数字温度计传感器课程设计

数字温度计传感器课程设计一ˎ序言•1数字温度计的研究背景及意义温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为1℃和0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。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，测温准确等优点，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。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。2.数字温度计的研究现状•温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。3.数字温度计的发展方向•进入21世纪后，数字温度传感器正朝着高精度、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、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。二、方案设计及论证•本次程设计，是以设计一个具有报警功能的数据温度显示器为最终的标。他是由单片机，温度传感器和液晶显示器以及其他相关部件共同实现的。（一）设计要求•1.精确度：0.5摄氏度。•2.所测试的温度可由液晶显示器直接读出。•3.初始报警温度的上下限为零下20摄氏度和50摄氏度。•4.报警温度的上下限值可以任意设置。（二）设计思路•首先确定课程设计的目的是设计一个温度计，由单片机，温度传感器和液晶显示器以及其他相关部件共同实现。•根据所要实现的功能，先在proteus软件上仿真，根据所选用的硬件可以将整个软件设计成若干个子程序，譬如初始化，复位，发送指令，读取数据，显示温度等构成，可以将以上子程序分别设计，实现各自功能，再在主程序中调用，实现预期功能。•在proteus软件中画出相应的电路图，将编好的程序编译后的文件下载到电路图中的单片机中，进行仿真，对温度传感器设置不同的参数，如若不能达到预期效果，则进行修改直至成功，于此同时，将编译好的程序下载到单片机开发板中，进行测试。（三）硬件设计•温度计电路设计总体设计方框图如下所示，按照系统设计功能的要求，确定系统由4个模块组成，主控制模块，测温模块，温度显示模块和温度报警模块。1.主控制模块•本设计采用STC89C52单片机，它有高可靠，抗干扰，低功耗的特点。STC89C52单片机的RST端外部有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。此处晶振采用12MHZ。复位电路采用上电结合按钮复位。晶振电路复位电路2.显示模块•本设计显示电路采用1602液晶显示模块芯片。该芯片可显示16×2个字符，比以前的七段数码管LED显示器在显示字符的数量上要多得多。另外，由于l602芯片编程比较简单，界面直观，因此更加易于使用者操作和观测。l602A芯片的接口信号说明如下表所示。•温度显示模块3.测温模块•本次设计方案的测温模块，放弃了热电偶和热敏电阻以及铂电阻的方案，而采用了温度传感器DS18B20，这是因为前三者都存在着电路复杂亦或是热响应慢或者是成本高等缺点。而后者则不存在上述问题，因为在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。(1)DS18B20的性能特点•DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：•●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；•●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；•●无须外部器件；•●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；•●零待机功耗；•●温度以9或12位数字；•●用户可定义报警设置；•●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；•●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。(2)DS18B20的内部结构温度传感器4.温度报警电路•本次设计采用二极管进行报警输出，当所测温度超过所设置的报警温度限值时，数据口相应拉高电平，二极管发光，进行报警。报警电路(四)软件设计•整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。根据软件的功能，可以将其分为主程序部分和子程序部分。在运行主程序时，采用外部中断0和外部中断1来调用子程序。•另外，本设计的按键均采用软件消抖。三．设计测试•在将程序下载到单片机开发板进行测试之前，先是就各个功能模块的设计和•相应程序在keil软件上进行编写，再在Proteus软件上进行仿真，几经编写，修改，仿真。最后由isp下载软件下载到单片机开发板上进行测试，测试所显示的温度是否符合实际值。四．设计总结•设计之前，我首先确定目标，然后进行各个功能模块的设计和相应程序的编写，再在Proteus软件上进行仿真，几经编写，修改，仿真。•从这次的课程设计中，我领悟到理论联系实践的重要性，如若没有实践，就如单纯的纸上谈兵，无丝毫实质内容可提。程序只有在经常写与读的过程中才能提高。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于一些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。五ˎ参考文献•[1]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版，1998•[2]李广弟.单片机基础〔Ｍ〕.北京：北京航空航天大学出版社，1994•[3]阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，1989•[4]廖常初.现场总线概述〔J〕.电工技术，1999.•[5]徐仁贵等编著.《单片微型计算机应用技术》.北京:机械工业出版社.2001年2月第1版•[6]张毅刚等编著.《单片机原理及应用》.北京：高等教育出版社.2004年1月第1版