基于单片机的数字温度表的开题报告

开题报告 论文题目 基于单片机的数字温度表 学 院 信息与工程学院 专 业 电子科学与技术 班 级 学 号 姓 名 一 论文选题的目的和意义一 论文选题的目的和意义 1 温度作为人们日常生活中的一个基本量 在很多情况下都需要对其进行 准确的测量 随着人们生活水平的不断提高 对温度检测的要求越来越高 用 传统的测温元件 热电偶和热电阻 测量温度需要比较多的硬件支持 硬件电 路复杂 软件调试复杂 制作成本高 开发更加简洁 高效的数字温度表成为 一个很有意义的课题 本课题受袁占军老师指导的 数字电压表 项目的启发 该项目的电路设计 严谨而复杂 尤其是驱动显示模块的电路需要大量的手工焊接 而手工焊接不 仅低效而且存在安全方面的隐患 如果电子制作中省去繁琐的焊接 就会对产 品的生产制造产生极大的便利 也会为企业产生更高的效益 安全 高效 节能 环保是未来制造业的基本特征 本课题只用 单片机 段码液晶片 温度传感器 芯片 钮扣电池 导线这些简单的元件来完成一个 基于单片机的数字温度表 的电子制作 2 数字温度表特色 1 精简电路设计 极少元器件 2 液晶片直插结构 较少焊接数量 3 使用单片机内部 R C 振荡器 无需外部晶体 4 温度传感器可采集 25 至 125 摄氏度温度数据 5 单片机 温度传感器 液晶片均为工业级产品 6 单片机和温度传感器均采用省电模式 功耗较低 7 有较高的实用价值 二 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势二 国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 1 国内发展近况 我国在温度计量技术领域的发展相对国外发达国家起步较晚 但是经过多 年来的不断发展 还是取得了很多优异的成绩 研发出了一系列成熟的温度测 量仪器 我国温度计量技术的发展大略可以从以下五个方面来介绍 1 温度固定点研究 我国目前研究不同于温标定义点的固定点有两类 一类是高温非定义固定 点 这种固定点中的研究热点是金属碳共晶点 将来可能代替温度灯作为温度 传递标准 另一类是小型实用固定点 比如水三相点等 这类固定点虽然温度 不确定度和实用性还是较高的 2 玻璃液体测温 玻璃液体测温的原理是利用感温液体在玻璃容器中热胀冷缩的特性 即当 被测物体的温度变化时 玻璃容器中感温液体的体积随之变化而表现出被测物 体的温度 在我国 一般的家用或者医用体温计就是一种利用玻璃液体测温原 理研制的温度计量仪器 使用较为广泛 另外 基于玻璃液体温度计发展而来 的高精度数字温度计的应用也开始逐渐普及 其使用更为简单 测量精度等各 项参数均优于传统的玻璃液体温度计 3 热电阻及热电偶测温 在我国 工业铂热电阻温度计量仪器在温度计量系统中还未得到认可 但 是很多计量单位或者公司已经开始使用这种稳定性优异的温度计量仪器了 工 业上使用的热电偶材料主要是由两种纯金属组成的 这种材料的均匀性和稳定 性较好 远远优于一些合金材料 目前 我国的东北大学长期从事热电耦温度 计量仪器的保护的相关研究 并已经取得了一些不错的研究成果 4 光纤测温 光纤测温技术基于不同的散射原理可以分为基于拉曼散射 基于瑞利散射 和基于布里渊散射三种 光纤测温技术的应用一般有两个方面 第一 利用 拉曼反向散射效应测量温度分布 这种方式主要是利用光纤可以改变反向散射 光的强度来测定温度分布 从而可以可靠地用于检测地下输送油气的管道的泄 漏位置 目前我国已有部分地域利用这种技术检测管道的泄漏问题 第二 利用荧光衰减时间法测量温度 这项技术是把可以发出荧光的材料制成灵敏元 件 再通过光纤传输荧光 并通过测量荧光时间来测量温度 5 辐射测温 在工程上应用 测量温度的方式分为接触式测温和非接触式测温两种 由 于工作环境等原因 一般采用非接触式测温的方式 近年来 在温度测量领域 兴起了一种非接触测温方式 辐射测温 其可以在各种恶劣的环境下高精度 测量物体的温度而被广泛应用 辐射测温是利用被测物体可以向外界不断释放 红外线辐射能量的原理来测量温度的 2 国外的数字温度表有以下几种 1 热电偶温度计 热电偶温度计是由两条不同金属连接着一个灵敏的电压计所组成 金属接 点在不同的温度下 会在金属的两端产生不同的电位差 电位差非常微小 故 需灵敏的电压计才能测得 由电压计的读数 便可知道温度为何 2 光测高温计 物体温度若高到会发出大量的可见光时 便可利用测量其热辐射的多寡以 决定其温度 此种温度计即为光测温度计 此温度计主要是由装有红色滤光镜 的望远镜及一组带有小灯泡 电流计与可变电阻的电路制成 使用前 先建立 灯丝不同亮度所对应温度与电流计上的读数的关系 使用时 将望远镜对正待 测物 调整电阻 使灯泡的亮度与待测物相同 这时从电流计便可读出待测物 的温度了 3 液晶温度计 用不同配方制成的液晶 其相变温度不同 当其相变时 其光学性质也会 改变 使液晶看起来变了色 如果将不同相变温度的液晶涂在一张纸上 则由 液晶颜色的变化 便可知道温度为何 此温度计之优点是读数容易 而缺点则 是精确度不足 常用于观赏用鱼缸中 以指示水温 4 半导体温度计 半导体的电阻变化和金属不同 温度升高时 其电阻反而减少 并且变化 幅度较大 因此少量的温度变化也可使电阻产生明显的变化 所制成的温度计 有较高的精密度 常被称为感温器 三 论文的主要内容 研究方法三 论文的主要内容 研究方法 本课题只用到了 单片机 段码液晶片 温度传感器芯片 钮扣电池 导 线这些简单的元件来完成一个 基于单片机的数字温度表 的电子制作 具有 以下特点 1 精简的电路设计 极少元器件 2 液晶片直插结构 较少焊接数 量 3 使用单片机内部 R C 振荡器 无需外部晶体 4 温度传感器可采集 25 至 125 摄氏度温度数据 5 单片机 温度传感器 液晶片均为工业级产品 6 单片机和温度传感器均采用省电模式 功耗较低 7 有较高的实用价值 1 本课题主主要研究内容如下 1 根据设计要求 提出此系统的设计方案 2 完成数字温度表的硬件电路设计 3 完成硬件电路的连接 4 完成软件设计 5 进行硬件电路 软件程序组合调试 发现问题并解决 2 系统研究方案 数字温度表系统主要包括 电源电路 复位电路 晶振电路 LED 驱动电 路 功率驱动电路 LED 的组合等 其系统框图如图 1 所示 电源电源 3V 纽扣电池纽扣电池 温度传感器温度传感器 LM75A 单单 片片 机机 STC 段段 码码 式式 液液 晶晶 片片 图 1 数字温度表的系统框图 1 电源 因为本课题使用的是 STC 12C5A60S2 节能型单片机 驱动电压 只需要 3V 再加上系统电流也很低 只有 20mA 左右 所以使用小巧的 CR2032 纽扣电池作电源 2 温度传感器 我准备使用 LM75A 数字温度传感器 它是 NXP 公司 飞 利浦麾下的电子公司 生产的一款温度传感器 有小体积和低功耗的特点 LM75 在使用上有很多优点 首先 LM75 是采用飞利浦自家的 I C 总线通信 对时钟精度没有要求 用单片机内部的 R C 时钟源都可以驱动 其次 LM75 的 价格只有传统温度传感器 DS18B20 的一半 编程的难度较小 芯片附加功能多 工作电压范围较宽 不管是 5V 电源还是 3V 电源都可以驱动 3 单片机 STC12C5A60S2 AD PWM 系列单片机是 STC 生产的单时钟 机 器周期 1 T 的单片机 是高速 低功耗 超强抗干扰的新一代 8051 单片机 指令代码完全兼容传统 8051 但速度快 8 12 倍 内部集成 MAX810 专用复位 电路 2 路 PWM 8 路高速 10 位 A D 转换 250K S 即 25 万次 秒 针对 液晶驱动 电机控制 强干扰场合 4 显示模块 段码液晶片静态液晶片已经不常见了 因为静态显示结构 只有一个公共端 所以每一个段码都有自己独立的引脚 静态显示结构不需要 多级电压 也没有灰度调试的问题 只要各段码引脚和公共端之间输入一个交 流电压就可以驱动起来了 5 系统程序设计 系统程序包括主程序和各功能子程序 而在各功能子程 序中段码液晶片驱动子程序设计是系统程序设计的核心 对于该程序设计将采 用模块化程序设计思想 即把各输出符号控制程序分别编程和调试 然后通过 温度信号处理子程序根据要求统一调用 四 论文工作进度安排四 论文工作进度安排 2013 1 12 2013 3 8 收集相关资料 写出论文提纲 准备开题 2013 3 9 2013 3 14 完成开题报告 2013 3 15 2013 3 20 搜集相关材料 画出硬件电路 开始进行硬件电路 焊接 2013 3 21 2013 4 1 完成硬件电路调试 开始编写软件程序 2013 4 2 2013 4 30 完成系统软件编程 并进行单片机软件调试 完成 论文初稿 2013 5 1 2013 5 24 修改论文初稿 测试电路 2013 5 25 2013 6 10 完善论文 进行论文答辩 五 论文主要参考文献五 论文主要参考文献 1 孙涵芳 INTEL16 位单片机 M 北京 北京航空航天大学出版社 1996 2 王福瑞 单片微机测控系统设计大全 M 北京 北京航空航天大学出 版社 1997 3 林伸茂 8051 单片机彻底研究基础篇余永权编著 M 北京 人民邮电 出版社 2004 4 杜洋