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一、设计（论文）进展状况
在进入到毕业设计中期，我确定了工业加热炉监控系统所需的器件型号。翻译了和本课题及我所学通信工程方面的英文文献。在PROTEL中画出了 硬件的原理设计图。
1在选型方面
1.1在选择传感器时查阅相关资料，传感器可选热电偶传感器和热电阻传感器。
热电阻传感器虽然在工业中应用也比较广泛，但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多，也可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好，缺点是需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。
热电偶传感器温度测量中应用最广泛的温度器件，他的主要特点就是测量范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。缺点是体积大，灵敏度低。
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
常用热电偶型号 热电偶分度号热电极材料 使用温度（ ℃）
S 铂铑合金（铑含量10 %） 纯铂 0-1600 R 铂铑合金（铑含量13 %） 纯铂 0-1600 B 铂铑合金（铑含量30%） 铂铑合金（铑含量6% ） 0-1800
K 镍铬镍硅 0-1300 T 纯铜 铜镍 0-350 J 铁 铜镍 0-+500
N 镍铬硅 镍硅 0-+800 E 镍铬 铜镍 0-600
热电偶的种类: 装配热电偶，铠装热电偶，端面热电偶，压簧固定热电偶，高温热电偶，铂铑热电偶，防腐热电偶，耐磨热电偶，高压热电偶，特殊热电偶，手持式热电偶，微型热电偶，贵金属热电偶 ,快速热电偶,钨铼热电偶，单芯铠装热电偶等等。
综上所述结合本课题工业加热炉监控系统设计所需温度在300至1000。并且需要显示实时温度。所以选择热电偶传感器。并且查阅资料选择K型热电偶传感器。具体型号是MAX6675。
MAX6675是一个复杂的热电偶数字转换器，带有一个内置的12位模拟数字转换器模数转换器（ADC）。MAX6675还包含了冷结补偿传感和校正，数字控制器，一个SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑。在MAX6675的目的是一起工作的外部微控制器或其他情报，恒温，过程控制，或监测应用。
温度转换在MAX6675包括信号调节硬件热电偶转换的信号转换成电压兼容与输入通道的模数转换器。关热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单。制造容易。使用方便。测温范围宽。测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时，却存在着以下几方面的问题。①非线性：热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系，因此在应用时必须进行线性化处理。②冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端的电势差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。③数字化输出：与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。因此，若将热电偶应用于嵌入式系统时，须进行复杂的信号放大。A/D转换。查表线性线。温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。如果能将上述的功能集成到一个集成电路芯片中，即采用单芯片来完成信号放大。冷端补偿。线性化及数字化输出功能，则将大大简化热电偶在嵌入式领域的应用设计。
Maxim公司新近推出的MAX6675即是一个集成了热电偶放大器。冷端补偿。A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。
MAX6675的主要特性如下
简单的SPI串行口温度值输出；0℃～1024℃的测温范围；片内冷端补偿；高阻抗差动输入；热电偶断线检测；单一5V的电源电压；低功耗特性；工作温度范围-20℃～85℃9、2000V的ESD信号。
1.2单片机型号有AT89C51、AT89S51、AT89S52。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
综合考虑选择AT89S51。它价格比较经济，经常接触熟悉。
１.３时钟芯片信号有DS1302、 DS1307等。
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。
DS1307是一款低功耗，具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历实时时钟芯片，地址和数据通过两线双向的串行总线的传输，芯片可以提供秒，分，小时等信息，每一个月的天数能自动调整。并且有闰年补偿功能
ds1302非常好用，完全满足设计要求，只是晶振的选择要好，否则有误差，但如果用单片机系统，可以用软件将误差减小到很小，几乎能达到北京时间。
所以综上所述我选择ＤＳ１３０２
１.４按键键盘的选择。
在按键键盘选择时可分为独立式键盘接口和行列式键盘接口。
独立式键盘接口每个按键占用一条Ｉ／Ｏ线，Ｉ／Ｏ口利用率不高，但程序编译简单，适用于所需按键较少的情况。
行列式键盘接口电路连接复杂但提高了Ｉ／Ｏ口利用率，软件编程较复杂，适用于所需按键量多的场合。
结合本课题需用１６个按键较多。所以选择行列式键盘接口
１.５显示屏选择
显示屏常见的有ＬＥＤ和ＬＣＤ。
LCD显示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一个字母组成，中文多称「液晶平面显示器」或「液晶显示器」。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。 LCD的好处有： 与CRT显示器相比，LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。
LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。
LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等；另外就是LED显示屏，目前，中国在LED基础材料制造方面与国际还存在着一定的差距，但就LED显示屏而言，中国的设计和生产技术水平基本与国际同步。
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。
结合此次毕业设计的要求，以及自己以前用过ＬＥＤ较熟悉ＬＥＤ的性能。所以选择LED数码管。这次课题需用10位LED数码管，自己画。
报警模块用发光二极管和蜂鸣器模拟。
２设计
2.1温度采集模块
MAX6675为8脚SO封装，它内置一个12位A／D转换器，两个放大器，冷端补偿电路以及参考电平发生器。来自K型热电偶的热电势与引脚T＋、T－连接，信号经两级放大器放大和滤波处理后，成为与芯片内的A／D转换器相匹配的电平信号。当MAX6675的CS引脚从高电平变为低电平时,MAX6675将停止任何信号的转换并在时钟SCK的作用下向外输出已转化的数据。相反,当CS从低电平变回高电平时,MAX6675将进行新的转换。在CS引脚从高电平变为低电平时,第一个字节D15将出现在引脚SO。一个完整的数据读过程需要16个时钟周期,数据的读取通常在SCK的下降沿进行。
图1温度采集模块的设计原理图
2.2单片机部分
由于PROTEL库中没有AT89C51，所以只能自己画与MCS-51 兼容;4K字节可编程FLASH存储器;寿命：1000写/擦循环;数据保留时间：10年;全静态工作：0Hz-24MHz;三级程序存储器锁定;128×8位内部RAM;32可编程I/O线;两个16位定时器/计数器;5个中断源
可编程串行通道;低功耗的闲置和掉电模式;片内振荡器和时钟电路
图2单片机管脚图
2.3时钟部分
DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)。SCLK为时钟输入端采用三线接口与CPU进行同布通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。本电路由Y构成起镇。3V的纽扣电池构成掉电保护电路，1302的CLK，I/O，RST口分别接单片机的IO口，从而控制1302时钟显示。DS1302的2脚和3脚外接32.768KHz夫人晶振，7脚为串行时钟接口，与单片机的15脚相连，6脚为数据输入/输端，以便于总线控制，与单片机的17脚相连，5脚复位引脚，与单片机的P3.6相连，当时钟达到设定值时，自动复位。
图3时钟部分原理图
2.4报警模块
图4报警电路原理图
2.5按键模块和显示模块
采用行列式键盘
图5 、16位按键原理图
显示模块采用10位共阴极数码管。第一行6位显示时、分、秒。第二行4位显示温度。
图6显示模块原理图
系统总体原理图
图7系统总体原理图
二、存在问题及解决措施
1存在问题：在显示模块的设计中需要10位LED数码管，数量太多，在与单片机连接是比较困难、复杂、容易出错。
解决措施：查阅大量的文献资料和单片机课本，在课本上找到了简洁方便的连接方法。利用两片HD7279芯片先与数码管连接，再把HD7279芯片的四个端口与单片机相连。这样减少了工作量，不容易出错。
2存在问题：在PROTEL元件库中没有AT89C51、DS1302、MAX6675。
解决措施：自己查找器件资料尺寸，在PROTEL中自己画建立库。
3存在问题：在连接器件与单片机管脚时，对单片机接和器件管脚功能了解不够。
解决措施：查找AT89C51和器件有关资料，了解其管脚的功能及作用。和老师及时沟通了解。及时消除问题。
三、后期工作安排
第16周（2014.3.30-2012.4.23）：检查完善硬件设计并和软件设计的同学协作进行调试；
第17周（2014.4.24—2014.4.30）：认真撰写论文，准备答辩；
第18周（2014.5.1—2014.6）： 毕业论文答辩。
年 月 日
