数字温度计设计毕业论文1.doc
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1、摘 要随着国民经济的发展,人们需要对各中加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便,简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大的提高产品的质量和数量。在日常生活及工业生产过程中,经常要用到温度的检测及控制,温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中,为了高效地进行生产,必须对它的主要参数,如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础,技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。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,这
2、些方法相对比较复杂,需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。 我们采用美国DALLAS半导体公司继DS18B20之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,温度范围为-55125 C,最高分辨率可达0.0625 C。DS18B20可以直接读出北侧温度值,而且采用三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。本文介绍一种基于AT89C52单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件,测量范围0-+100,使用LED模块显示,能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了集成温度传感器DS
3、18B20的原理,AT89C52单片机功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。关键词:温度测量;DS18B20;AT89C52 AbstractAlong with national economy development, the people need to each heating furnace、the heat-treatment furnace、in the reactor and the boiler the temperature carry on the monitor and the control. Not only uses the monolithic int
4、egrated circuit to come to them to control has the control to be convenient, simple and flexibility big and so on merits, moreover may enhance large scale is accused the temperature technical specification, thus can big enhance the product the quality and quantity.In daily life and industrial produc
5、tion process, often used in the detection and control of temperature, temperature is the production process and scientific experiments in general and one of the important physical parameter. In the production process, in order to efficiently carry out the production, to be its main parameters, such
6、as temperature, pressure, flow control, etc. Temperature control in the production process of a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperature-controlled, more mature technology.Traditional thermocouple and temperature components are the second resistor.The thermocouple and th
7、ermal resistance are generally measured voltage, and then replaced by the corresponding temperature, these methods are relatively complex, requiring a relatively large number of external hardware support. We use a relatively simple way to measure. We use the United States following DALLAS Semiconduc
8、tor DS1820 improved after the introduction of a smart temperature sensor DS18B20 as the detection element, a temperature range of -55 125 C, up to a maximum resolution of 0.0625 C. DS18B20 can be directly read out the temperature on the north side, and three-wire system with single-chip connected to
9、 a decrease of the external hardware circuit, with low-cost and easy use.The introduction of a cost-based AT89C52 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope 0-+100,can set the warning limitation, the use of seven segments LED th
10、at can be display the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C52 .This circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong.Keywords:Temperatur measurem
11、ent; DS18B20; AT89C52 目 录摘 要I目 录III第一章 绪论11.1课题背景及研究意义11.2 选题意义及设计要求11.2.1 选题意义11.2.2 设计要求11.3 设计方案论证2第二章 硬件设计52.1 AT89C52单片机的介绍52.2硬件电路的设计52.3 原理分析62.3.1 DS18B20的介绍62.3.2 时钟电路72.3.3 复位电路82.3.4 显示电路92.3.5 数码管驱动电路102.3.6 报警电路102.3.6 数字温度传感器11第三章 软件设计133.1软件设计方案13第四章 开发工具PROTEUS与KEIL174.1 Proteus软件174
12、.1.1 Proteus简介174.1.2 ISIS智能原理图输入系统174.2 Keil软件184.2.1 Keil软件简介18第五章 调试195.1 综合调试19第六章 心得体会21致 谢23参考文献25附录1 程序代码27第一章 绪论1.1课题背景及研究意义随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元
13、件和测量方法也不相同;产品的工艺不同,控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度,高速度的控制要求,如温度控制表温度接触器,其主要缺点是温度波动范围大,由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的,受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制,通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式,如:PID控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度,不但使控制变得简便,而且使产品的质量更好,降低了产品的成本,提高了生产效率。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能强
14、,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。1.2 选题意义及设计要求 1.2.1 选题意义 温度是表征物体冷热程度的物理量,是国际单位制(SI)中七个基本物理量之一,它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。随着人类社会的不断进步和科学技术水平的不断提高,温度测量技术也得到了不断的发展。 温度测量方法有很多,也有多种分类。比如从测量时传感器中有无电信号可以划分为非电测量和电测量两大类;从测量时传感器与被测对象的接触方式不同可以划分为接触式和非接触式,等等。而每种测量方法中又有很多种类,如膨胀式温度计、热电偶温度计、热电阻温
15、度计、光学温度计和红外温度计等。近年来,随着技术水平的进步,出现了更多新的测试方法在很多系统中。如粮库测温系统、冷库测温系统、智能建筑自控系统、中央空调系统中都需要温度的测量,准确的温度测量对系统的正常工作影响巨大,如果测量不准,都会造成较大的经济损失。在保证准确的测量的前提条件下,人们对温度测量还有很多其他的要求,比如读数是否方便,系统是不是便于维护等,每次使用前用不用调试。新型的数字温度计能满足以上的要求。1.2.2 设计要求 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,成本低廉,便于扩展和维护。由于采用了数字温度传感器DS18B20,由于采用一根I/O数据线既传输时钟又可传
16、输数据、数据传输还是双向的,节省了I/O资源。使电路结构简单。设计要求测温范围-55125,精度误差0.5,系统响应时间是1s。数据通过数码管显示。1.3 设计方案论证 方案一热电偶温度计属于接触式温度测量仪表。是根据热电效应即塞贝克效应原理来测量温度的,是温度测量仪表中常用的测温元件。如图1.1将不同材料的导体A、B接成闭合回路,接触测温点的一端称测量端,一端称参考端。若测量端和参考端所处温度t和t0不同,则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t,t0 ),这种现象称为塞贝克效应,即热电效应。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0而变,这种回路称为原型热电偶。在实际应用中,将A、
17、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处,而将参考端分开,用导线接入显示仪表,并保持参考端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度t变化。数据采集则使用A/D转换芯片,把电压转换为数字信号后,就传输给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。热电偶的优点是工作温度范围非常宽,且体积小。图 1.1热电偶电路图当然,热电偶在温度测量中也存在一些缺陷,例如,线性特性较差,并且热电偶信号电平很低,常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。参考端(冷端)还需要进行温度补偿。并且这种设计需要用到A/D 转换电路,测量电路比较复杂。方案二采用数字温度芯片DS18B20
18、来作为传感器。此元件线性较好,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。由数字温度计DS18B20和单片机AT89S52构成的温度测量装置。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用单片机控制,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。DS18B20转换精度高,抗干扰能力强,使用时无需标定或调试,与单片机的接口简单,给硬件设计工作带来了极大的方便。另外采用DS18B20能有效地降低成本,简化系统设计,缩短开发周期,占用系统I/O资源少、扩展方便。系统框图如图 1.2所示。图 1.2 DS18B20温度测温系统框图从以上两种方案
19、,容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小,但是线性误差较大,电路复杂,维护不便。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单,故本次设计采用了方案二。第二章 硬件设计2.1 AT89C52单片机的介绍AT89C52单片机有40个引脚,4个8位并行I/O口,1个全双工异步串行口,同时内含5个中断源,2个优先级,2个16位定时/计数器。AT89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM),和128B的数据存储器(RAM)组成。AT89C52单片机的基本组成框图见以下图。图2-1 AT89C52单片机的基本组成2.1.1 AT89C52单片机的中断系统AT89C5
20、2系列单片机的中断系统有5个中断源,2个优先级,可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求;由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级;同一优先级内各中断同时提出中断请求时,由内部的查询逻辑确定其响应次序。2.1.2 AT89C52单片机的定时/计数器在单片机应用系统中,常常会有定时控制需求,如定时输出、定时检测、定时扫描等;也经常要对外部事件进行计数。AT89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器:T0和T1,它们既可以工作于定时模式,也可以工作于外部事件计数模式,此外,T1还可以作为串行口的波特率发生器。2.2硬件电路的设计 本设计
21、系统共由四部分组成:如图2.1AT89C52为控制装置,负责各部分的控制和数据采集。DS18B20为温度测量装置,负责对温度进行采集并转换为数字信号送AT89C52进行处理。共阳极数码管为显示装置,负责显示工作状态和DS18B20 采集到的数据。注:LED数码管驱动电路中采用P0 口加上拉电阻的形式,为方便焊接,本设计中电阻使用了排阻的方式,三极管使用的是8050报警电路及报警温度设置电路:报警电路由蜂鸣器构成,报警温度设置电路则是由三个按键构成图2-2 数字温度计硬件电路2.3 原理分析 整个系统由单片机控制,温度传感器采用DS18B20。DS18B20采用单总线方式与单片机相连,把采集到得
22、温度信息传给单片机。单片机采集到的温度输出到四个数码管上进行显示。当四位数码管显示的温度超过限值时可以通过蜂鸣器来实现报警功能,报警温度的限值可以通过按键来进行设置。2.3.1 DS18B20的介绍 1.DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比,他能够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912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20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
23、可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。2.DS18B20的测温原理如图2-3所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的
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