工程設(shè)計(jì)溫度傳感器報(bào)告

理學(xué)院07104班工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告溫度傳感器總結(jié)報(bào)告小組成員：07104080徐杰07104084黃思倩07104096王蓉總結(jié)時(shí)間：2013年6月7日一．課題的背景在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色，都無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展與是否掌握溫度有著緊密的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎%80的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對(duì)于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。二．設(shè)計(jì)研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度控制在工業(yè)控制、電子測(cè)溫計(jì)、家用電器等各種溫度控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，且由過(guò)去的單點(diǎn)測(cè)量向多點(diǎn)測(cè)量發(fā)展。目前溫度傳感器有模擬和數(shù)字兩類傳感器兩種，為克服模擬傳感器與微處理器接口時(shí)所需的信號(hào)調(diào)理電路或A／D轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)，多點(diǎn)檢測(cè)溫度控制系統(tǒng)多采用智能數(shù)字溫度傳感器，是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加方便。常用的智能數(shù)字溫度傳感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635等等。在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往采用模擬技術(shù)，這樣就不可避免地遇到引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量中的切換誤差和信號(hào)調(diào)整電路的誤差等問(wèn)題；而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向。美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有獨(dú)特的單總線接口，僅需占用一個(gè)通用I/0端口即可完成與微處理器間的通信；在-10～+85℃溫度范圍內(nèi)具有0．5℃精度；用戶可編程設(shè)定9～12位的分辨率。這些特性使得DS18B20非常適用于高精度、多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。三．設(shè)計(jì)的任務(wù)目標(biāo)此次工程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是利用一個(gè)單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)Χ帱c(diǎn)溫度同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。在了解工程設(shè)計(jì)的流程的同時(shí)能夠?qū)W習(xí)鞏固單片機(jī)的基本原理和使用方法，通過(guò)實(shí)踐進(jìn)一步加深對(duì)各電子元件的認(rèn)識(shí)，這有助于我們認(rèn)識(shí)生活中常見(jiàn)的溫度顯示儀器，了解其原理與構(gòu)造四．硬件選擇本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)，能夠測(cè)量并顯示溫度。由于單片機(jī)AT89C51為監(jiān)控系統(tǒng)的核心完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等工作。溫度傳感器DS18B20，與單片機(jī)連接方便，其一線總線特點(diǎn)，省卻了采樣/保持電路、運(yùn)放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的串/并轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了電路，縮短了系統(tǒng)工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)硬件成本，因此本方案中選用AT89C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器較為合適。智能溫度傳感器DS18B20的性能特點(diǎn)：1)獨(dú)特的單總線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信,可以是串行口也可以是其他I/O口，無(wú)須變換，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制，含符號(hào)位）。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)掛接在一條總線上，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集檢測(cè)功能；2)可測(cè)溫度范圍為-55～+125℃，測(cè)量分辨率為0.0625℃；3)內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM；4)內(nèi)含寄生電源，可直接通過(guò)數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0～5.5V；5)零待機(jī)功耗；6)用戶可通過(guò)編程分別設(shè)定各路的溫度上、下限溫度值來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；7)適配各種微處理器；8)報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；9)負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；10)可檢測(cè)距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)測(cè)量距離為150m。DS18B20外部電源供電方式DS18B20外部電源供電方式DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度報(bào)警觸發(fā)器,溫度傳感器以及高速緩存器。五.總體設(shè)計(jì)思路溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到AT89C51單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示。采溫顯示驅(qū)動(dòng)采溫顯示驅(qū)動(dòng)AT89C51AT89C51數(shù)字溫控器方框圖1、硬件部分使用STC89C52單片機(jī)作為核心器件，DS18B20進(jìn)行溫度傳感并反饋，共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示，同時(shí)使用LM7805三端穩(wěn)壓IC組成穩(wěn)壓電源，74HC573驚醒數(shù)據(jù)所存。STC89C52STC89C52原理圖DS18B20DS18B20引腳圖8段三位共陰極數(shù)碼管LM7805穩(wěn)壓電路圖74HC573內(nèi)部原理圖總體電路圖：4DS18B20的測(cè)溫流程圖3－6DS18B20測(cè)溫流程六．軟件部分——KEILC51KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面，包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起?？梢酝瓿删庉?、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。硬件電路部分七．測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度傳感電路圖八．程序設(shè)計(jì)部分此系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)DS18B20操作問(wèn)題。因此。在經(jīng)過(guò)查閱DS18B20資料過(guò)后，清楚其工作原理后，大概的主體構(gòu)思也就出來(lái)了。通過(guò)對(duì)DS18B20溫度傳感器的對(duì)溫度測(cè)量、轉(zhuǎn)換，把得到的二進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算過(guò)后，再用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)即完成溫度測(cè)量的功能。主程序流程圖如下：九、總結(jié)和體會(huì)

本次工程設(shè)計(jì)利用KEILC51對(duì)單片機(jī)多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)．從本文結(jié)果可以看出，利用KEILC51進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)可以極大地簡(jiǎn)化單片機(jī)程序在目標(biāo)硬件上的調(diào)試工作，大幅度節(jié)省制作電路板的時(shí)間，對(duì)于提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本等有重要作用．硬件電路的簡(jiǎn)單是以軟件的復(fù)雜為代價(jià)的，所以在程序編寫(xiě)和調(diào)試的過(guò)程中稍一粗心就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，包括時(shí)間延時(shí)不夠，設(shè)置參數(shù)的類型有誤，按鍵子程序放置位置不妥等錯(cuò)誤。本程序經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試修改，雖然能達(dá)到預(yù)期的基本目標(biāo)，但是還有很多地方需要完善。本課題通過(guò)分析對(duì)比各種不同的溫度傳感器，選定DS18B20，這種單總線數(shù)字溫度傳感器的通信方式比較獨(dú)特，軟件編寫(xiě)要求的比較新穎，特點(diǎn)突出。用其構(gòu)建的系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：硬件連線簡(jiǎn)單，省去了使用模擬傳感器要進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換等工作，由于它的級(jí)聯(lián)功能，一條總線可掛接多個(gè)傳感器測(cè)量不同位置的溫度，根據(jù)DS18B20唯一的序號(hào)識(shí)別不同傳感器在各自位置的溫度。通過(guò)調(diào)試成型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了DS18B20除了上述優(yōu)點(diǎn)外，還有一些缺點(diǎn)，如：簡(jiǎn)單的硬件連接的代價(jià)是復(fù)雜的軟件時(shí)序，DS18B20在測(cè)量溫度的時(shí)候，靈敏度不夠高，溫度快速變化時(shí)無(wú)法迅速顯示出其變化。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由DS18B20構(gòu)建的測(cè)溫小系統(tǒng)適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，對(duì)溫度小變化較敏感；不適合應(yīng)用于要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)、溫度