溫度傳感器的設(shè)計(jì).doc

溫度傳感器的設(shè)計(jì) 摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)全稱為單片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)發(fā)展始于70年代，經(jīng)過30多年的發(fā)展，由于其具有高集成度、低功耗、工作電壓范圍寬、價(jià)格便宜、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而在廣泛使用。通常單片機(jī)內(nèi)部含有中央處理部件（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM、EPROM、FlashROM）、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和各種輸入輸出接口等。目前基于單片機(jī)的溫度傳感器設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)已經(jīng)很成熟，各種精度很高的溫度計(jì)不斷推出。數(shù)字溫度計(jì)要求檢測(cè)的精度必須高于控制的精確度，否則無從實(shí)現(xiàn)控制的精度要求。所以精度已經(jīng)成為數(shù)字溫度計(jì)的一項(xiàng)重要的性能參數(shù)。因此追求高精度是數(shù)字溫度計(jì)的一個(gè)目標(biāo)。 【關(guān)鍵詞】精確度，輸入輸出，傳感器，報(bào)警溫度 1溫度傳感器設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)的意義 數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。檢測(cè)是控制的基礎(chǔ)和前提，而檢測(cè)的精度必須高于控制的精確度，否則無從實(shí)現(xiàn)控制的精度要求。不僅如此，檢測(cè)還涉及國(guó)計(jì)民生各個(gè)部門，可以說在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無時(shí)不在進(jìn)行檢測(cè)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢用極其廣泛。 2設(shè)計(jì)目標(biāo) 2.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 該設(shè)計(jì)是由溫度傳感器作為溫度傳感元件，并由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理輸出，顯示模塊是由三位共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示溫度值。此電路可由外接5V-12V的直流電電源提供溫度顯示和控制的范圍為：-55-125之間，精確度到達(dá)1，即數(shù)碼管顯示溫度為整數(shù)。如果設(shè)定的報(bào)警溫度為30，則當(dāng)溫度到達(dá)30的時(shí)候，報(bào)警發(fā)光二極管發(fā)光同時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲，此時(shí)繼電器發(fā)生動(dòng)作。如果不需要對(duì)溫度控制報(bào)警，可以將報(bào)警溫度設(shè)置提高。如果是為了控制局部溫度，可以把傳感器用引線引出，但是距離不宜過大，注意引腳要絕緣。 2.2制作要求 形成“”攝氏度符號(hào)的單個(gè)數(shù)碼管應(yīng)倒置焊接，否則形成的攝氏度符號(hào)是反方向的；穩(wěn)壓塊，應(yīng)該貼板安裝，節(jié)約空間，同時(shí)散熱較好，常溫下，穩(wěn)壓塊溫度不會(huì)很高；三極管、發(fā)光二極管和電容不能接反，一旦接反都不能實(shí)現(xiàn)功能；進(jìn)行焊接的時(shí)候盡量保證焊錫不能過多，以免元件二個(gè)引腳短路。 2.3安裝調(diào)試 調(diào)試之前，復(fù)查電路確保焊接無誤，各個(gè)引腳沒有短路，才可以外接電源進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試；調(diào)試的時(shí)候要讓電路板在常溫和干燥環(huán)境下工作，在此環(huán)境下才可以更加容易調(diào)試。 3溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì) 3.1總體論述 此次所討論的數(shù)字溫度計(jì)，除了完成基本的溫度測(cè)量外，還能夠滿足最高最低溫度設(shè)置及報(bào)警，在不同的環(huán)境中，所要求的最高溫度和最低溫度是不同的，因此最高溫度和最低溫度應(yīng)能夠根據(jù)環(huán)境不同而設(shè)置成不同的數(shù)值。還有些場(chǎng)合要求每隔一定得時(shí)間段進(jìn)行讀取一次數(shù)值，當(dāng)相隔的時(shí)間比較長(zhǎng)而所需要讀取的數(shù)據(jù)又比較多時(shí)，認(rèn)為的讀取就比較麻煩，因此應(yīng)具備自動(dòng)讀取和存儲(chǔ)若干組溫度值的功能。另外，在野外工作時(shí)能夠選擇其工作模式以降低功耗。 3.2設(shè)計(jì)思路 由論述可知，所設(shè)計(jì)的這種溫度計(jì)的功能是傳統(tǒng)的物理溫度計(jì)無法完成的。在分析之后決定采用以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要有以下幾個(gè)模塊：測(cè)量輸入模塊，鍵盤設(shè)置模塊，運(yùn)算處理模塊，顯示模塊和報(bào)警模塊。有這幾個(gè)模塊組成的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 3.3硬件說明 3.3.1傳感器的選擇 設(shè)計(jì)單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)需要考慮溫度傳感器的選擇和單片機(jī)和溫度傳感器的接口電路以及控制溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度信息采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?。單片機(jī)的接口信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。要想用單片機(jī)獲取溫度這類非電信號(hào)的信息，必須使用溫度傳感器，將溫度信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出是模擬信號(hào)，還必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機(jī)接口的需要。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻作為溫度傳感器。但是，熱敏電阻的可靠性較差、測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且還必須經(jīng)專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)了智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）。智能溫度傳感器的內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路，其特點(diǎn)是能直接輸出數(shù)字化的溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）。其中DS18B20就是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單總線數(shù)字溫度傳感器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需外接元件，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)、民用等領(lǐng)域的溫度測(cè)量中。 3.3.2鍵盤輸入模塊 鍵盤模塊使用的是3個(gè)鍵，分別命名為確定鍵、+和-。確定鍵為確定并退出，+和-為參數(shù)菜單的選擇。在開機(jī)時(shí)按確定鍵進(jìn)入一級(jí)菜單，然后按+和-進(jìn)行選擇要調(diào)節(jié)的參數(shù)，在這段過程的任一時(shí)間按確定鍵確定并退出。 3.3.3顯示模塊 顯示部分采用一位共陽(yáng)數(shù)碼管和三位共陽(yáng)數(shù)碼管，能夠同時(shí)顯示溫度和單位。 3.3.4報(bào)警模塊 報(bào)警模塊采用的是聲光報(bào)警電路，當(dāng)檢測(cè)溫度超過設(shè)定的上下限值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警脈沖，使得報(bào)警電路工作，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 4總結(jié) 溫度計(jì)的整體設(shè)計(jì)大致如上文所述，經(jīng)過分析可知該溫度計(jì)的思路是可行的。由上述可知該溫度計(jì)能夠適應(yīng)多種場(chǎng)合的需要同時(shí)其工作效率較高，而且低功耗