電路原理圖進行電氣規則檢查，進一步調整和修改，以保證原理圖的正確和美觀。

　　6 )產生網絡表

　　執行Design/Create Netlist命令，彈出Netlist Creation對話框，采用默認的設置，點擊確認后產生了后綴名為.NET網絡報表。

　　2、印制電路板設計

　　印刷電路板設計是從電路原理圖變成一個具體產品的必經之路：

　　1)規劃電路板

　　根據要設計電路板的尺寸。選取Keep Out Layer復選框，執行菜單命令Place/Keep out/Track，繪制電路板的邊框。執行菜單Design/Options，在“Signal Lager”中選擇Bottom Lager，把電路板定義為單面板。

　　2)設置參數

　　參數設置是電路板設計的非常重要的步驟，執行菜單命令Design/Rules，左鍵單擊Routing按鈕，根據要求設置布線工作層、線寬。

　　3)裝入網絡表和元件封裝庫

　　執行菜單Design/Load Nets命令，然后在彈出的窗口中單擊Browse按鈕，再在彈出的窗口中選擇電路原理圖設計生成的網絡表文件(擴展名為Net)，如果沒有錯誤，單擊Execute。若出現錯誤提示，必須糾正。執行菜單命令Design/Add/Remove Library，在“添加/刪除元件庫” 對話框中選取所有元件所對應的元件封裝庫。

　　4)元器件布局

　　Protel既可以進行自動布局也可以進行手工布局，執行菜單命令Tools/Auto Placement/Auto Placer可以自動布局。

　　5)自動布線

　　Protel采用世界最先進的無網格、基于形狀的對角線自動布線技術。執行菜單命令Auto Routing/All進行自動布線。

　　6)手工調整使布局更加合理美觀。

　　晶振連線應該最短化，四個數碼管應該放在一條線上，可調電阻應該放在邊上，5個按鍵和8個模擬輸入應該按次序排放等，在PCB設計中，在整個PCB中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。

　　3、PCB技巧總結

　　PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。有自動布線及交互式布線兩種方式。在自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規則可以預先設定，包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一般先進行探索式布經線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優化，它可以根據需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。

　　1)電源、地線的處理

　　既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率。

　　在電源、地線之間加上去耦電容。加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線>電源線>信號線。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。

　　2)數字電路與模擬電路的共地處理

　　現在有許多PCB是由數字電路和模擬電路混合構成的。數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整個PCB對外界只有一個結點，所以必須在PCB內部進行處理數、模共地的問題，而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統設計來決定。

　　3)信號線布在電(地)層上

　　在多層印制板布線時，由于信號線層沒有布完的線剩下已經不多，再多加層數就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量，成本也相應增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電(地)層上進行布線。

　　4)大面積導體中連接腿的處理

　　在大面積的接地(電)中，常用元器件的腿與其連接，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：焊接需要大功率加熱器，容易造成虛焊點。

　　5)布線中網絡系統的作用

　　網格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，數據量過大，這必然對設備的存貯空間有更高的要求，同時也對運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定位孔所占用的等。網格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網格系統來支持布線的進行。標準元器件兩腿之間的距離為2.54mm，所以網格系統的基礎一般就定為2.54 或小于其的整倍數。

　　6)設計規則檢查(DRC)

　　布線設計完成后，需認真檢查布線是否符合印制板生產工藝的需求：線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產要求。

　　三、總結

　　本溫度采集系統實用性強，測量精度較高，結構較為簡單，成本低，能巡回采集8路信號。適用范圍廣泛，可以單獨使用作為監控儀，用于農業溫室大棚監測植物生長的環境變化，工業廠房測量各部分的溫度等等，也可以作為智能控制系統的一部分，與其它設備協同工作;系統可擴展性強，只需傳感器類型，就可在此基礎上修改為其他非電量參數的測量系統。

　　參考文獻

　　[1]Protel 99SE 電路設計與制版趙光林編著電子工業出版社

　　[2]微型計算機技術與應用第3版戴梅萼編著清華大學出版社

　　[3]單片機原理及接口技術胡漢才編著清華大學出版社

　　[4]半導體器件手冊郵電部電信總局編人民郵電出版社

　　[5]單片機課程設計實訓教材陳明熒.8051清華大學出版社

　　[6]自動控制原理胡壽松國防工業出版社

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