温度计的设计.doc
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1、智 能 仪 器 课 程 设 计设计题目: 温度计的设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 指 导 教 师 摘要随着科技的不断发展,现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长,而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中,传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器技术,在我国各领域已经引用的非常广泛,可以说是渗透到社会的每一个领域,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的
2、意义。在当今信息化时代展过程中,各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。传感器是信息采集系统的首要部件,是实现现代化测量和自动控制的主要环节,是现代信息产业的源头,又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。传感器知识面广,如果在实践技能的锻炼上下功夫,单凭课堂理论课学习,势必出现理论与实践脱节的局面。任随书本上把单片机技术介绍得多么重要、多么实用多么好用,同学们仍然会感到那只是空中楼阁,离自己十分遥远,或者会感到对它失去兴趣,或者会感到它高深莫测无从下手,这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。本次设计的目的就是让我们在理论学习的基础上,通
3、过完成一个传感品器件的设计,使我们学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识,同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。随着电子工业的发展,数字仪表反应速度快、操作简单,对使用环境要求不高的优点,市场上逐渐出现越来越多的数字式温度计,另外,纵观国际上现有的温度计的变化,总的趋势是从模拟向数字转变,相应的体积也在不断减小,并且一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。测量温度的关键是温度传感器,随着科学技术的发展,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:(1)传统的分立式温度传
4、感器,(2)模拟集成温度传感器,(3)智能集成温度传感器。特别是现代仪器的发展,微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。总之,从温度计的诞生,发展到现在,温度计对物理学和日常生活起着非常重要的作用。AbstractAs technology continues to develop, a variety of information on the parameters of modern society, the accuracy and precision requirements have a geometric growth, and how accurate and fa
5、st access to these parameters need to be subject to the level of development of modern information-based . Information collection in the three information (ie, sensor technology), information transfer (ICT) and information processing (computer technology), the sensor belongs to the forefront of cutt
6、ing-edge information technology products, especially the temperature sensor technology, has been quoted in various areas of very wide, can be said to permeate every area of society, peoples lives and the environment temperature is closely related to the production process needs in the industrial rea
7、l-time measurement of temperature, agricultural production can not be separated in the temperature measurement, the study of temperature measurement and devices is of great significance. In todays information age the development process, the perception of all kinds of information, collection, conver
8、sion, transmission and processing of functional devices in various application areas has become an indispensable technology tools. Sensor data acquisition system is the primary component, is to achieve modernization of measurement and automatic control of the major components of the source of the mo
9、dern information industry, but also the information society for the existence and development of material and technical basis. Sensors and extensive knowledge, practical skills training if the work hard, simply theoretical study of the classroom, theory and practice is bound to appear out of line si
10、tuation. Any microcontroller technology with the introduction to the books was how important it is, how much useful and practical, the students will still feel it is just castles in the air, very far away from their own, or feel lost interest in it, or feel it is inscrutable can not start, These cas
11、es are greatly reduced so that the effect of classroom teaching. The purpose of this design is to make our theoretical study, based on the product by completing a sensor device is designed so that our students not only to the classroom and practical application of theoretical knowledge combined, but
12、 also to electronic circuits, electronic components, printed circuit board further deepen the understanding of knowledge, while in software programming, debugging layout, welding technology, related equipment and other aspects of the use of skills, more comprehensive training and improvement. With t
13、he development of the electronics industry, digital instrumentation, fast response, simple operation, less demanding on the use of the advantages of the environment, the market gradually appear more and more digital thermometer, addition, throughout the international changes in the existing thermome
14、ter , the general trend is changing from analog to digital, the corresponding volume is also decreasing, and all toward the digital control, intelligent control direction. The key is to measure the temperature of the temperature sensor, with the scientific and technological development, the temperat
15、ure sensor has gone through three stages: (1) the traditional discrete temperature sensors, (2) analog integrated temperature sensor, (3) Intelligent integrated temperature sensor. In particular the development of modern instrumentation, miniaturization, integration, development of digital sensors i
16、s becoming an important direction. In short, from the birth of the thermometer, developed to the thermometer on the physics and everyday life plays a very important role.目 录第一章 总体设计方案1.1 系统的设计原则 一般系统的设计原则包含安全性(稳定抗干扰性),操作的便利性(人性化),实时性,通用性和经济性。(1)安全可靠 首先要选用高性能的AT89C51单片机,保证在恶劣的工业环境下能正常运行。其次是设计可靠的控制方案,
17、并具有各种安全保护措施,如报警、事故预测、事故处理和不间断电源等。(2)操作维护方便操作方便表现在操作简单、直观形象和便于掌握且不强求操作工要掌握计算机知识才能操作。(3)实时性强选用高性能的AT89C51单片机的实时性,表现在内部和外部事件能及时地响应,并做出相应的处理。(4)通用性好 系统设计时应考虑能适应不同的设备和各种不同设备和各种不同控制对象,并采用积木式结构,按照控制要求灵活构成系统。主要表现在两个方面:一是硬件板设计采用标准总线结构(如PC总线),配置各种通用的模板,以便扩充功能时,只需增加功能模板就能实现;二是软件功能模块或控制算法采用标准模块结构,用户使用时不需要二次开发,只
18、需各种功能模块,灵活地进行控制系统组态。(5)经济效益高 1.2 系统的设计步骤(1)系统总体方案设计、(2)方案论证评审 硬件和软件的分别细化设计 硬件和软件的分别调试 系统的组装 (3)离线仿真和调试阶段 1.3 系体的总体方案设计和框图设计(1)系统的主要功能、技术指标、原理性方框及文字说明。(2)系统的硬件结构几配置,主要软件的功能、结构几框图。(3)保证性能指标要求的技术措施。(4)抗干扰性和可靠性设计。 (5)工艺要求温度数码管显示。调节温度的超调量小于30%。 实现温度闭环控制,控制温度误差范围0.1。温度范围:-50 125。供电电压:交流5。 方案一:考虑到用温度传感器,在单
19、片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,感温电路比较麻烦,进行A/D转换,才可以满足设计要求。方案二:由于本设计是测温电路,首先要选用高性能的AT89C51单片机,保证在恶劣的工业环境下能正常运行。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。测温传感器使用二极管结电压变化的数值来转化成温度的变化,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。从
20、以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。考虑到方案中制作数字温度计,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。温度计电路设计总体设计方框图如下图所示,控制器采用单片机AT89C51,温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示主 控 制 器LED显示单片机复位 报警点按键调整温 度 传 感 器时钟振荡1.4 DS18B20的介绍DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的
21、一种改进型智能温度传感器,是一线式数字式温度计芯片,体积更小、适用电压更宽、更经济。它具有结构简单,不需外接元件,线路简单,体积小的特点9。与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式,使系统设计更灵活、方便。DS18B20的性能特点如下独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;无须外部器件;可通过数据线供电,电压范围为3.05.5;零待机功耗;温度以9或12位数字;用户可定义报警设置;报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;负电压特性,电源极
22、性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下:图4-3 DS18B20外形图引脚定义: (1) DQ为数字信号输入/输出端; (2) GND为电源地; (3) VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。内部结构如下:图4-4 DS18B20内部结构图 DS18B20有4个主要的数据部件: (1) 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排
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