开题答辩-温度计,基于单片机的数字温度计设计

PAGE1西南科技大学毕业设计（论文）开题报告学院信息工程学院专业班级自动0803姓名学号20085074题目数字测温计设计题目类型设计开发一、选题背景及依据1.题目背景 温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点。目前的数字温度传感器是微电子技术，计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）。现在的温度传感器正在基于单片机的基础上，从模拟式向数字式，从集成化向智能化，网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化，高可靠性及安全性，开发虚拟传感器和网络传感器，研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。2.选题意义随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器DS18B20具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。又随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以ATMEL公司的AT89S52为控制器设计的DS18B20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器。本课题研究的重要意义在于生产过程中随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数，就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是数字温度传感器技术，在我国各领域已经应用的非常广泛可以说是渗透到社会的每一个领域，与人民的生活和环境的温度息息相关3.参考文献[1]沙占友.集成温度传感器原理与应用.北京：机械工业出版社，2002，84~95.[2]刘君华.智能传感器系统.西安：西安电子科技大学出版社，1999，83~105.[3]沙占友.智能化传感器原理与应用.北京：电子工业出版社，2004，99~108.[4]赵负图.传感器集成电路手册.北京：化学工业出版社，2002，692~703.[5]张毅刚.MCS-51单片机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004，81~94[6]李玉峰，倪虹霞MCS-51系列单片机原理与接口技术.北京：人民邮电出版社，2004，187~216.[7]胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2004:49-75.[8]楼然苗，胡佳文，李光飞，刘玉良，俞红杰，李良儿.单片机实验与课程设计[M].杭州：浙江大学出版社，2010:127-148[9]刘雨刚，洪炳林，郝文慧.基于DS18B20的高精度矿用温度计传感器设计[J].国外电子元器件，2006（12）:35-37.[10]黄亚，张益维.温度传感器DS75LX与单片机的接口技术[J].国外电子元器件，2007（10）:47-49.[11]胡雪海.单片机原理及应用系统设计[M].北京：电子工业出版社，2004:59-75.[12]谈根林，李慧文，汪庆宝，李礼贤.微型计算机及其在测量中的应用[M].北京：计量出版社，1983:89-105.[13]楼然苗，李光飞[14]胡翔骏.电路分.单片机课程设计指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007:46-55.析（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2007:68-80.[15]MAXIMNEWReleasesDataBook.volum1998[16]omasC.Bartee.ComputerArchitectureandLogicDesign[J].McGraw-HillInc.1991.9[17]GJiangMZhang,XXie,SLi.ApplicationontemperaturecontrolofDS18B2[J].ControlEngineeringofChina,2003二、主要研究设计内容：酿造厂温度测试非常重要，本课题的的任务是设计一个数显式高精度温度计，以适应工厂温度测试的需要，温度计的温度测量范围为20~100度，四位显示，测量精度要求达到0.1度。扩展要求：实现多点测量功能设计方案论证：方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用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，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。设计思想：按照系统设计功能的要求，确定系统由3大模块组成：主控制器、温度传感器DS18B20、显示电路。温度计电路设计总体设计方框图如图1所示。AT89S51AT89S51复位电路显示电路温度传感器时钟电路图1系统框图主控制器模块：主控制器采用单片机AT89C51，它具有低电压供电和体积小等特点，四个8位的并行口分别为Po口、Pl口、P2口、P3口，在本次设计中我们只需要P3中的RXD和TXD就能满足电路系统的设计需要。单片机AT89C51很适合便携手持式产品的设计使用，该系统用二节电池供电即可。温度采集模块：DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；零待机功耗；温度以９或１２位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图2所示。头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。温度LSB温度MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC

图2DS18B20字节定义由表3可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表3DS18B20温度转换时间表DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理是这样的,器件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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。器件中还有一个计数门，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℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55显示模块的设计:采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为：（1）显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。（2）数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。（3）功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。软件设计：电路设计总体设计流程图如图4所示。开始开始调用显示子程序显示当前四路温度初始化读取并显示序列号图4设计总体设计流程图 读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图5示。温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如上图，图6所示YY发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY 图6温度转换流程图发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束图5读温度流程图 三、毕业设计（论文）工作进度安排2011年1月～2月收集各种参考资料2011年2月底准备开题答辩2011年3月1日～3月8日完成开题答辩2011年3月9日～3月25日完成系统显示模块编程2011年3月26日～4月2日完成系统主控制电路设计2011年4月3日～4月20日完成系统采集模块的设计2011年4月21日～4月30日完成整体的硬件设计2011年5月1日～5月15日完成系统任务设计2011年5月16日～5月25日完善整个系统的工作2011年5月26日～6月5日毕业设计论文书写2011年6月5日以后准备毕业设计答辩系列工作指导教师意见指导教师签字___________