医用数字温度计的设计

学号：密级：职业技术学院毕业论文(设计)医用数字温度计的设计姓名学科专业医用电子仪器与维护研究方向设计指导教师完成时间2010年4月目录【摘要】.........................................................10引言...........................................................11数字温度计的介绍...............................................12DS18B20温度传感器.............................................22.1DS18B20温度传感器的主要特性..............................22.2DS18B20的内部结构及工作原理..............................23医用数字温度计的设计...........................................33.1医用数字温度计的设计标准与要求............................33.2整体设计方案..............................................33.3各模块基本功能与设计方案设计与论证........................43.3.1单片机最小系统.......................................43.3.2温度采集模块的设计与论证.............................43.3.3显示模块的方案设计与论证.............................53.3.4报警温度调整按键.....................................73.3.5报警部分.............................................73.4软件设计.................................................73.4.1主程序...............................................73.4.2温度子程序...........................................74调试性能分析和注意事项.........................................84.1调试性能分析..............................................84.2DS18B20使用中的注意事项..................................8结论.............................................................9【参考文献】.....................................................9谢辞...........................................................10附录:...........................................................111医用数字温度计的设计【摘要】随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89C2051，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。关键词：单片机数字传感器DS18B20显示器LED0引言随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器DS18B20具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、使用方便等优点，广泛应用在日常生活中温度的测量和控制。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，本文作者利用温度传感器DS18B20设计并制作了一款基于4位LED管显示的医用数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。1数字温度计的介绍温度是我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。数字温度计根据使用的传感器的不同，AD转换电路，及处理单元的不同，它的2精度，稳定性，测温范围等都有区别，这就要根据实际情况选择符合规格的数字温度计。2DS18B20温度传感器2.1DS18B20温度传感器的主要特性（1）适应电压范围宽，电压范围：3.0-5.5V，在寄生电源方式下可以由数据线供电；（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测量。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；（5）温度范围-55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃，0.0625℃，可以实现高精度测温；（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可以传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但是不能正常工作。2.2DS18B20的内部结构及工作原理DS18B20的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的测温度原理如图（Fig1）所示。图中低温度系数晶震的震荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶震随温度变化其震荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度积存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶震产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预制将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行技术，如此循环直到计数器2计3数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。Fig1DS18B20测温原理框图3医用数字温度计的设计3.1医用数字温度计的设计标准与要求1、基本范围-50℃－110℃2、精度误差小于0.5℃3、LED数码直读显示3.2整体设计方案按照系统设计功能的要求，确定系统由4个模块组成：温度检测部分、按键控制部分、报警部分和显示电路。温度计电路设计总体设计方框图如图（Fig2）所示：Fig2总体设计方框图温度检测部分按键部分AT89C2051单片机控制器报警部分LED显示部分扫描驱动电路LSB置位/清除斜率累加器高温度系数晶振预置比较低温度系数晶振计数器1预置加1停止温度寄存器计数器2=043.3各模块基本功能与设计方案设计与论证系统由单片机最小系统、显示电路、按键部分、温度传感器等组成，下面我就各个模块进行逐个介绍。3.3.1单片机最小系统单片机ATC89C2051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。晶振采用11.0592MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。单片机最小系统的硬件连接如图（Fig3）所示：RST1RXD2TXD3XTAL24XTAL15INT06INT17T08T19GND10P3.711AIN012AIN113P1.214P1.315P1.416P1.517P1.618P1.719VCC20AT89C2051U1RSTP30P31X1X2T0FMP12P13P14P15P16P17P10P11VCCP32P33P3712Y711.0592MHZC3130PFC3330PFC3210UFRESTR11KR210KVCCRST复位X1X2Fig3片机最小系统3.3.2温度采集模块的设计与论证(1)方案一采用二极管做温度传感器晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50—+150℃。典型的温度曲线如图1所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。5(2)方案二采用LM35做温度传感器LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。在使用单一电源时，LM35的一个缺点是无法指示低至零度的温度。据称利用LM35可测出20mV的电压，这一值相当于2℃（一些情况下甚至可测出0～2mV的电压！），但要指示零度或更低的温度时，最好还是再提供一个负电源和一只下拉电阻。(3)方案三采用可编程器件DS18B20做温度传感器DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。从以上三种方案，很容易看出，采用方案三，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。其硬件连接如图（Fig4）所示：GND1I/O2VCC3DS18B20VCCR310KP37Fig4温度传感器电路3.3.3显示模块的方案设计与论证(1)方案一：采用液晶显示液晶显示器(lcd)是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（lcd）的原理与阴极射线管显示