温度循环检测仪Word下载.docx
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得分
评阅人
答辩小组组长
成绩:
院长(主任)签字:
年月日
毕业设计任务书
题 目
方0709-3
承担指导任务单位
石家庄铁道大学四方学院电气工程系
导师
姓名
职称
讲师
一、主要内容
a)温度测量范围:
0℃~+125℃,温度测量精度:
±
0.5℃
b)测量通道:
4路可循环显示,并有通道标志
c)温度传感器选用DS18B20
d)具有温度等信息的显示,具有温度上下限设置功能,越限时可以进行报警
e)工作方式:
①连续采集;
②定时采样:
定时采样时间可设定(1秒~3600秒)
f)可指定通道号固定显示
二、基本要求
1.使用STC89系列单片机配合温度控制传感器工作。
2.使用键盘和液晶屏调整配置温度信息。
3.使用KeilC编程。
实现相关逻辑控制。
4.电路原理图设计,protel印刷电路图设计。
5.提出系统设计框图,提出相应的解决方案。
6.需单片机和芯片,开发电路板以相关传感器和驱动电路模块。
三、主要技术指标
1.电压直流5V,工作电流小于500mA。
2.可实现要求基本功能。
3.电路原理图。
4.使用说明书撰写
5.论文正文不少于1.5万字,查阅文献资料不少于10篇,其中外文文献2篇以上,翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。
四、应收集的资料及参考文献
C语言开发。
关于STC89系列相关单片机开发文档。
超声波、红外传感器件使用手册和接口电路;
电机驱动模块。
五、进度计划
第1周—第2周开题报告和任务分配
第3周—第7周 需求分析,概要设计
第8周—第12周详细设计,中期考核
第13周—第14周写论文
第15周—第16周上交论文,答辩
教研室主任签字
时 间
年 月日
毕业设计开题报告
题目
电气工程系
一、研究背景
当今社会,温度测量系统被广泛的应用于生产、生活的各个领域。
在工业、环境监测、医疗、家庭等多方面均有应用,小到日常生活中的一些应用,比如挂式温度显示仪等,大到大型工程应用,比如在汽车的很多的系统中便有温度检测设备,来监测各个功能模块的运行状况。
温度检测是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。
随着社会的发展科技的进步以及人们的生活水平的提高,温度循环检测系统在很大意义上提高了生产生活的需要,方便了生产中队温度的控制,有效的提高了生产质量。
二、国内外研究现状
通过网上查询、翻阅图书了解到目前国外市场以单片机为核心的温度循环控制系统很多,而且方案灵活,且应用面比较广,可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉,在生活当中的应用也比较广泛,如热水器,室温控制,农业中的大棚温度控制。
最具有代表性的有:
虚拟仪器温室大棚温度测控系统,它是一种比较智能,经济的方案,该系统能对大棚温度进行采集比较。
还有电烤箱温度控制系统和小型热水锅炉温度控制系统。
这些成就不仅在国外而且在国内得到了大力的推广。
三、研究方案
3.使用KeilC编程。
4.使用单片机和芯片,开发电路板以相关传感器以及驱动电路模块。
5.电压直流5V,工作电流小于500mA。
四、预期结果:
c)具有温度等信息的显示,具有温度上下限设置功能,越限时可以进行报警
d)工作方式:
e)可指定通道号固定显示
第15周—第16周上交论文,答辩
六、设计内容
主要是利用了DS18B20温度传感器来实现对温度的检测,然后通过LCD1602液晶显示循环显示出四路温度数值,当所测地的温度超过某一数值时就会产生报警;
如果想观测某已指定地方的温度通过STC板上的独立按键选择某地通道,从而可固定地观测想要观测的地点的温度。
指导教师签字
时间
摘 要
随着社会的发展,人们对环境中的温度的要求也越来越高,尤其是在医学、电子电力、航天航空、食品发酵等领域中对温度的要求尤其严格,鉴于此设计了一个能够精确、稳定、实时测量出环境中温度的实用型温度检测仪显得尤为重要。
本设计依靠环境温度为背景,研究设计了对四点温度的循环检测系统。
该设计是以STC89C52单片机作为控制核心,智能温度传感器DS18B20为控制对象,用LCD1602液晶显示,运用C语言实现系统的各种功能。
本课题所设计的多点温度控制系统可实现对远程环境的温度测量与监控,适用于电力工业、煤矿、火灾、高层建筑等场所,还可以用于环境恶劣的工业控制现场。
关键词:
DS18B20温度传感器 STC89C52单片机 LCD1602液晶显示 循环检测
Abstract
Associetydevelops,peopleontheenvironmenttemperaturerequirementsarealsoincreasing,especiallyinthemedical,powerelectronics,aerospace,foodfermentationtemperatureinareassuchastherequirementsareespeciallystrict,inviewofsuchadesignatoaccurate,stable,real-timemeasurementofthetemperatureofthepracticalenvironmenttemperaturedetectorisveryimportant.
Thedesignreliesontheambienttemperatureasthebackground,studydesignoffour-pointtemperaturemeasuringsystem.ThedesignisbasedonSTC89C52microcontrollerasthecontrol,smarttemperaturesensorDS18B20asthecontrolobject,withtheLCD1602LCDdisplaysystemusingClanguagefunctions.DS18B20mainlyusetemperaturesensorstoachievethetemperaturedetection,andthenloopthroughtheLCD1602LCDdisplayshowsfourtemperaturevalues,asmeasuredinthetemperatureexceedsacertainvaluewillgenerateanalarm;
IfyouwanttoobservationsinaspecifiedplacetemperaturethroughtheSTCbuttontoselectanindependentboardtochannels,whichcanbefixedtothelocationofobservationlikethetemperatureofobservation.
Thetopicsaredesignedtomulti-pointtemperaturecontrolsystemcanrealizetheremotetemperaturemeasurementandmonitoringtheenvironmentforthepowerindustry,coal,fire,high-risebuildingsandotherplacescanalsobebadfortheenvironment,industrialcontrolsite.
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
Keywords:
DS18B20Digitaltemperaturesensor STC89C52MCULCD1602LCDdisplayLoopdetection
目 录
第1章 绪论1
1.1 课题研究意义与背景1
1.2 温度测量技术的国内外研究现状1
第2章 总体设计方案3
2.1 课题设计任务3
2.2 设计总体方案及方案论证3
第3章 硬件设计5
3.1 系统硬件组成5
3.2 STC89C52主控制器5
3.3 报警模设计8
3.4 DS18B20温度传感器和单片机的接口9
3.4.1 DS18B20内部结构9
3.4.2 DS18B20的测温原理12
3.4.3 DS18B20具体参数及工作方式12
3.4.4 DS18B20与单片机接口电路13
3.5 显示模块设计14
3.5.1 LCD1602显示器14
3.5.2 LCD1602的基本参数及引脚功能14
3.5.3 LCD1602与单片机接口电路15
3.6 输入电路设计16
3.6.1 独立键盘与单片机接口电路16
3.7 读DS18B20温度传感器序列号电路设计17
3.8 原理图绘制18
第4章 软件设计19
4.1 主程序设计19
4.2 子程序设计20
4.2.1 DS18B20的子程序设计20
4.2.2 LCD子程序的设计21
4.2.3 报警设计21
第5章 系统仿真与调试23
5.1 软件编程与调试23
5.2 实物电路调试23
5.2.1 STC89C52开发板23
5.2.2 焊接DS18B20的电路板图24
5.2.3 实物的连线及调试25
第6章 结论与展望26
6.1 结论26
6.2 展望26
参考文献28
致谢29
附录30
附录A 外文资料30
附录B 硬件原理图39
附录C 程序清单40
第1章 绪 论
1.1 课题研究意义与背景
温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量,也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一,同时他也是一种最基本的环境参数。
人民的生活与环境度息息相关,物理、化学、冶金、机械制造、大型仓储室、实验室、农场塑料大棚甚至人们的居室里经常需要对环境温度进行检测,并根据实际的要求对温度进行控制。
比如,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;
许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行。
炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品;
没有合适的温度环境。
可见研究温度的测量具有重要的理论意义和推广价值。
随着现代计算机和自动化技术的发展,作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件,温度测量的作用日益突出,成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具,其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。
本设计就是为了满足人们在生活中对温度测量系统方面的需求。
21世纪科学技术的发展日新月异,科技的进步带动了测量技术的发展,现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化,我们已经进入了高速发展的信息时代,测量技术也成为当今科技的主流之一,被广泛地应用于生产的各个领域。
对于本次设计,其目的在于:
(1)本课题综合了现代测控、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识,具有综合性、科学性、代表性,可全面检验和促进学生的理论素养和工作能力。
(2)本课题的研究可以使学生更好地掌握基于单片机应用系统的分析与设计方法,培养创新意识、协作精神和理论联系实际的学风,提高电子产品研发素质、增强针对实际应用进行控制系统设计制作的能力。
(3)掌握一个显示屏和一个温度传感器的原理、性能、使用特点和方法,利用单片机对系统进行编程。
1.2 温度测量技术的国内外研究现状
随着微电子技术和计算机技术的发展,越来越多的集成温度传感器应用于温度检测系统中。
为保证系统要求,缩短系统开发时间,美国国家仪器公司(NationalInstruments)的图形化编程软件系统LabVIEW和数据采集卡使得构建整个温度测控系统更加方便。
如基于LabVIEW的多路仪器温度测控系统,该系统将计算机,强大的图形化编程软件和模块化硬件结合在一起,建立起具有灵活性的基于计算机的测量与控制应用方案,最终构建起满足自己需求的系统。
温度信号由传感器转换为电压信号,再经数据采集卡进入计算机,在计算机上运行的LabVIEW程序对输入的数据进行分析处理,将结果由计算机显示出来,同时通过数据采集卡输出控制信号给外部加热控制电路,达到测量与控制温度的作用[6]。
其中数据采集卡Lap-PC-1200是一种低廉的,在计算机上使用的板卡。
它可以采集模拟信号,数字信号,拥有定时器的功能,同时还具有模拟输出的功能。
该数据采集卡具有高性能的数据采集与控制能力,可用于实验室测试,生产测试,以及工业监视和控制。
使用虚拟仪器技术构建多路温度测控系统,该系统精度较高,温度波动较小。
在系统组建过程中,由于利用了图形化编程软件和数据采集卡,大大缩短了系统组建时间,且又较经济。
并且为多路测控系统的研究提供了实践经验。
测量温度的关键是温度传感器,温度传感器的发展经历了三个发展阶段:
(1)传统的分立式温度传感器:
如铂电阻Pt100,Pt1000,是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器,它与被测对象直接接触,不受中间介质的影响,具有较高的精确度;
测量范围广,可从-50℃-1600℃进行连续测量。
(2)模拟集成温度传感器:
如AN6701,采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。
模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。
(3)智能集成温度传感器:
智能传感器是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。
目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。
智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU);
并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的,其智能化和谐也取决于软件的开发水平[12]。
虽然目前国际上各种新型温度传感器正从模拟式向数字式,从集成化向智能化、网络化的方向发展,但是这些智能集成的温度传感器成本高,实现技术较复杂,因此本文采用了传统的铂电阻Pt100作为传感器,结合单片机STC89C52实现温度测量监控的方案,成本低,便于实现,并能扩展功能,该系统适用于人民的日常生活和工、农业生产中的温度测量。
第2章 总体设计方案
2.1 课题设计任务
设计一个以单片机为核心的温度测量系统,可实现的功能为:
(1)温度测量范围:
0℃~+125℃,温度测量精度:
0.5℃。
(2)测量通道:
4路可循环显示,并有通道标志。
(3)温度传感器选用DS18B20传感器。
(4)具有温度等信息的显示,具有温度上下限设置功能,越限时可以进行报警。
(5)工作方式:
定时采样时间可设定(1秒~3600秒)。
(6)可指定通道号固定显示。
2.2 设计总体方案及方案论证
在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制,传统的测温元件有热电偶和热点阻。
而热电偶和热电阻测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持,硬件电路复杂,软件调试复杂,制作成本高。
对于温度检测仪的设计,在日常生活中有很多可以利用的芯片。
对于温度传感器的选择也有多种,在该设计中采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为-55℃~+125℃,最大分辨率可达0.0625℃。
DS18B20可以直接读出被测量的温度值,而采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。
与传统的热敏电阻相比,他能够直接读出被测温度并且可根据要求通过简单的编程实现9~l2位的数字直读方式。
可以分别存93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量,并且从DSl8B20读出的信息或写入DSl8B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接DSl8B20供电,而无需额外电源。
DS18B20是集成数字温度传感器,温度测量范围-55℃~+125℃,通过编程可实现0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃四种不同的分辨率。
其最大特点是通过一条数据线就可实现与单片机的数字通讯。
因而使用DSl8B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高[14]。
他在测温精度,转换时时间,传输距离,分辨率等方面较DSl820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
DSl8B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装。
对于单片机芯片的选择有AT89C51和STC89C52等几种,但对于两种芯片的选择有着一定的要求,由于STC89C52是一种最新的产品,AT89C51的ROM为4KB,STC89C52的ROM为8KB,其ROM的容量扩大了一倍,其可存储空间增大了,具有了更好的存储性能;
此外,C51的内部RAM只有128字节,除去4组工作寄存器、位地址单元和预留一部分堆栈空间,剩下的RAM不多了,对稍微复杂一些的程序,编程起来非常的不舒服,因为能定义的空间很少了。
而对于STC89C52不仅是ROM字节扩大了,而且在自己的性能上有了很大的改进,价格合理,用途广泛、轻巧、方便,所以选择了利用STC98C52作为单片机的核心芯片[10]。
按照系统设计功能的要求,确定系统由5个模块组成:
主控制器STC89C52,温度传感器DS18B20,报警电路,按键电路及驱动显示电路。
本设计要求系统测量的温度的点数为4个,测量精度0.5℃测量范围为0℃~+125℃。
采用液晶显示温度值,显示格式为:
温度的整数部分,小数部分,温度符号,最后一位温度的报警判断,显示数据不断刷新。
本设计的软件开发的难点在于DS18B20的序列号读出和液晶温度符号的显示以及温度的精度显示如何实现,温度符号的显示需要对LCD1602的CGROM进行读写。
温度显示的精度的实现需要编程人员对程序熟悉。
第3章 硬件设计
3.1 系统硬件组成
本设计使用单片机作为控制核心,采用四个温度传感器对多点温度进行循环检测,以液晶显示屏显示检测温度。
系统总体控制框图如图3-1所示:
图3-1 系统总体控制框图
单片机选用市场上常见的美国ATMEL公司的STC89C52作为控制元件,温度传感器选用DS18B20数字温度传感器,它的输入/输山采用数字量,以单总线技术,接收单片机发送的命令,根据DSl8B20内部的协议进行相应的处理,将转换的温度以串口发送给单片机。
主机按照通信协议用一个I/0口模拟DSl8B20的时序,发送命令(初始化命令、ROM命令、RAM命令)给DSl8B20,转换完成之后读取温度值,在内部进行相应的数值处理,用液晶显示屏LM016L显示各点的温度,液晶显示该传感器路数、实际温度值显示,从而实现了对四路温度的实时监控。
3.2 STC89C52主控制器
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[13]。
单片机总控制电路如下图3-2:
图3-2 单片机总控制电路
STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
内部方式的时钟电路如图3-3(a)所示,在RXD和TXD引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
晶体振荡频率可以在1.2~12MHz之间选择,电容值在5~30pF之间选择,电容值的大小可对频率起微调的作用。
外部方式的时钟电路如图3-3(b)所示,RXD接地,TXD接外部振荡器。
对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。
片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。
如图3-3(b)示,RXD接地,TXD接外部振荡器。
电容作用是稳定频率和快捷起振,电容值在5~30pF,晶振振荡频率范围在1.2~12MHz之间选择经典值为12MHz和6MHz[9]。
(a)内部方式时钟电路(b)外部方式时钟电路
图3-3 时钟电路
STC89C52具体介绍如下【7】:
(1)主电源引脚(2根)
VCC(Pin40):
电源输入,接+5V电源
GND(Pin20):
接地线
(2)外接晶振引脚(2根)
XTAL1(Pin
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