温度监控系统项目方案.doc

项目实现方案一、 总体方案设计1.1总体设计思路本设计以单片机为基础，温度监控系统大致上可以分为以下几个步骤：1.1.1系统分析过程（1）根据系统的目标，明确所采用温度监控系统的目的和任务。（2）确定系统所在的工作环境。（3）根据系统的工作要求，确定系统的基本功能和方案。1.1.2系统设计内容（1）构思设计温度监控系统的工作流程。（2）对要求设计的系统进行功能需求分析，考虑多种设计方案，比较各方案的特点，并确定合理可行的方案，并设计相应的功能结构。（3）根据系统的控制要求，选择合适型号的芯片及元器件。（4）设计以单片机为核心的控制程序。（5）电路板及其结构的设计。（6）进行系统的调试，完成最终的设计。1.2总体设计方案设计1.2.1系统框图STC89C52主控制模 块DS1302时钟模块1602显示模块电源、串行口模块键盘模块DS18B20温度采集模块报警系统1.2.2系统功能此设计以单片机为核心的温度监控系统，其功能是：平常状态下可以做温度计使用。二、 系统的硬件结构设计2元器件的选择2.1单片机的选择方案一Microchip 单片机是市场份额增长最快的单片机。他的主要产品是 16C 系列 8 位单片机，CPU采用 RISC 结构，仅 33 条指令,运行速度快,且以低价位著称，一般单片机价格都在 1 美元以下。Microchip 单片机没有掩膜产品，全部都是 OTP 器件(现已推出 FLASH 型单片机)。Microchip 强调节约成本的最优化设计，是使用量大，档次低，价格敏感的产品。方案二采用STC89C52单片机作为系统的控制核心。时钟功能采用用集成的时钟芯片来实现，可以使用液晶显示时间、日期，有着智能化的人机界面。由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加。另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展，价格也相当乐观。综上所述我们选择方案二。2.2温度采集模块的选择本部分主要是论证温度传感器的选型。传感器的选择受到很多因素的影响，首先是各种温度传感器自身的优缺点，其次是各种不同的环境因素，还有就是系统所要求实现的精度等，所以在不同的设计当中温度传感器的选择也将不同。方案一热电偶传感的原理是将温度变化转换为电势变化。它是利用两种不同材料的金属连接在一起，构成的具有热电效应原理的一种感温元件。其优点为精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便，型号种类比较多且技术成熟等。目前广泛应用于工业与民用产品中。热电偶传感器的种类很多，在选择时必须考虑其灵敏度、精确度、可靠性、稳定性等条件。方案二热电阻传感器的原理是将温度变化转换为电阻值的变化。热电阻传感器是中低温区最常用的一种温度传感器。它的主要特点是：测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，不仅广泛应用于工业测温，而且被制作成标准的基准仪。从热电阻的测温原理可以知道，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来表现的。因此，热电阻的引出线的电阻的变化会给测温带来影响9。为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线、显示仪表组成。方案三半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等，与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。方案四随着科学技术的不断进步和发展，新型温度传感器的种类繁多，应用逐渐广泛，并且开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式、多总线式发展10。数字温度传感器，更因适合与各种微处理器的I/O接口相连接，组成自动温度控制系统，这种系统克服了模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端，被广泛应用于工业控制、电子测温、医疗仪器等各种温度控制系统中，数字温度传感器中比较有代表性的有DS18B20等。电子设计中常用的几种温度传感器的性能、价格等的对比，如表2-1所示：表2-1传感器对比表传感器 AD590 PT100 DS18B20产地 美国 德国 美国量程 -50+150 -200+450 -55+125精度 0.3 0.25 0.5供电电压 +4V+30V +13V+36V +3.0V+5.5V输出信号类型 模拟信号 模拟信号 数字信号PT100与AD590都不能与单片机的I/O口直接相连，需要设计信号调理电路，A/D转换电路。而DS18B20是数字温度传感器，并且采用单总线技术，使该传感器不但可以直接与单片机I/O口相连，并且只需要一个I/O就可以连接多个温度传感器，实现多点温度测量与控制。所以使用数字温度传感器DS18B20不但可以节约单片机I/O口，还能使系统设计成本降低。2.3时钟模块的选择方案一用基本的门电路来搭建。用基本的门店路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数比较大，不方便调试。方案二使用时钟芯片。目前市场上已有很多实现时钟的专用芯片，如DS12887、DS1302、DS1307等，芯片内都自带的时钟日历功能，给时钟系统设计带来很多的方便。根据我们这次项目的需要，我在这次的设计中选用的DS1302时钟芯片来实现时间和日期的显示。2.4显示模块的选择方案一使用一般的显示数码管显示。LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度强、接口容易和价格优异的特点。但是显示量有限不能满足我们这次的设计需求。方案二采用液晶显示。液晶显示具有现实汉字的特点，液晶显示有低功耗，小体积，重量轻，寿命长等优点。而且可以满足我这次的设计需要，所以我在这次的设计中选择1602液晶显示。2.5键盘模块的选择方案一采用独立式按键电路。每个键盘单独占用一个I/O端口，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用直接扫描方式。但是占用的端口数较多。方案二采用矩阵式键盘。此类键盘是采用行列的扫描方式，当按键较多时可以降低占用I/O扣的数量。综上所述选用方案二。三、 硬件电路3.1 电源部分如图所示：考虑到取电源的方便性，电路的电源部分采取了标准9V电源接口引入然后用LM7805集成稳压芯片稳压输出稳定5V电压的方案。这种方案最大的好处是节省电源部分的体积，缺点则是无法透彻理解电源稳压的原理及实现方法。3.2 单片机最小系统电路：该单片机是用AT89C52控制，简单方便。选用的12M的晶振，这是最常用的选择，外接电容没有特别的要求，但是外界的电容大小会影响振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此我们选用的是30p的电容位起振电容。复位电路位按键低电平复位，当按键按下，RET端位高电平，当高电平持续的一定时间就可以是单片机复位。这里尤其要注意的是晶振和电容的位置，它们距离单片机引脚越短越好，因为太长可能无法是单片机起振。另外是EA端一定要接上电源，是单片机能够工作。3.3 1602显示没款的电路连接：本电路采用了1602液晶显示，接口简单，控制方便。由于本电路占用单片机的I/O口并不多，所以采用了并行接口方式。由于本系统信息显示量大，所以我们选用LCD1602中文模块的液晶显示器。该模块具有2.75.5V的宽工作电压范围，具有睡眠、正常机低功率工作模式，可满足系统的各种工作电压及便携式仪器 低功耗的要求。3.4 DS18B20温度检测模块：如图所示，温度传感器采用了DS18B20芯片，它的精确度非常高，完全满足设计需求。集成温度传感器的数据接口直接与单片机的P1.0口相连,且需要加一个10K的上拉电阻。3.5 1302时钟控制本设计采用DS1302时钟芯片。该芯片可以进行时分秒的计数，实时时钟就有能计算2100年之前的秒、分、时、日、