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传感器毕业设计论文.doc

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传感器毕业设计论文.doc

WWWYANZIEDUCOMWWWYANZIEDUCOM引言随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此,了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了红外抄表系统。文中把传感器理论与单片机实际应用有机结合,详细地讲述了利用温度传感器DS18B20测量环境温度,以及实现红外数据传输的过程。本设计应用性比较强,只要对电路部分稍加改装,就可以实现抄读其它的数字仪表设备如数字电度表,数字水表等等。设计后的系统具有操作方便,控制灵活等优点。其主要功能和指标如下1、利用温度传感器(DS18B20)测量某一点环境温度;2、测量范围为-55℃~+99℃,精度为05℃;3、用4位数码管进行显示实际温度值显示;4、手持端通过红外发射管发射测温信号;5、测温端通过红外发射管发送到手持端;6、手持端可以随时查看指定待测物体的温度值。设计的核心是环境温度的测量以及红外数据的发射和接收,和温度的显示。文中对每个部分功能、实现过程作了详细地介绍。WWWYANZIEDUCOMWWWYANZIEDUCOM1方案选择该系统主要由温度测量和数据采集和发送三部分组成。下面列举两种实现方案方案一温度检测可以使用低温热偶或铂电阻,数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机。考虑到一般的A/D输入通道都只能接收大信号,所以还要设计相应的放大电路。而模拟信号在长距离传输过程中,抗电磁干扰是令人伤脑筋的问题。此方案的软件简单,但硬件复杂,且检测点数追加时,各敏感元件参数的不一致性,都将会导致误差的产生,难以完全清除,而且成本会有较大增长幅度。方案二使用单片机和数字式单总线温度传感器构成。其具有下列特点①具有高的测量精度和分辨率,测量范围大;②抗干扰能力强,稳定性好;③信号易于处理、传送和自动控制;④便于动态及多路测量,读数直观;⑤安装方便,维护简单,工作可靠性高。单总线温度传感器可以采用DALLAS公司生产的DS18B20系列,这类温度传感器直接输出数字信号,且多路温度传感器可以挂在1条总线上,共同占用单片机的1个I/O口即可实现。在提升单片机I/O口驱动能力的前提下,理论上可以任意扩充检测的温度点数。比较两个方案后可以发现,方案二更适合于用作本系统的实施方案。尽管方案二不需要A/D,但考虑到系统扩充等因素,单片机可以选用AT98C2051。WWWYANZIEDUCOMWWWYANZIEDUCOM2硬件部分采用方案二的硬件设计比较简单,系统构成如图1所示。图1温度测试系统和手持接收系统组成框图21DS18B20介绍DALLAS公司的DS18B20单总线数字传感器工作温度范围是55℃~125℃,在30℃~85℃范围内温度测量精度为05℃;具有温度报警功能,用户可设置最高和最低报警温度,且设置值掉电不丢失;采用DALLAS公司特有的单总线通信协议,只用一条数据线就可实现与MCU的通信;此外,DS18B20能够直接从数据线获得电源,无需外部电池供电。DS18B20通过使用在板(ON_BOARD)温度测量专利技术来测量温度。其温度测量电路是通过计数时钟周期来实现的,DS18B20有两个温度系数振荡器,温度测量时对高温度系数振荡器产生的门开同期内,低温度系数振荡器经历的时钟周期的个数进行计数而得到的。DS18B20数字温度传感器提供9位(二进制)温度读数,指示器件温度,所以无需A/D转换。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出,因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线连接,而且DS18B20的电源可由数据线本身提供(相对于外部电源,转换时间要延长)。因此每一个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个DS18B20可以连接在一条单线总线上。DS18B20的测量范围从55℃到DS18B20数码管红外发射红外接收AT89C51红外接收红外发射按键数码管AT89C51WWWYANZIEDUCOMWWWYANZIEDUCOMAT89C51DS18B20125℃,增量为05℃(最高精度可达01℃),转换速度小于1S(典型值)。而在本遥测系统中采用外部电源供电温度测量工作方式,其中电阻R是上拉电阻,使得单线总线的空闲状态是高电平。它与CPU(AT89C51)的接法如图2。5VR地图2DS18B20与单片机的连接由于DS18B20只有一根数据线。因此它和主机(单片机)通信是需要串行通信,而AT89C51有两个串行端口,所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20必须遵循如下协议初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作,一切处理均从序列开始。主机发送(TX)复位脉冲(最短为480ΜS的低电平信号)。接着主机便释放此线并进入接收方式(RX)。总线经过47K的上拉电阻被拉至高电平状态。在检测到I/O引脚上的上升沿之后,DS18B20等待1560ΜS,并且接着发送脉冲(60240ΜS的低电平信号)。然后以存在复位脉冲表示DS18B20已经准备好发送或接收,然后给出正确的ROM命令和存储操作命令的数据。DS18B20通过使用时间片来读出和写入数据,时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。它有写时间片和读时间片两种。写时间片当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时,产生写时间片。有两种类型的写时间片写1时间片和写0时间片。所有时间片必须有60微秒的持续期,在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复时间。读时间片从DS18B20读数据时,使用读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。数据线在逻辑低电平必须保持至少1微秒;来自DS18B20的输出数据在时间下降沿之后的15微秒内有效。为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态,主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。在时间片结束时,I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平,所有读时间片的最短持续期为60微秒,包括两个读周期间至少1ΜS的恢复时间。一旦主机检测到DS18B20的存在,它便可以发送一个器件ROM操作命令。所有ROM

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