中國(guó)計(jì)量學(xué)院檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 溫度檢測(cè)系統(tǒng)(數(shù)字式溫度傳感器)姓 名： 學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：指 導(dǎo) 老 師： 李運(yùn)堂組 員 姓 名： 李楠 林玲 潘玲淋 戴瑤翔日 期： 2014年6月6日1.簡(jiǎn)介 本文主要介紹了一個(gè)基于ATmega16單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測(cè)溫系統(tǒng)的過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)單片機(jī)的擴(kuò)展，傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，繪制了系統(tǒng)總體框圖，并對(duì)主要元件進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它使用起來(lái)相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20與ATmega16結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景，適用于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展要求。2.課題的任務(wù)和要求 檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)課程后續(xù)的集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對(duì)常見非電量物理量的檢測(cè)方法與手段、模擬和數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)采集等知識(shí)的綜合訓(xùn)練和實(shí)踐。其主要目的在于訓(xùn)練學(xué)生將理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合的應(yīng)用能力和動(dòng)手能力，加深對(duì)非電量信號(hào)傳感采集、傳輸、處理、顯示等測(cè)試技術(shù)核心內(nèi)容的理解和掌握，通過(guò)實(shí)踐形成測(cè)試系統(tǒng)的整體觀念，理解測(cè)量的精度、誤差、標(biāo)定、抗干擾等概念。 課程設(shè)計(jì)基本要求是可選對(duì)溫度、速度、位移、振動(dòng)、力矩、壓力、感應(yīng)信號(hào)等其中之一或幾種量的組合進(jìn)行測(cè)量，構(gòu)建一完整的測(cè)量系統(tǒng)，具備信號(hào)的測(cè)量、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能；設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮測(cè)量過(guò)程中的干擾、誤差、標(biāo)定等問(wèn)題及相關(guān)處理方法。課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收的內(nèi)容：焊接完成開發(fā)板一套，PCB 圖，下位機(jī)程序，上位機(jī)程序，課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖，下位機(jī)程序，上位機(jī)程序，課程設(shè)計(jì)報(bào)告(每人一份，同一小組報(bào)告內(nèi)容可相同)。3.方案設(shè)計(jì)31 功能描述本溫度自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要有以下功能： 實(shí)時(shí)采集溫度信號(hào)并顯示 單片機(jī)對(duì)溫度信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控 能夠設(shè)置報(bào)警溫度上下限 能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鳴叫報(bào)警32 系統(tǒng)組成本溫度自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要由四部分組成：主控模塊，采集模塊，顯示模塊和報(bào)警模塊。其中：主控模塊實(shí)現(xiàn)巡回監(jiān)視溫度信號(hào)的功能，采集模塊實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集，顯示模塊實(shí)現(xiàn)溫度值和報(bào)警點(diǎn)的顯示，報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。系統(tǒng)框圖如下所示：主 控 模 塊顯 示 模 塊報(bào) 警 模 塊采 集 模 塊鍵盤模塊33 芯片選擇331 主控模塊主控模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的ATmega16。ATmega16是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀存儲(chǔ)器和128 BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。ATmega16可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的ATmega16提供了高性價(jià)比的解決方案。332 采集模塊 采集模塊采用DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。DS1820是世界上第一片支持 一線總線接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20也支持一線總線接口，測(cè)量溫度范圍為-55125度，在-1085度范圍內(nèi), 精度為0.5度?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其管腳排列如下: DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。333鍵盤模塊 鍵盤模塊用于設(shè)置溫度的報(bào)警上下限。鍵盤模塊采用獨(dú)立按鍵方式。分別由單片機(jī)的三個(gè)接口驅(qū)動(dòng)。三個(gè)按鍵分別代表不同作用。按鍵1用于狀態(tài)切換（溫度監(jiān)控和上下限設(shè)定界面切換），按鍵2用于上下限設(shè)定時(shí)的增，按鍵3用于上下限設(shè)定時(shí)的減。考慮到系統(tǒng)要求并不高，所以采用獨(dú)立鍵盤，簡(jiǎn)單實(shí)用，降低了軟件的要求，并且硬件電路復(fù)雜度也降低，安全可靠。334 顯示模塊 顯示模塊采用5110液晶屏。LPH7366 是NOKIA 公司生產(chǎn)的可用于其5110、6150，6100 等系列移動(dòng)電話的液晶顯示模塊，國(guó)內(nèi)廠家也生產(chǎn)有類似的兼容產(chǎn)品。該產(chǎn)品除應(yīng)用于移動(dòng)電話外，也可廣泛應(yīng)用于各類便攜式設(shè)備的顯示系統(tǒng)。與其它類型的產(chǎn)品相比，該模塊具有以下特點(diǎn)：1.84x48 的點(diǎn)陣LCD，可以顯示4 行漢字。 2. 采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，接口信號(hào)線數(shù)量大幅度減少，包括電源和地在內(nèi)的信號(hào)線僅有9 條。支持多種串行通信協(xié)議（如AVR 單片機(jī)的I、MCS51 的串口模式等），傳輸速率高達(dá)4Mbps，可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無(wú)等待時(shí)間。 3. 可通過(guò)導(dǎo)電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。 4. LCD 控制器驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到LCD 晶片上，模塊的體積很小。 5.采用低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在200A 以下，且具有掉電模式。335 報(bào)警模塊 當(dāng)液晶屏幕顯示“！”時(shí)，即為報(bào)警4 硬件電路設(shè)計(jì)41 主控模塊 單片機(jī)ATmega16是該模塊也是整個(gè)電路的核心器件。實(shí)現(xiàn)巡回監(jiān)視溫度信號(hào)。當(dāng)溫度超過(guò)給定的門限值時(shí)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)（液晶顯示器顯示當(dāng)前溫度值和報(bào)警點(diǎn)，判斷液晶屏幕是否顯示“！”的報(bào)警信號(hào)）。其電路圖如下：42 采集模塊采集模塊主要由溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集及A/D轉(zhuǎn)換，可以將檢測(cè)到的溫度直接顯示在數(shù)碼管上。其電路圖如下：43鍵盤模塊 鍵盤模塊用于設(shè)置溫度的報(bào)警上下限。鍵盤模塊采用獨(dú)立按鍵方式。分別由單片機(jī)的三個(gè)接口驅(qū)動(dòng)。三個(gè)按鍵分別代表不同作用。按鍵1用于狀態(tài)切換（溫度監(jiān)控和上下限設(shè)定界面切換），按鍵2用于上下限設(shè)定時(shí)的增，按鍵3用于上下限設(shè)定時(shí)的減?？紤]到系統(tǒng)要求并不高，所以采用獨(dú)立鍵盤，簡(jiǎn)單實(shí)用，降低了軟件的要求，并且硬件電路復(fù)雜度也降低。其電路圖如下：44顯示模塊和報(bào)警模塊 采用5110液晶屏，其模塊如下：5 軟件設(shè)計(jì)流程 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，按鍵掃描處理子程序等。5.1主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖3.1所示。初始化讀取溫度SET鍵是否按下讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NY調(diào)用顯示子程序設(shè)置報(bào)警溫度圖3.1 主程序流程圖5.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3.2示。5.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3所示。Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？CRC校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束 圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖圖3.2 讀溫度流程圖5.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖3.4所示。5.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。程序流程圖如圖3.5。 開始溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“1”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束置“0”標(biāo)志NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器分離顯示溫度NY標(biāo)志位為1？Y最高位顯示“”最高為顯示分理出的數(shù)據(jù) 結(jié)束 圖3.4計(jì)算溫度流程圖 圖3.5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖5.6按鍵掃描處理子程序按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。如下圖3.6示。SET鍵按下ADD鍵是否按下DEC鍵是否按下顯示切換標(biāo)志位是否為“0”調(diào)用顯示子程序報(bào)警溫度加1報(bào)警溫度減1YNYNYN圖3.6 按鍵掃描處理子程序6. 性能分析本溫度自動(dòng)報(bào)警裝置可以成功地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度采集并通過(guò)5110液晶屏顯示。1）、測(cè)溫范圍099.92）、溫度傳感器采用DS18B20，根據(jù)所選用的傳感器，設(shè)計(jì)合理的測(cè)溫電路。3）、3位數(shù)碼顯示，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。4)、鍵盤設(shè)置溫度上、下限報(bào)警值，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值，蜂鳴器鳴叫報(bào)警。5）、記錄歷史最高溫和最低溫度6）、7）、7. 上位機(jī)制作7.1 LabVIEW軟件LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問(wèn)題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。與 C 和BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。 LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW 的程序模塊。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬(wàn)用表）類似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。7.2基于labview的溫度檢測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)主要由一個(gè)while循環(huán)、一個(gè)條件結(jié)構(gòu)、VISA配置串口、VISA寫入、VISA讀取和VISA關(guān)閉等控件組成。上位機(jī)監(jiān)控界面程序框圖如下圖圖所示。 8. 課程設(shè)計(jì)體會(huì) 二周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，并且在軟件反復(fù)地調(diào)試過(guò)程中，對(duì)自己編程的技能有了很大的提高。同時(shí)也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，