数字温度计课程设计

重庆三峡学院课程设计（论文）题目数字温度计院系机械工程学院专业机械电子工程（数控加工）年级201X级学生姓名范俊学生学号*************指导教师XXX职称教授完成设计（论文）时间2014年12月目录摘要..............................................................1关键词..............................................................11课题调查...........................................................21.1本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势.............21.2本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法.....31.3本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析...................31.4DS18B20的主要特性...........................................42方案设计...........................................................42.1总体初步方案.................................................42.2模块方案分析.................................................5模块一微处理器模块..........................................5模块二复位电路..............................................7模块三时钟电路..............................................8模块四温度传感器............................................9模块五LED显示电路...........................................93整机电路.........................................................104制作及调试过程...................................................105结论............................................................11附录一：源程序.....................................................12附录二：原理图.....................................................17附录三：实物图.....................................................18参考文献........................................................191数字温度计范俊重庆三峡学院机械工程学院机械电子专业XXXX级X班重庆万州404000摘要在日常生活及工农业生产中经常要检测温度，传统的方式是采用热电偶或热电阻。其硬件电路和软件调试比较复杂，制作成本较高。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正不断走向深入。所以我们选用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用单片机本生的优势节约成本，使电路更简单。温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。在这里介绍了一种基于AT89C52单片机的温度测量及控制系统的硬件结构以及C语言程序设计，该系统设计和布线简单，结构紧凑，体积小，重量轻，抗干扰能力强，性价比高，扩展方便，在大型仓库，工厂，智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。关键词DS18B20AT89C51温度测量21课题调查1.1本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势温度的测量对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。近年来，温度检测领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各个领域中广泛使用。温度的测量的关键之处是温度传感器，其往往决定着一个温度检测系统的性能。传统的温度检测以热敏电阻和AD590为温度敏感元件。热敏电阻虽成本低，但需信号处理电路，电路复杂，可靠性较低，测温准确度及抗干扰能力也有一定的不足。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型的温度传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它提高了抗干扰能力和可靠性，而且使系统结构更简洁，维护方便，缩小了空间。单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优于一般CPU的优点，因此往往采用单片机作为数字控制器取代模拟控制器。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版，记为：IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68温标存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代了IPTS-68。1.2温度检测的发展背景在众多温度仪表中温度传感器是开发最早,也是现在应用最广的一类温度仪表。现在温度仪市场中温度传感器的份额已大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。温度检测在各个领域都具有广泛的应用，随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能温度测控系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。再则人们在温度检测的准确度、便捷、快速等方面有着越来越高的要求。而传统的温度传感器已经不能满足人们的需求，所以新型的温度传感器将逐渐代替传统的温度传感器。温度检测系统的发展趋势随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围也不断扩大，因而对温度检测技术的要求也愈来愈高，现在工业上通用的温度检测范围为200-3000C，而今后要求能测量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切，如1OK以下的温度检测是当前重点研究课题。温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体的测量。应用范围己经从土业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。利3用以前的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。对许多场合中的温度检测器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求;又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无读数误差、分辨率高、测量误差小，因而有广阔的销售市场。所以说数字温度计的发展前景是相当可观的。1.2本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法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，将电信号转换成数字信号。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。该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行时温度检测并显示，能够实现快速检测环境温度。可能遇到的问题及注意事项：(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。(2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。(3)连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。(4)在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某一个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。1.3本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。因此可行性还是很高。41.4DS18B20的主要特性（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（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，实现组网多点测温（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℃和0.0625℃，可实现高精度测温（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，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2方案设计2.1总体初步方案采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理和控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性质稳定，它温用作工业测温元件，此元件线性较好。在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一是采用了单总数的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接和计算机连接。这样温度系统的结构就比较简单，体积也不大。采用51单片机控制软件编程的自由度大，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行温度的实时检测并显示，能够实现快速测量环境温度。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1822相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图1所示，低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小