溫度采集系統(tǒng)開題報告

畢業(yè)論文開題報告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：文獻綜述一、題目背景和研究意義溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見和最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需對溫度進行監(jiān)控。采用單片機進行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲及實時控制．對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。為此，我們設(shè)計了一種采用MSP430FG4618單片機和DS18B20溫度傳感器控制的溫度采集系統(tǒng)[14]。采用這種設(shè)計的溫度采集系統(tǒng)，可進行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲及實時控制，對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率節(jié)約能源、資源都有重要的作用，具有很大的發(fā)展前景[14]。二、溫度測量的國內(nèi)外研究介紹及發(fā)展現(xiàn)狀溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中7個基本物理量之一，它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷把提高，溫度測量技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。在溫度測量方面各國均取得了許多可喜的成果，其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計分辨能力可達0.0001℃，理論上可達0.00001℃，而且在-40℃~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性；我國生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達到0.0001℃，誤差在0.05℃以內(nèi)，中國航天工業(yè)總公司702所研制的5901(STP-1000)型粘貼式測溫片，其靜態(tài)測溫精度為0.5%，快速響應(yīng)時間小于0.013s[8]。雖然溫度測量方法多種多樣，但在很多情況下，對于實際工程現(xiàn)場或一些特殊條件下的溫度測量，比如對極限溫度、高溫腐蝕性介質(zhì)溫度、氣流溫度、表面溫度、固體內(nèi)部溫度分布、微尺寸目標(biāo)溫度、大空間溫度分布、生物體內(nèi)溫度、電磁干擾條件下溫度測量來講，要想得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果并非易事，需要非常熟悉各種測量方法的原理及特點，結(jié)合被測對象要求選擇合適的測量方法才能完成。同時，還要不斷探索新的溫度測量方法，改進原有測量技術(shù)，以滿足各種條件下的溫度測量需求。三、課題的基本技術(shù)原理1.基于MSP430的溫度采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖如下所示：DS18B20溫度傳感器MSP430單片機報警模塊DS18B20溫度傳感器MSP430單片機報警模塊鍵盤輸入模塊鍵盤輸入模塊電源及復(fù)位模塊顯示模塊電源及復(fù)位模塊顯示模塊圖1溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖各個模塊的功能是：傳感器：將被測非電量即溫度轉(zhuǎn)換成電信號。溫度傳感器的種類很多，有熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等，這里選用的是DS18B20集成溫度傳感器。MSP430微處理器：對輸入的電信號進行加工處理及顯示等功能。鍵盤輸入模塊：應(yīng)用軟件程序確定報警啟動的上限溫度及下限溫度。電源及復(fù)位模塊：為整個系統(tǒng)提供電源及復(fù)位信號。報警模塊：當(dāng)所測溫度超過設(shè)定的上限溫度或下限溫度時啟動。顯示模塊：顯示當(dāng)前所測得的溫度值。2.溫度傳感器的選型溫度的測量方法通常分為兩大類即接觸式測溫和非接觸式測溫。接觸式測溫是基于熱平衡原理，測溫時，感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，當(dāng)達到熱平衡時，獲得被測物體的溫度，例如，熱電偶，熱敏電阻，膨脹式溫度計等就屬于這一類；非接觸式測溫基于熱輻射原理或電磁原理，測溫時，感溫元件不直接與被測介質(zhì)接觸，通過輻射實現(xiàn)熱交換，達到測量的目的，例如，紅外測溫儀、光學(xué)高溫計等。常用的測溫傳感器有熱電偶，熱電阻，導(dǎo)體溫度傳感器等，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)多使用集成溫度傳感器，這里選用的是DS18B20。集成溫度傳感器可以分為三類：模擬集成溫度傳感器、模擬集成溫度控制器、智能溫度傳感器。2.1DS18B20簡介作為一種數(shù)字化溫度傳感器，DS18B20測溫時無需任何外部元件，可直接輸出9~12位（含符號位）的被測溫度值，測溫范圍為-55ǜ~+125℃；在-10~+85℃范圍內(nèi)測量精度為±0.5℃，輸出測量分辨率可謂，最高可達0.0625℃；支持“單線總線”技術(shù)，僅需要占用一個通用I/O端口即可完成與單片機的通信；現(xiàn)場溫度直接以“單線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力[1][5]。2.2“單線總線”通信協(xié)議簡介“單線總線”是一種在一條總線（這條總線只有一條口線）具有單主機多從機的總線系統(tǒng)，在“單線總線”可掛多個從機系統(tǒng)。為了不引起邏輯上的沖突，所有從機系統(tǒng)“單線總線”接口都是漏極開路的，多個從機系統(tǒng)輸出信號在總線上實現(xiàn)線與，因此在使用時必須對總線外加上拉電阻。為保證數(shù)據(jù)的完整性，所有的單線總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議。“單線總線”通信協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫時序和讀時序等幾種信號類型。所有的單線命令序列（如初始化、ROM命令、RAM命令）都是由這些基本的信號類型組成的。在這些信號中，除了應(yīng)答脈沖外，其他均由主機發(fā)出，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前[1][27]。2.3DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳分布DS18B20主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛多個DS18B20的目的。高低溫報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個字節(jié)的EEPROM組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入[1][3][5]。圖2DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3DS18B20的管腳分布DS18B20數(shù)字溫度計以9位數(shù)字量形式反映器件的溫度值。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需要一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需無需外部電源。因為每個DS18B20都有一個獨特的片序列號，所以多只DS18B20可以同時連接在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)控和控制等方面非常有用[3]。GND：接地DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路VDD：可選的VDD腳。3.MSP430的簡介及功能特性3.1MSP430的簡介MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器(MixedSignalProcessor)。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中[12]。3.2MSP430的功能特性[2][9][12]低電源電壓范圍：1.8V至3.6V超低功耗：主動模式：400微安在1MHz，2.2V也可待機模式：2.5微安關(guān)閉模式（RAM保持）：0.35微安有5種省電模式，喚醒在不到6微秒從待機模式16位RISC架構(gòu)，擴展內(nèi)存，125ns指令周期時間三通道內(nèi)部DMA12位A/D轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)部參考，采樣保持和自動掃描功能16位3路Timer_A比較寄存器16位7路Timer_B比較寄存器電源電壓監(jiān)控器可編程電平檢測串行通信接口（USART1的），選擇異步UART或同步SPI的軟件通用串行通信接口：增強型UART支持自動波特率檢測IrDA編碼器和解碼器同步SPI總線標(biāo)志板載串行編程，可編程的安全熔絲代碼保護掉電檢測器基本定時器實時時鐘功能集成的LCD驅(qū)動三個可配置運算放大器圖4MSP430的管腳分布參考文獻：[1]周云波，由DS18B20單線數(shù)字溫度計構(gòu)成的單線多點溫度測量系統(tǒng)，1996(2)[2]魏小龍，MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例，2002[3]羅慧滋，數(shù)字溫度傳感器DS18B20在糧情測控系統(tǒng)中的應(yīng)用，2004(5)[4]董煒、王俊杰、楊士元，單總線測溫系統(tǒng)[期刊論文]-自動化儀表，2005(6)[5]陳躍東，DS18B20集成溫度傳感器原理及其應(yīng)用，2002(4)[6]TeaxsInstrumentIncMSP430xlxxfamilyuser'sguide2007[7]TeaxsInstrumentIncMSP430F16X/161XdeviceerrataSheet2007[8]TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller2007[9]秦龍，MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講，2007[10]祖靜，新概念動態(tài)測試.動態(tài)測試技術(shù)專題，2006[11]張文棟，存儲測試系統(tǒng)的設(shè)計理論及其應(yīng)用，2004[12]沈建華、楊艷琴、翟驍曙，MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應(yīng)用，2008[13]魏小龍，MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例，2002[14]王曉銀，基于MSP430F149單片機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[期刊論文]-微計算機信息，2006(22)[15]胡大可，MSP430系列單片機C語言程序設(shè)計與開發(fā)，2003[16]MSP430x4xxFamilyUser'sGuide-slauO56c2003[17]孟開元，Modbus通信協(xié)議中CRC校驗的快速C語言算法[期刊論文]-福建電腦，2004(11)[18]楊寶清，現(xiàn)代傳感器技術(shù)基礎(chǔ)[M]，北京：中國鐵道出版社，2001[19]魏小龍，MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002．[20]金永賢，智能化電子產(chǎn)品的低功耗設(shè)計[J]，華東交通大學(xué)學(xué)報，200l，18(1)：15-16．[21]姜忠良，陳秀云.溫度的測量與控制[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005：26~27[22]馬建明.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2005：2~5[23]葉湘濱、熊飛麗等.傳感器與測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，20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２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一．本課題所要研究的問題：如何基于MSP430對溫度這一參量進行實時的采集并通過LED顯示出來。具體地說，1.選用何種傳感器，將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號；2.如何對MSP430外圍的硬件電路進行設(shè)計；3.MSP430內(nèi)部的程序如何編寫。二．本課題擬采用的研究手段：擬設(shè)計的研究方案闡述如下：1.方案總體設(shè)計原理模擬適配電路LED顯示及報警MSP430模擬適配電路LED顯示及報警MSP430傳感器溫度傳感器電源管理電源管理圖5擬方案的設(shè)計框圖該方案以MSP430為核心，以DS18B20為溫度傳感器，使用LED數(shù)碼管顯示。首先，傳感器根據(jù)溫度的變化輸出一定的模擬電信號，該信號通過模擬適配電路進入系統(tǒng)，然后通過MSP430內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，以上過程需要系統(tǒng)內(nèi)的定時器按照一定的頻率控制不斷循環(huán)運行，從而達到實時采集的目的。最后，經(jīng)LED數(shù)碼管把溫度顯示出來，并在必要的時候報警。2.擬方案中遇到的問題及解決方法在這個方案中，最重要的是關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換的問題。由于MSP430內(nèi)嵌有A/D轉(zhuǎn)換模塊，故模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能由MSP430內(nèi)部的程序來完度。此時應(yīng)考慮到ADC模塊的一些指標(biāo)。分辨率：ADC模塊位數(shù)越多，數(shù)據(jù)的采集精度越高，分辨率越高，本方案選用ADC12，其分辨率為滿刻度的1/212或滿刻度的0.0245%。轉(zhuǎn)換時間：轉(zhuǎn)換時間越短越能適應(yīng)輸入信號的變化，轉(zhuǎn)換時間與ADC模塊的結(jié)構(gòu)、位數(shù)有關(guān)。此外還有量化誤差、轉(zhuǎn)換精度等，都是設(shè)計過程中應(yīng)著重考慮的問題。三．相關(guān)軟件環(huán)境和開發(fā)平臺電路原理圖、PCB板圖制作軟件PROT