傳感器畢業(yè)設計論文.doc

引言隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握傳感器的基本結構、工作原理及特性是非常重要的。為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統(tǒng)。本文利用單片機結合傳感器技術而開發(fā)設計了紅外抄表系統(tǒng)。文中把傳感器理論與單片機實際應用有機結合，詳細地講述了利用溫度傳感器DS18B20測量環(huán)境溫度，以及實現(xiàn)紅外數據傳輸的過程。本設計應用性比較強，只要對電路部分稍加改裝，就可以實現(xiàn)抄讀其它的數字儀表設備：如數字電度表，數字水表等等。設計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。其主要功能和指標如下：1、利用溫度傳感器（DS18B20）測量某一點環(huán)境溫度；2、測量范圍為5599，精度為0.5；3、用4位數碼管進行顯示實際溫度值顯示；4、手持端通過紅外發(fā)射管發(fā)射測溫信號；5、測溫端通過紅外發(fā)射管發(fā)送到手持端；6、手持端可以隨時查看指定待測物體的溫度值。設計的核心是環(huán)境溫度的測量以及紅外數據的發(fā)射和接收，和溫度的顯示。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細地介紹。1方案選擇該系統(tǒng)主要由溫度測量和數據采集和發(fā)送三部分組成。下面列舉兩種實現(xiàn)方案：方案一：溫度檢測可以使用低溫熱偶或鉑電阻，數據采集部分則使用帶有A/D通道的單片機?？紤]到一般的A/D輸入通道都只能接收大信號，所以還要設計相應的放大電路。而模擬信號在長距離傳輸過程中，抗電磁干擾是令人傷腦筋的問題。此方案的軟件簡單，但硬件復雜，且檢測點數追加時，各敏感元件參數的不一致性，都將會導致誤差的產生，難以完全清除，而且成本會有較大增長幅度。方案二：使用單片機和數字式單總線溫度傳感器構成。其具有下列特點：具有高的測量精度和分辨率，測量范圍大；抗干擾能力強，穩(wěn)定性好；信號易于處理、傳送和自動控制；便于動態(tài)及多路測量，讀數直觀；安裝方便，維護簡單，工作可靠性高。單總線溫度傳感器可以采用DALLAS公司生產的DS18B20系列，這類溫度傳感器直接輸出數字信號，且多路溫度傳感器可以掛在1條總線上，共同占用單片機的1個I/O口即可實現(xiàn)。在提升單片機I/O口驅動能力的前提下，理論上可以任意擴充檢測的溫度點數。比較兩個方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實施方案。盡管方案二不需要A/D，但考慮到系統(tǒng)擴充等因素，單片機可以選用AT98C2051。2硬件部分采用方案二的硬件設計比較簡單，系統(tǒng)構成如圖1所示。圖1溫度測試系統(tǒng)和手持接收系統(tǒng)組成框圖2.1DS18B20介紹DALLAS公司的DS18B20單總線數字傳感器工作溫度范圍是-55125，在-3085范圍內溫度測量精度為0.5；具有溫度報警功能，用戶可設置最高和最低報警溫度，且設置值掉電不丟失；采用DALLAS公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數據線就可實現(xiàn)與MCU的通信；此外，DS18B20能夠直接從數據線獲得電源，無需外部電池供電。DS18B20通過使用在板（on_board）溫度測量專利技術來測量溫度。其溫度測量電路是通過計數時鐘周期來實現(xiàn)的，DS18B20有兩個溫度系數振蕩器，溫度測量時對高溫度系數振蕩器產生的門開同期內，低溫度系數振蕩器經歷的時鐘周期的個數進行計數而得到的。DS18B20數字溫度傳感器提供9位（二進制）溫度讀數，指示器件溫度，所以無需A/D轉換。信息經過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從主機CPU到DS18B20僅需一條線連接，而且DS18B20的電源可由數據線本身提供（相對于外部電源，轉換時間要延長）。因此每一個DS18B20在出廠時已經給定了唯一的序號因此從理論上說任意多個DS18B20可以連接在一條單線總線上。DS18B20的測量范圍從-55到DS18B20數碼管紅外發(fā)射紅外接收AT89C51紅外接收紅外發(fā)射按鍵數碼管AT89C51AT89C51DS18B20+125，增量為0.5（最高精度可達0.1），轉換速度小于1s（典型值）。而在本遙測系統(tǒng)中采用外部電源供電溫度測量工作方式，其中電阻R是上拉電阻，使得單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。它與CPU（AT89C51）的接法如圖2。5VR地圖2DS18B20與單片機的連接由于DS18B20只有一根數據線。因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89C51有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經過單線接口訪問DC18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均從序列開始。主機發(fā)送（Tx）-復位脈沖（最短為480s的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（Rx）?？偩€經過4.7K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到I/O引腳上的上升沿之后，DS18B20等待15-60s,并且接著發(fā)送脈沖（60-240s的低電平信號）。然后以存在復位脈沖表示DS18B20已經準備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM命令和存儲操作命令的數據。DS18B20通過使用時間片來讀出和寫入數據，時間片用于處理數據位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種。寫時間片：當主機把數據線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1時間片和寫0時間片。所有時間片必須有60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復時間。讀時間片：從DS18B20讀數據時，使用讀時間片。當主機把數據線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產生讀時間片。數據線在邏輯低電平必須保持至少1微秒；來自DS18B20的輸出數據在時間下降沿之后的15微秒內有效。為了讀出從讀時間片開始