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基于单片机的温度计的设计.rar

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    基于 单片机 温度计 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基于单片机的温度计的设计专 业: 电子信息科学与技术 指导教师: 罗 子 江 学生姓名: 李 光 昭 学生学号: 072004110448 中国﹒贵州﹒ 贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目录摘要 ............................................................................................................................................IIAbstract.....................................................................................................................................III第一章 绪论 .............................................................................................................................11.1 课题的背景及现状 ....................................................................................................11.2 设计论文的性能指标 ................................................................................................2第二章 方案的选择 .................................................................................................................32.1 主控器的论证与选择 ................................................................................................32.2 温度传感器的论证与选择 ........................................................................................3第三章 元器件的介绍 .............................................................................................................63.1 对于单片机的介绍 ............................................................................................................63.2 温度传感器的介绍 ....................................................................................................73.2.1 Ds18b20 的还具有许多性能特点 .................................................................83.2.2 运用 ds18b20 的注意事项 .............................................................................93.2.3 DS18B20 的内部结构 ..................................................................................103.2.4 DS18B20 的测温原理 ..................................................................................12第四章 硬件设计 ...................................................................................................................144.1 设计电路图 ..............................................................................................................144.2 设计介绍 ..................................................................................................................154.2.1 主控制器 .......................................................................................................154.2.3 温度检测电路 ...............................................................................................174.2.4 温度报警电路 ...............................................................................................20第五章 程序 ...........................................................................................................................215.1 程序 ..........................................................................................................................21结束语 .......................................................................................................................................26参考文献: .................................................................................................................................27致谢 ...........................................................................................................................................28贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页基于单片机的温度计的设计摘要本文主要介绍了一个基于 8051 单片机的测温系统,详细的描述了利用 DS18B20数字温度传感器开发测温系统的过程,重点对传感器在单片机下的硬件上的连接,软件编程以及各模块系统流程进行了分析,对各部分的电路也进行了介绍,这个系统可以方便的实现温度的采集以及显示,并且可以根据设定来进行温度的报警,它使用起来相当的方便,并且具有量程宽,灵敏度高,体积小,精度高,功耗低等特点。Ds18b20 和 8051 相结合实现了最简单的温度检测系统,这个系统结构比较简单,抗干扰能力比较强,适合在恶劣的环境下进行现场的温度测量,有着广泛的应用前景。关键词: 单片机;温度检测;DS18B20贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页Based on SCM Thermometer DesignAbstractThis paper describes a microcontroller-based temperature measurement system 8051, a detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 Temperature measurement system development process, focusing on the sensor under the SCM hardware connections, software programming and system processes each module is analyzed on the part of the circuit have also been introduced, the system can facilitate the realization of the temperature of the collection and Display, and setting the temperature according to the police, it's quite easy to use and has a wide range, high sensitivity, small size, high precision, low power consumption a bit. In our daily life, agricultural production, temperature measurements can also be used as temperature processing module embedded in other systems, other critical systems as auxiliary and expansion. Ds18b20 and 8051 combined to achieve the most simple temperature detection system, the system relatively simple, relatively strong anti-interference ability, suitable for use in harsh field conditions of temperature measurement, have broad application prospects.Keywords: SCM,Temperature Detection ,Ds18b20贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 绪论1.1 课题的背景及现状在最近几年以来, 随着社会的不断发展,大规模集成电路也在飞速发展,单片机继续朝着快速、高性能方向发展,从四位、八位单片机发展到十六位、三十二位单片机。单片机主要用于控制,它的应用领域遍及各行各业,比如说大到卫星,小到日常生活中的电视、空调,遥控器,单片机都可以在这些领域发出巨大的功能。在这个时代,单片机在我们的家用电器中应用得十分广泛:比如全智能玩具、自动洗衣机;而且在汽车、飞船、以及电子工业在这个时代,单片机也起着至关重要的作用。它成本比较低、集成度高、功耗低、控制功能多、能灵活的组装成各种智能控制装置。随着科技的不断进步,当今的社会对于各式各样的信息参数的准确度都有了大弧度的提高,但是怎么样才能迅速、准确的得到这些参数就需要取决于当今科技的发展程度了。在当今三大信息采集中,传感器技术,通信技术与计算机技术,传感器技术属于信息技术的前沿尖端产品,人们的生活工作与环境的温度有着密切的关系,在工业生产当中温度的测量也是与生产密切相关,所以在对于温度的测量和测量装置上的选择与研究都有着重要的意义。在我们的生活当中温度的测量也与温度传感器的发展有着密切的关系,温度传感器有着三个发展阶段: 传统的分立式温度传感器。 模拟集成温度传感器。 智能温度传感器 [1]。当今的智能温度传感器是在二十世纪九十年代中期出现的,它是自动测试技术,计算机技术和微电子自动测试技术的结晶。它的特点是能够输出温度的数据,适合配置各种的微控制器。随着社会的不断进步,人们对于温度传感器的要求也越来越高,现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式,从集成化向智能化,网络化的方向飞速发展,并且朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片机测温系统等高科技的方向迅速发展,本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20与8051单片机的结构特征进行详细的介绍,并且对以传感器,8051单片机为控制构成的数字温度测量装置的工作原贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页理及程序设计作了详细的介绍。与传统的温度计相比,它具有读数方便、测温范围广、测温准确、输出温度采用数字显示等特点。该设计控制器实用的是Intel公司的8051单片机。测温传感器使用的是Dallas公司的Ds18b20,使用七段数码管进行显示。1.2 设计论文的性能指标 在这个设计中主要是介绍了单片机控制下的温度检测系统,详细介绍了硬件和软件的设计,并且对其各功能模块做了详细的介绍,其主要功能和指标: 运用温度传感器测量某一点的环境。 能够测量、显示环境温度的电子温度计,测量范围精度 0.25 度。 通过气七段数码管进行显示。 具有定温报警功能,可以在测序中设定一个报警值。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页第二章 方案的选择 2.1 主控器的论证与选择方案1: 采用可编程逻辑器件CPLD作为主控器,对热敏元件采集到的温度电信号经过A/D 转换后对得到的数字信号进行处理并且进行计算,然后通过七段数码管显示出来。因为C P L D 可以完成各种各样复杂的逻辑功能并且它具有密度比较高、规模大、体积很小、稳定性非常高并且IO资源丰富、非常易于进行功能的扩展。CPLD采用的是并行的输入与输出方式,这样的处理方式有效的提高了系统的处理速度,适合作为大规模控制系统的控制中心。而在这次设计当中不需要复杂的逻辑功能,对于数据的处理速度也不是很高。所以,从使用并且经济的情况考虑, 决定放弃这个方案。方案2:采用的是Intel 公司生产的8051单片机作为整个设计的主控制器,对采集到的信号进行处理并且传输给七段数码进行显示。8051单片机是Intel公司生产的一个低功耗,字长为8位的单片微型计算机,由中央处理器、片内128B RAM、片内4KB ROM、两个1 6位的定时计数器、四个8位的I/O 口(P0 、P1 、P2 、P3)、一个全双工的串行口、五个中断源以及时钟等组成。它具有体积小, 重量轻, 抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好。2.2 温度传感器的论证与选择方案1:在温度的采集上使用热电偶。热电偶是一种感温的元件,它是将温度的变化信号转换成热电势的信号,在显示电路上显示出来。热电偶是由2个焊接在一起的异金属导线所构成的(如图2.1),热电偶产生热电势由 2种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压,便可推断出检测点的温度。 [2]数据的采集部分则通过带有A/D通道的单片机,在将被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后就可以同单片机进行数据上的处理,在显示电路上显示出来。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是: 测量精度高。因热电偶直接与被测对像接触,不受中间介质的影响。 测量范围广。常用的热电偶从-15~100℃均可连续测量,某些特殊热电偶贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达 +2800℃。 构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。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。而本设计所谈到的温度采集系统主要是应用在普通场合的测量,故采用标准热电偶。热电偶的输出是一个随温度变化的电压信号,它必须加上补偿电路才能正常工作,并且它的输出也要转换为0~10V的电压范围传送A / D 转换电路。图2.1 热电偶的结构图方案2:采用数字温度芯片Ds18b20测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。而且芯片的物理与化学性也很稳定,它可以用作测温元件,此元件线性较好。在0-100 摄氏度时,最大线性偏差小于1摄氏度。Ds18b20的最大特点之一采用了单总线的数据传送,由数字温度计Ds18b20和控制器8051构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可以直接与计算机连接。这样,温度系统的结构就比较简单,体积也不大,采用51单片机控制,在软件的编程上自由空间比较大,可以通过编写程序来实现各种逻辑控制和算数,并且51单片机的体积小,在硬件上的实现比较简单,安装起来也比较方便,不仅可以对Ds18b20单独进行控制,而且还可以与PC 机连接上传数据。另外8051在许多智能机器设备的控制上也有着广泛的应用,在程序的编程技术以及硬件的配合使用方面都已经很成熟。这个系统利用了8051单片机控制温度传感器Ds18b20进行实时温度检测并且显示,能够实现快速的测量环境中的温度,并且根据需要可以上下设定报警温度。系统框图如图2.2所示。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页图2.2 系统框图从以上的2种方案,容易看出方案1的测温装置可测温度范围宽,体积小,但是线性误差较大,并且需要加上补偿电路。方案2的测温装置电路简单、精确度比较高,实现方便软件设计也比较简单,所以本次设计采用了方案2。
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