数字温度计开题报告 - 图文

西华师范大学

电子课程设计开题报告

题 目 基于单片机的数字温度计设计 学 院 物理与电子信息学院 年 级 2012级 专 业 电子信息工程 班 级 8班 姓 名 余胜兰、周婷 学 号 201209340838、201209340842 指导教师 唐林老师 职 称 讲师

毕业设计基于单片机的数字温度计 (论文)题目 一、课题来源、研究的目的和意义、国内外研究现状及分析 本课题的研究意义： 本课题“数字温度计的设计”是一个以单片机为控制核心的温度自动测量系统。其研究意义如下： 1、它是一个单片机系统，对它的设计和制作可以灵活运用在单片机课程中所学的知识，并使之得到巩固和提高。单片机在现实生活中应用非常普遍，掌握这方面知识对今后从事此类工作的学生来说是一项不可或缺的技能。 2、它的测温部分采用了没过Dallas半导体公司的DS18B20，一线式数字式温度传感器，DS18B20是新一代的测温器件，具有许多优点，它正在逐步取代传统的测温元件------热敏电阻和热电偶。它的主要优点是把温度转换、A/D转换和数据的串行通讯集成为一体，而且它的体积很小，非常便于构成多点测温系统。 3、它的最终目标是完成一个实际应用的产品，所以它的设计开发过程完全按照实际仪器产品的设计制造过程进行。研究课题的同时积累了很多实际经验，对以后的实践会有很大帮助。 温度控制是工业控制的重要组成部分，而温度测量又是温度控制中相当重要的一环。这次基于单片机的智能温度的设计是以单片机为核心，对采集到的温度数据进行处理，并实现智能温度报警和上下限调节的目的。 本次设计，采用AT89S52单片机作为系统核心。下面将对其做一些介绍。 AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含有8K bytes 8K字节在系统可编程Flash存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用公司的高密度、非易如失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。它的主要性能参数如下： AT89S52具有以下的特点: 主要性能 ● 与MCS-51单片机产品兼容 ● 8K字节在系统可编程Flash存储器 ● 1000次擦写周期 ● 全静态操作：0Hz～33Hz ● 三级加密程序存储器 ● 32个可编程I/O口线 ● 三个16位定时器/计数器 ● 八个中断源 ● 全双工UART串行通道 ● 低功耗空闲和掉电模式 ● 掉电后中断可唤醒 ● 看门狗定时器 ● 双数据指针 ● 掉电标识符 除了单片机作为系统的核心外，温度传感器也是本系统的重要组成部分。 传感器是指设计到系统中的一种装置。它把特定参数转换为便于测试分析的形式。传感器有两种类型： 1.无源传感器：除被测信号外，不要求施加电源的传感器； 2.有源传感器：除被测信号外，要求施加电源的传感器。传感器的灵敏度对系统分辨率必须是适当的，信号输出形式应适应测试系统要求。并且有足够的频率响应；应避免使用需要校准（初始校准或者其他校准）的传感器；所有传感器均需要采用良好的设计准则进行设计。必要时采用滤波或者屏蔽，以使电磁辐射造成的干扰最少[4][5]。 在工业控制和电子测量中，温度传感器是实现温度测量和控制的关键部件，它起着至关重要的作用。温度传感器，按照其使用方式通常分为接触法与非接触法两类。 接触法是指测温元件与被测物体直接接触。由热平衡原理可知，两个物体接触后，经过足够长时间的热交换会达到热平衡，此时它们的温度相等。其优点是，温度计与被测物体有良好的热接触，测温准确度较高。缺点是用接触法测温时，感温元件要与被测物体接触，往往要破坏被测物体的热平衡状态，并受被测介质的腐蚀作用，此外如果测温元件与被测物体接触不良会引起测量误差，因此，对测温元件的结构、性能要求苛刻。 非接触法师利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度的。它的优点是：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，因此这种方法测温上限很高，通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的表面温度。其缺点是测量温度比较低，使用不方便。 温度传感器是一种将被测物体的温度变化这种非电物理量信号按一定规律转换为电量变化的装置，它是利用金属、合金或者半导体材料与温度有关的特性制成的。 按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分为3大类：模拟式温度传感器、逻辑输出温度传感器、数字式温度传感器。 传统的模拟温度传感器，如热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的测量接口电路转换后输出模拟电压或电流信号，再将进一步处理，然后利用模数转换器将其转换为控制器可以处理的数字信号，即可由控制器读取。一个完整的温度采集系统包括以下几部分：温度传感器、测量电路、模拟信号处理电路、A/D转换电路以及单片机。 而在实际中，有些不需要进行严格的温度值测量，只需测量其是否超出某一设定范围，然后输出跳变信号进行控制，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号。例如可以启动或关闭风扇、空调、加热器或其他控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAS6501-MAX6504、MAX6509/6510是这种类型的典型代表。 随着集成电路的不断发展，出现了数字式的温度传感器 ，它是微电子技术、计算机技术和自动检测技术（ATE）的结晶，可以将待测环境的温度模拟量直接转化为单片机能够处理的数字量信号。数字温度传感器把模拟传感器温度采集系统测量电路、模拟信号处理电路、A/D转化电路和其他功能的单元（如存储器或寄存器）集成到一起，就构成具有数字输出能力的数字温度传感器。 数字温度传感器根据输出信号的不同可分为3类：时间输出的温度传感器，如AD公司的TMP03/04;频率输出的单线温度传感器，如MAX6577；数值输出的温度传感器，数值输出的单线温度传感器直接以串行方式输出芯片测出的具体温度数值，所以其时序非常重要。DALLAS公司的DS18B20就是这样一种独特的温度传感器。它只需要一个接口引脚即可通信，可用数据线供电，并具备多点测温能力[6][11][12] 由于DS18B20组成的温度测控系统非常方便，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，而且成本低，体积小，可靠性高。因此这次设计选用DS18B20作为温度传感器。 DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS公司推出的一线式数字温度传感器。它将地址线、数据线、控制线合为一线双向串行传输数据的信号线，并允许在这根信号上挂多个DS18B20，可组成网络多点测温检测系统。 DS18B20具有如下特性： （1） 具有三引脚PR-35封装形式； （2） 具有独特的单总线接口方式，CPU只需一根端口就能与DS18B20通信； （3） 温度测量范围为-55℃---125℃，测温分辨率可达0.0625℃； （4） 被测温度用可编程为9位—12位A/D转换精度的数字量串行输出； （5） 电压范围在3.0—5.5V； （6） 具有负电特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作[7][8][9]。 国内外研究现状、水平和发展趋势： 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高。同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般的温度控制系统，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。本次设计采用AT89A52单片机为核心配合DS18B20温度传感器，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用C语言编程。单片机可将温度传感器检测到的温度模拟量转化成数字量，显示于数码管上。从而达到对温度的灵活控制。

二、主要研究内容 （1）利用单片机，确定系统的总体设计方案，包括其功能设计；设计原则；组成与工作原理； （2）对单片机的应用作进一步的了解，对于温度控制要有更进一步的认识。 （3）进行智能传感器的硬件电路设计；包括硬件电路构成及测量原理；温度传感器的选择；单片机的选择；输入/输出通道设计。 三、实验方案、实验方法及预期达到的目标 实验方案： 1.主控制器采用单片机AT89S52 2.温度传感器采用DS18B20 3.显示采用数码管 实验方法：采用实验板焊接全部电路。 实验目标：通过实际电路的焊接，调试和运行，实时显示出当前的环境温度。 四、完成课题所需的条件、主要困难及解决办法 硬件设计上的困难：目前需要元器件,电烙铁，焊锡丝，剥线钳，钳子。编程器下载程序。需要熟悉硬件实物的各引脚功能。熟悉使用编程软件。主要困难是系统的焊接和调试，容易出现虚焊、漏焊、短路等情况。解决方法是多练多动手。 软件设计上：需要注意温度传感器的时序问题，键盘正确操作和显示正常显示。解决方法是仔细阅读分析温度传感器技术手册和液晶显示数据手册。 五、参考文献: [1]马淑华等.单片机原理与接口技术（第二版）.北京邮电大学出版社.2007.8 [2]赵德安等.单片机原理与应用（第二版）. 机械工业出版社2009.4 [3]夏大勇、周晓辉等. MCS-51单片机温度控制系统，工业仪表与自动化装置. 2007.(1): 43--46 [4]张宏建等. 自动检测技术与装置（第二版）. 化学工业出版社. 2010.9 [5]程德福等. 智能仪器. 机械工业出版社. 2006.8 [6]刘坤 宋戈等. 51单片机C语言应用开发技术大全. 人民邮电出版社. 2008.9 [7]孟宪玲. 浅析数字温度传感器DS18B20的应用. 中国科技信息. 2007.3 [8]孙少伟、戴义保等. 基于DS18B20组网测温的研究. 自动化仪表. 2006.2 [9]胡天明、齐建家等.基于DS18B20数字温度计设计及其应用.黑龙江工程学院学报（自然科学版）. 2008.22（59-62） 论文工作进度（主要内容、完成要求） 第1-4周：查阅文献资料、完成开题报告； 第5-6周：理解温度计的基本原理及基本电路； 起止日期 第7-8周：掌握数据处理模块、显示模块的基本原理； 第9-10周：掌握存储模块、键盘输入模块的基本原理； 第11 周：掌握辅助电路的基本原理，用仿真软件画出设计图； 第12-13周：编写程序，并调试，完成系统仿真； 第14周：撰写论文。 指 导 教 师 意 见 指导教师（签字）： 年 月 日

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