基于555定时器和单片机的温度测量Word格式文档下载.docx
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《基于555定时器和单片机的温度测量》研究报告
摘要:
本系统采用层次化、模块化设计,整个系统由数据采集系统、单片机控制系统、液晶显示系统组成。
系统以单片机为核心,以热敏电阻与555定时器组成多谐振荡电路。
热敏电阻作为温度传感器,温度的变化使得热敏电阻的阻值发生改变,从而使振荡电路的振荡周期随之改变,利用单片机的中断技术测量振荡脉冲周期,然后对分检索振荡周期与温度的关系表得到温度,并在液晶模块上显示。
关键词:
热敏电阻;
555定时器;
单片机;
中断
1引言
传统的温度测量方法是将温度传感器的输出信号经过调理放大,进行A/D转换,然后由单片机进行处理得到温度值。
这种测量方法不仅测量电路复杂,成本较高,而且测量准确度较低。
本系统采用基于555定时器和热敏电阻的多谐振荡电路作为温度传感器,由于温度的变化会造成热敏电阻的阻值发生变化,从而使此电路的发出的信号,即输出的周期发生变化。
由于不同温度对应唯一的振荡周期,从而可以通过单片机测量振荡周期,达到测量被测对象温度的目的。
系统的工作过程:
不同温度使多谐振荡电路输出周期发生变化,单片机对输出周期进行多次的测量,然后计算平均值,即为当前温度下对应的周期。
然后单片机进行对分检索找出此周期下对应的温度,并对液晶显示模块发出指令,将当前对应的温度进行显示。
系统主要技术指标
量范围:
0℃—+100℃,②测量精度:
0.5℃
通过修改存储在单片机中的振荡周期与温度的关系表,可以将测温范围分别向高温和低温延伸,测量精度也可以进一步提高到0.1℃。
1系统构成
本系统以单片机为核心,组成一个集温度的采集、处理、显示为一体的系统,其原理框图如图1所示。
系统硬件电路由基于555定时器的多谐振荡电路、单片机和液晶显示器组成。
本系统采用AT89S52单片机为核心,数据采集、显示都要通过单片机。
数据采集通过555定时器和热敏电阻组成的多谐振荡电路完成;
由lcd1602液晶显示模块实时接收显示数值。
其总体设计如下:
图1温度测量系统硬件电路原理图
采用基于555定时器和热敏电阻的多谐振荡电路作为此系统的温度传感器,由于温度的变化会造成热敏电阻的阻值发生变化,从而使此电路的发出的信号,即输出信号的周期变化,由于不同温度对应不同频率从而可以通过单片机处理测出环境的温度。
当不同温度使多谐振荡电路输出频率发生变化,单片机对输出信号的周期多的测量,然后取出平均值,即为当前温度下对应的周期,单片机进行对分检索找出此周期下对应的温度,然后对液晶显示模块发出指令,将当前对应的温度进行显示,并且系统会对此进行刷新,从而得出随时的温度。
2系统硬件电路设计
2.1555定时器和热敏电阻构成的多谐振荡电路
上面为多谐振荡电路图,即信息采集部分的电路。
图中R2为热敏电阻即可
主要参数计算:
本设计选用热敏电阻MF-58为普通的负温度系数热敏电阻器,充分利用热敏电阻自身体积和热惯性都很小,测温响应快的特点,适合快速,单点测量。
另外,可以将热敏电阻做成很小的探头,应用于一些其它传感器难以进入的场合。
2.2系统的显示设计
系统的显示设计是采用的是点阵字符型液晶模块LCD1602,由单片机输入数据,然后显示。
图3lcd1602液晶显示模块
lcd1602液晶显示模块的基本性能:
液晶显示模块由于良好的显示特性和效果,易于操作简单性价比好等优势,应经广泛应用于各个领域,并取得了不错的效果和认可。
其具有低功耗、长寿命、高可靠性;
显示方式:
STN、半透、正显,背光方式:
底部LED;
通讯方式:
4位或8位并口可选,标准的接口特性,适配MC51和M6800系列MPU的操作时序等特点。
图4系统整机原理电路图
3系统软件设计
本设计是基于单片机AT89S52作为核心的,由555定时器多谐振荡电路采集数据,液晶显示模块显示温度。
单片机进行对数据的统一处理。
下面为此系统主程序流程图:
将温度送往液晶显示
图5主程序流程图
首先电路上电复位后对程序进行初始化:
设置定时器的工作方式,并启动计时;
设置中断触发方式,并开中断;
设置液晶显示模块的工作方式并初始化。
555定时器组成的多谐振荡电路输出信号,单片机利用中断系统对振荡信号周期进行计时,测出信号的周期。
为消除各种干扰因素的影响,测量周期时采取测量八个周期总的时间,计算平均值的办法。
然后调用对分检索查找程序,利用事先确定的振荡周期和温度的关系表查找现在周期的对应温度,最后将得到的温度数据传给液晶显示模块,最后在其上面显示。
中断程序主要负责周期的测量,完成一次测量后,设置结束标志,并立即开始下一次的测量。
主程序是个循环程序,不断的检索周期测量结束标志。
发现标志置位后,计算平均周期,查表确定温度并显示。
对分检索即为折半查找程序,其程序流程原理如下:
图6对分检索原理流程图
利用对分查找法进行查找,即第一次比较先和最小值和最大值进行比较,然后如果在最大值和最小值之间时,去中值比较,大于中值则再取中值和最大的中值,反之则取中值与最小值的中值,依次再取下去比较最后找出和测出值的相近的值作为其值,从而找出对应的温度。
显示程序的流程图为:
图7显示程序流程图
此即为液晶显示模块的主要程序步骤,按照此程序流程液晶显示模块执行单片机发给其指令,然后显示出此时测量出的温度。
4系统安装调试
4.1硬件的安装与调试
硬件电路的安装是从555定时器组成的多谐振荡电路开始的,首先根据555定时器的引脚特点画出更合理的电路图,在电路板上安排各种电子元器件,然后根据电子元器件引出导线等,然后用电烙铁进行元件焊接,直至将电路的原件焊接好。
然后对其加上+5v电压对输出口接上示波器,然后打开电源开关进行调试直至输出与理论计算相一致的信号。
下图为555定时器与热敏电阻组成的多谐振荡电路,也为本系统重点设计的的电路部分。
图8555定时器组成的多谐振荡电路的调试
调试过程中可能遇到焊接不良,接线不正确的错误,要认真检查排线,逐一地将错误的地方修正。
调试好此电路后,然后在逐一测出不同温度下多谐振荡电路的周期,为写下面的软件程序做好准备。
555定时器组成多谐振荡电路完成后,进行原始数据的测量与记录。
对热敏电阻进行加温和降温的测量,用示波器等等,慢慢对热敏电阻加热或制冷,记录下不同温度下对应多谐振荡电路输出信号的频率,最后测出需要的全部数据,然后对数据进行处理。
在excel表格中,将得到数据的处理,如得到频率,将这些数据转化成周期等。
最后对其放好,与单片机的电路进行连接,输入程序后,即可,各部分准备完毕后进行温度的测量了。
4.2软件调试
程序是用C语言写成的,在keil软件环境下进行软件的调试。
首先要把各部分的程序分别仿真调试通过;
编译后得到要用的hex文件;
将执行文件通过ISP下载到硬件电路板的单片机中,进行实际运行测试。
总后,将各部分程序组合成一个完整程序,进行整体调试。
系统经过了硬件电路的组装,以及软硬件的调试达到符合设计要求。
包括制作PCB电路板。
用手捏住热敏电阻,观察温度显示的变化等软硬件的调试。
由于硬件条件的限制没有对测试结果进行标定。
尚需进一步改进和完善。
图9基于555定时器和单片机的温度测量电路板
5结束语
本设计由555定时器和单片机构成的测温电路比传统的温度测量电路简单,既降低了成本;
又具有较高的性价比。
可广泛应用于各种温度测量和温度控制系统中。
参考文献
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华中科技大学出版社,2008:
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[4]谢辉主编单片机原理及应用[M].北京.化学出版社,2010.8
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