温度报警传感器Word格式.docx
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单片机报警系统DS18B20温度传感器数字温度计AT89S52
目录
一、设计目的1
二、设计任务与要求1
2.1设计任务1
2.2设计要求2
三、设计步骤及原理分析2
3.1设计方法2
3.2设计步骤2
3.3设计原理分析7
四、课程设计小结与体会8
五、参考文献9
一、设计目的
温度报警传感器系统是基于单片机的智能温度报警控制器的设计。
采用温度传感器DS18B20作为温度检测器,显示实时温度。
本温度计属于多功能温度计,它不仅可以实时显示温度,还可以设置上下限报警温度。
当温度超过设置的上限温度或者低于下限温度时,蜂鸣器鸣响报警。
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。
课程设计是对于我们所学的传感器原理知识所进行的一次实际运用,通过自主的课程设计,可增加我们的能力。
特别是对温度传感这方面的知识有了实质性的了解,对进一步学习传感器课程起到很大的作用。
二、设计的任务和要求
2.1设计任务
以单片机为控制核心,实现对环境温度的实时监测,并能在预设的温度范围内用LED显示,同时在超过预设范围时产生报警信号。
2.2设计要求
[1]报警器的温度用LED显示,同时在超过预设范围时产生报警信号。
[2]基本范围-50℃-110℃。
[3]精度误差小于0.5℃。
[4]可以任意设定温度的上下限报警功能。
[5]通过对AT89S52单片机的编程,实现温度报警。
[6]写出详细的设计报告。
三、设计步骤及原理分析
3.1设计方法
方案一:
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算,感温电路比较麻烦。
而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。
方案二:
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,电路简单,精度高,软硬件都以实现,而且使用单片机的接口便于系统的再扩展,满足设计要求。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,费用较低,可靠性高,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
3.2设计步骤
3.2.1系统总体设计
温度计电路设计总体设计方框图如图3.2-1所示,控制器采用单片机AT89S51,温度传感器采用DS18B20,用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
3.2-1总体设计框图
3.2.2系统模块
系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。
如图3.2-2所示。
图3.2-2系统仿真图
3.2.3主控制器
单片机AT89S51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12MHZ。
如图3.2-3所示。
复位电路采用上电加按钮复位。
如图3.2-4所示。
图3.2-3晶振电路
图3.2-3复位电路
3.2.4显示电路
显示电路采用4位共阴极LED数码管,P0口由上拉电阻提高驱动能力,作为段码输出并作为数码管的驱动。
P2口的低四位作为数码管的位选端。
采用动态扫描的方式显示。
图3.2-4数码管显示电路
3.2.5温度传感器
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:
1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
2、多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
3、无须外部器件;
4、可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
5、零待机功耗;
6、温度以9或12位数字;
7、用户可定义报警设置;
8、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;
9、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;
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。
另一种是寄生电源供电方式,单片机端口接单线总线,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。
如图3.2-5所示。
图3.2-5温度传感器与单片机的连接
3.2.6报警温度调整按键
本系统设计三个按键,采用查询方式,一个用于选择切换设置报警温度和当前温度,另外两个分别用于设置报警温度的加和减。
如图3.2-6所示。
图3.2-6按键电路
3.3设计原理分析
系统软件算法分析:
系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序,按键扫描处理子程序等。
3.3-1主程序流程:
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度。
3.3-2读出温度子程序:
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
3.3-3温度转换命令子程序:
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
3.4-4计算温度子程序:
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定。
3.3-5显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作,当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。
3.3-6按键扫描处理子程序按键采用扫描查询方式,设置标志位,当标志位为1时,显示设置温度,否则显示当前温度。
四、课程设计小结与体会
温度报警器的传感器课程设计大致可以分为:
资料收集→程序编辑→电路设计→模拟仿真→电板焊接。
每个过程相辅相成,却又相互独立。
通过这次对数字温度计的设计让我了解了设计电路的程序,也让我了解了关于数字温度计的原理与设计理念,要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。
但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样,因为,再实际接线中有着各种各样的条件制约着。
而且,在仿真中无法成功的电路接法,在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。
所以,在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法。
通过一个一个步骤的跟进,让我对很多电子元器件的结构和基本特性有了一定的了解,对电路的实际操作让我对电路有了深刻的理解。
焊接过程是一个很有趣的过程,通过小心翼翼的一个个引脚的焊接,最终成就我们的温度传感器,每一步都那么的谨慎以防与相邻的电路短接。
在很大的程度上锻炼了我的耐心,同时也能够对整个电路设计及走向有一个深刻的了解、理解。
当然,由于种种原因:
元器件缺失、系统本身及电路的影响等导致所得的结果不够精确,无法达到预想的理想状态,让人很是遗憾。
从这次的课程设计中,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,学习传感器更是如此,任何元件、程序等只有在反复的学习和使用过程中才能在运用过程中得心应手,这就是我在这次课程设计中的最大收获。
五、参考文献
1)马忠梅、张凯等。
单片机的C语言应用程序设计(第四版)北京航空航天大学出版社
2)薛庆军,张秀娟,等.单片机原理实验教程北京航空航天大学出版社
3)廖常初.现场总线概述[J].电工技术,1999.
4)传感器原理设计与应用刘迎春叶湘滨国防科技大学出版社
5)常用电子元器件及应用电路赵春云曹经稳赵春强电子工业出版社
6)单片机原理及应用杨恢先黄辉先人民邮电出版社
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- 关 键 词:
- 温度 报警 传感器