基于单片机的热敏电阻数字温度计设计毕业设计开题报告

哈尔滨工业大学华德应用技术学院哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告 题题 目：目：基于单片机的热敏电阻数字温度计设计基于单片机的热敏电阻数字温度计设计 系系 （部）（部） 应用电子与通信技术系应用电子与通信技术系 专专业业自动化自动化 学学生生李巨龙李巨龙 学学号号1089131235 班班号号0891312 指导教师指导教师于立君于立君 开题报告日期开题报告日期 哈工大华德学院 说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容 和要求 2进度计划是否切实可行； 3是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。 指导教师评语： 指导教师签字：检查日期： 一、课题的背景 随着科学技术的发展，可编程控制器的出现给现代工业测控领域带来了一次新 的革命。而温度控制作为其中的一个分支，所起的作用也越来越重要。温度控制不 仅应用在工厂生产方面；在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造 和食品加工等诸多领域中；人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中 的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行可编程控制,不仅具有控制方便、组 态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；从而大大提 高产品的质量和数量。 随着单片机技术的飞速发展,通过单片机对被控对象进行控制 日益成为今后温度控制领域的一个重要发展方向。 在电子技术迅猛发展的今天，一些功能强大的元器件价格不断下降，使其性价 比不断得到提高，应用领域越来越广泛。本文就是采用 32 位的 ARM 微处理器核 LPC2142代替传统的805l 单片机为控制核心， 进行A/D转换和温度实时采集和现实， 并能达到上传数据。 二、目的意义 目前，国际上一些著名的 IC 厂家已开始研制单片机测温系统，所以单片机控 制下的温度控制器具有很好的发展空间。 随着电子技术的发展， 特别是大规模集成 电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代 的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域 带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应 用。特别是其中的 ARM 系列单片机的出现，由于它具有极好的稳定性，更快和更 准确的运算精度。以往，在实际测控系统中，多采用热敏电阻器或热电偶测量温度。 这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路，这样就增加了电路的复杂性；而且电路 易受干扰，使采集到的数据不准确。 把单片机应用于温度控制中，采用单片机做主控单元，无触点控制，可完成对 温度的采集和控制的要求。 可以应用到电子仪表、 家用电器和节能装置等诸多领域， 使产品小型化、智能化、多功能化。 三、技术要求 1、选用适当的热敏传感器，并论证其相关检测机理； 2、设计硬件电路，要求设计信号调理电路、放大电路、显示电路以及报警电路 等； 3、 热敏电阻温度的转换原理 热敏电阻是温度传感器的一种，他由仿陶瓷半导体组成。热敏电阻(NTC)不同 于普通的电阻，他具有负的电阻温度特性，即当温度升高时，其电阻值减小。热敏 电阻的阻值温度特性曲线是一条指数曲线，非线性较大，因此在使用时要进行 线性化处理。线性化处理虽然能够改善热敏电阻的特性曲线，但是比较复杂。为此， 在要求不高的一般应用中，常做出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假 定，以简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度，给热敏电阻通以恒定的电流，电 阻两端就可测到一个电压，然后通过公式下面的公式可求得温度： T 为被测温度；T0 为与热敏电阻特性有关的温度参数；K 为与热敏电阻特性有 关的系数；VT 为热敏电阻两端的电压。 根据这一公式，如果能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数 T0 和 K，则可 以计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度，这样就把电阻随温度的变化关 系转化为电压随温度变化的关系了。数字式电阻温度计设计的主要工作，就是把热 敏电阻两端电压值经过 A/D 转换成数字量送到单片机中， 然后通过软件方法计算出 温度值，再进行显示处理。 图 1热敏电阻阻值温度的特性曲线 4、软件设计 由前面热敏电阻温度转换原理的简述可知： 热敏电阻特性曲线是一条指数曲线， 非线性度较大，又由于非线性处理比较复杂，在本文设计要求不是很高的情况下可 以做以简化来处理。 、 温度计算程序 在公式 T=T0KVT 中，系数值 K 是一个很小的数。为了方便计算，取扩大 256 倍后的 K 值和 VT 作乘积，即 256KVT。相乘后，对乘积只取高 8 位舍弃低 8 位， 就可以抵消系数值 K 扩大 256 倍的影响，得到正确的结果。 此外，从图 1 中热敏电阻的阻值温度特性曲线可以看出，在+10150的 温度范围内，阻值与温度的关系线性度较好。通常就把这个温度范围作为有效温度 范围。当温度超出这个范围时，用数码管全部显示 F 作为标志。 由于有效温度范围没有超过 150，所以温度显示用 3 位数码管，三只数码管 LED1，LED2 和 LED3 显示温度值。 图 2软件系统流程图 3、硬件电路设计 硬件设计主要包括：可调基准电源 、ARM 单片机最小系统（复位电路 晶振电 路 单片机烧写电路）、电源设计、显示模块 、传感器模块 。 热敏电阻 NTC 串联上一个普通电阻 R，再接+5V 电源，取 RT 两端电压，并送入 微控制器 LPC2142 的 AINl(P0 28 引脚)通道进行 A/D 转换。 转换启动方式以及转换 通道的选择可通过设置 ADC 控制寄存器 ADC0DR 来实现。转换的结果通过一个同步、 全双工串行 SPI 接口输出到 LED 显示驱动器 MCl4489 进行温度的实时显示。 ARM 微控制器 LPC2142 简介 ARM 7 TDMI-S 核是通用的 32 位微处理器核，采用冯诺依曼结构，具有高性 能和低功耗特性。ARM 结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理设计的，指令集和 相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多。ARM 7 TDMI-S 处理器使用流水 线技术，处理和存储系统的所有部分都可以连续工作。这样，使用一个小的、廉价 的处理器核就可以非常容易地实现很高的吞吐量和实时的中断响应。 LPC2142： LPC2142 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 3216 位 ARM7TDMI-s CPU 的微控制器，内嵌有 64 kB 的高速 FLASH 存储器和 16 kB 的片内 SRAM。128 位宽度 的存储器接口和独特的加速器接口使 32 位代码能够在最高时钟频率下运行， 对代码 规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30，而其性 能的损失却很小。 LPC2142 内部带有一个 10 位逐次逼近式 A/D 转换器，其主要特性为： (1)6 个引脚复用为输入脚； (2)掉电模式； (3)测量范围 O VVref 通常为 3 V，不超过 VDDA 电压)； (4)每个转换器包含一个可编程分频器，可将时钟调整至逐次逼近转换所需的 45 MHz(最大)。这样，10 位转换时间大于或等于 455s； (5)一个或多个输入的突发转换模式； (6)可选择由直接启动、输入跳变或定时器匹配信号触发转换； LPC2142 内部还拥有一个硬件 SPI(Serial Peripheral Interface)接口。他是 一个同步、全双工串行接口，最大数据位速率为时钟速率的 1/8，可配置为主机或 者从机。 LPC2142 引脚接线图 LED 显示驱动管理芯片 MC14489 MCl4489 是美国 MOTOROLA 公司生产的串行接口 LED 显示驱动管理芯片。 其输入 端与系统主 CPU 之间只有 3 条 I/0 口线相联，用来接收待显示的串行数据。输出端 既可以直接驱动七段 LED 显示器，也可以驱动指示灯。 MCl4489 内部集成了数据接收/译码/扫描输出/驱动显示所需的全部电路， 仅需 要外接一具电流设定电阻就可以对 LED 的显示高亮度进行控制。每个 MC14489 芯片 可以用以下任意一种显示方式进行显示：5 位 LED 数字加小数点显示； 4 位半数字 加小数点带符号显示；25 支指示灯显示；5 位半数字显示。该芯片内含的译码器电 路可输出七段格式的数字 09，16 进制的字母 AF 以及 15 个字母和符号。 用 MC14489 构成显示电路既不用加任何限流电阻， 也不用附加反相或驱动电路， 电路设计非常简捷。 MC14489 芯片采用特殊的设计技术，使其电源引脚在大电流工 作的情况下仍具有最低的尖峰和较小的 EMI(电磁交互干扰)。 四、研究进度计划 本课题的进度安排如表 1 所示 序号名称周数起止时间备注 1需求分析1 周2010.09.262010.10.07 2方案论证1 周2010.10.072010.10.10 3硬件设计2 周2010.10.102010.10.22 4 软件编码与 调试 4 周 2010.10.232010.11.19 5总体联调2 周2010.11.202010.11.30 6撰写论文3 周2010.11.302010.12.10 五、主要参考文献 1 孙立红.多路温度测控系统的设计J .沈阳