传感器论文

传感器论文基于ds18b20传感器的数字温度目录摘要一，设计课题介绍二，设计目的三，基本要求四，电路设计方案五，实验的器材选择六，设计流程图七，电路设计图八，各部分电路分析1电源电路2单片机电路3接口电路4数字显示电路5蜂鸣器电路6DS18B20温度传感器九，原理图的制作十，电路的制作与调试摘要：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，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。一种数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器制这样易于智能化控制。基于DS18B20温度传感器设计一.设计课题介绍在生产和生活的很多地方需要对环境的温度有一定的要求，当温度超过某一定的范围时，需要自动或人为的调节环境温度，以达到生产和生活的需要。温度传感器可以感知环境的温度，并将感知的环境温度通过显示电路将其显示出来，如果外感知温度超出单片机程序内面设计的温度的范围。则由蜂鸣器发出声音，提出警告。从而调整环境温度。二.设计目的1．使用度传感器DS18B20以及围绕该传感器设计的一些电路。2．每个模块电路的工作理。3．学会原理图的画法和PCB板的制作。三.基本要求1．设定一个温度范围，与温度传感器感知的温度进行比较，从而控制蜂鸣器提出警告。2．当温度超出设定的范围时由蜂鸣器发出警报声。从而调整环境的温度已达到需求。3．设计电路要采用简单，精确的方案。尽量降低设计的成本。四．电路设计方案1．该电路主要是利用5个模块电路组成：1单片机模块电。用单片机电路来接收温度传感器的感知温度，并将温度通过显示电路显示出来，并与设定的初值进行比较控制蜂鸣器发出警报声。2．温度传感器模块。主要采用该芯片组接电路。3．显示电路模块。主要采用四个共阴极的数码管和74LS164组接的显示电路。4．接口电路。该电路是用来连接单片机与显示电路的。5．电源电路。电路模块是用来为单片机以及相关的元器件提供工作电源的。五.实验的器材选择DS18B20一个,80C51芯片，74LS164芯片一个，4位共阴极数码管一个，电阻若干个（根据实验的需要），电容若干个（根据实验的需要）,LED（若干个），稳压管，二极管，220V的电源。六.设计流程图图1DS18B20的工作设计流程图七．各部分电路分析1．电源电路电源电路是采用的市电压220V通过R和C阻容降压后，然后再由VD1和VD2二极管进行整流，C进行滤波.VDZ进行稳压后得到一个+5V的电压，为各工作电路提供电源。2．单片机电路单片机是采用的MCS51单片机，该单片机具有四十个引脚，分别为P0，P1,P2，P3端口作为数据的输入和输出接不通的电路，同时由晶振和电容所构成的振荡电路，该电路接在AXTAL1和AXTAL2两端，还有由电阻和电容以及按钮开关所构成的复位电路接在RST端。EA引脚接上高电平就组成了一个完整的单片机电路，在单片机的内部ROM中编写相应的语言程序即可控制不同的模块工作。3．接口电路该接口电路是采用基本元器件搭接而成，由两个不同的PNP管控制53,2端口从而控制单片机读和写端口数据的输出，该电路简单方便，同时也给制作者降低了制作的成本。因此备受广大制作爱好者得青睐。4．数字显示电路数字显示电路主要是采用的四位共阴极的数码管和74LS164芯片组成。共阴极环境温度温度传感单片机电路蜂鸣器报警电路感知温度温度控制控制数字显示电路温度的数码管是由八个LED按不同的方式将其阴极接在一起构成，根据其亮灯的情况可以读出对应的数字和符号，该数据情况主要是由阳极端输入的信号来控制。74LS164芯片有十四个引脚其中的七号引脚和十四号引脚分接地和电源的正极。八号引脚接上时钟脉冲信号8位串入，并出移位寄存器74HC164、74HCT164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件的引脚兼容。74HC164、74HCT164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非门控串行数据输入。5蜂鸣器电路蜂鸣器电路是由蜂鸣器，三极管和电阻所构成，蜂鸣器的上端接高电平，下端与三极管的C极相接，E端接地，B端通过一个电阻接在单片机的某一个输出引脚上，当输入的是高电平时，三极管此时截止，此时三极管相当于一个断路，蜂鸣器不工作。当输入低电平时此时三极管处于饱和状态，此时的三极管相当于一根导线，蜂鸣器接通后开始工作。6．DS18B20温度传感器该传感器是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器。市场报价15元工作原理：DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820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3所示。图中低温度系数晶振的振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。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振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的预置将重新被装入，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计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的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。图2DS18B20测温原理框图（1）.该温度传感器由三个引脚分别是VCC引脚，GND引脚，I/O引脚。（2）.电路从DQ和VDD为高电平时“偷取”能量，当特定的时间和电压适合时，可以给电路提供充足的能量。寄生电源的优势有二：无需提供遥远的电源；在缺少正常供电时，可以读取ROM.为了使芯片能够精确的对温度进行转换，当转换温度时确保供电充足。值得重视的是，如果运行电流到达1.5mA，由于5K的上拉电阻，DQ不能得到足够的能量，这对单总线上连接多个芯片同时进行转换是很不利的。这里有两种方法确保温度转换时有足够的能量，第一种方法是无论什么时候转换温度线直接提供能量，如下所示：在这里值得注意的是DQ线必须在发出命令10us内完成上拉操作，当使用这种模式的时候确保VDD接地。（3）.温度测量或者从EEPROM拷贝数据给DQ提供一个强上拉电阻这种方法可以通过使用一个场效应管上拉DQDS18B20的核心功能是指示数字的温度传感器，其方案可以由用户设置（9，10，11，1位），默认情况使用12位。这相当于现实不同的精度。通过温度转换命令执行操作后温度数据被保存在16位高速缓存中，信号分为两种不同的格式保存，通过执行读缓存的命令返回采集到的温度。传送时最低有效位LSB优先，最高加权位包含了标识温度正负的“s”位。左边的图描述了输出数据的格式，在这里使用12bit，如果想设置为更低位解决方案，可以在空位处补零。如果采用华氏温度显示，则需要查找表或者是查找路径。（4）.温度转换完成后，温度将和TH与TL进行比较，如果不在这个范围之内则会返回一个警示标志。允许多芯片同时并行惊醒温度测量，如果某处芯片超出了此范围，此芯片可以被辨别出并立即读取没有别警示的芯片。5.64位激光ROM:每一片芯片提供了一个特定的系列号，前8位为DS18B20的家族系列，后面48位表征不同的芯片系列。在通过单线对芯片进行配置后，放可以执行下面的操作。八，原理图的制作1.根据原理图在元件库中找到与之对应的元件，当某些元件在元件库中找不到时，需要自己在元件库中做库，将其加入，然后再调用。2.将所有的元件加入完后，在画图工具栏中找到导线并对该电路图进行连接。3.在PCB封装库中找到每个元件与之对应的封装形式，并将该封装形式复制粘贴到原理图中与之对应的FOOTPRINT中，完成对该元器件的封装。4.连接完后在菜单栏中选择TOOLS工具栏中的ERC进行原理图的检测。若发现有错误，则需要修改，然后再重新检测，直至没有错误。5生成网络报表。在DESIGN菜单栏中选择CREATENETIST.生成网络报表。6.转换成PCB图。Design中选择UpdatePCB.7.PCB图的布局。根据美观性和一些约束条件对该电路板进行整体和局部布局。8.布局完成后，对该图进行布线。可以按照一定的规则进行自动布线，同时对于比较小的电路一般最好采用手动布线。9完成后对布线进行DRC检测。在自动布线以及手动布线过程中不可能100%的正确，此时需要不显得情况进行一个检测。10.覆铜操作。给印制电路板上没有布线的地方进行覆铜，这样可以奸笑电路的发热量同时也可以起到屏蔽作用。12级电气自动化一班李托弟2014年10月28日星期二