傳感器課程設(shè)計-----DS18B20數(shù)字溫度計的設(shè)計

1、 傳感器課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目：ds18b20數(shù)字溫度計的設(shè)計專業(yè)班級： 10機(jī)電一體化2班 姓 名： 組 員： 指導(dǎo)教師： 2012年11月20日目 錄一、設(shè)計方案比較21、設(shè)計方案22、方案論證33、方案選擇4二、設(shè)計原理51、硬件方面的介紹51.1at89c51芯片介紹51.2ds18b20簡介61.3led顯示模塊102、軟件方面的介紹112.1keilvision 軟件112.2proteus isis 軟件113、系統(tǒng)框架設(shè)計114、proteus isis溫度測量模擬原理圖125、溫度測量實(shí)物圖12三、調(diào)試小結(jié)131、軟件調(diào)試132、硬件調(diào)試13四、課程設(shè)計心得體會14五、參考

2、文獻(xiàn)14附錄一：基于ds18b20數(shù)字溫度計的設(shè)計c語言程序15一、設(shè)計方案比較 通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識，我們主要提出了三種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，方案一基于熱敏電阻的溫度計設(shè)計；方案二為基于sht71的數(shù)字溫度計設(shè)計；方案三是基于ds18b20的數(shù)字溫度計設(shè)計。下面我首先對這三種方案的實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后再選擇方案并闡述我選擇方案的原因。1、設(shè)計方案11方案一基于熱敏電阻的溫度計設(shè)計方案一主要由溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。采用合肥三晶電子有限公司生產(chǎn)的sjmfe-347-103f型熱敏電阻。采集的模擬溫度值

3、輸入a/d轉(zhuǎn)換電路，a/d轉(zhuǎn)換采用lm331型u/f變換器來實(shí)現(xiàn)。u/f變換器把電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。由熱敏電阻的電阻溫度特性表可以求出每個溫度點(diǎn)所對應(yīng)的uin，再由公式fout=256*uin計算出每個溫度點(diǎn)所對應(yīng)的輸出頻率，進(jìn)而由單片機(jī)處理顯示被測量的溫度值。溫度信號處理由于熱敏電阻是非線性的器件，所以溫度與頻率輸出成非線性，需要補(bǔ)償溫度。單片機(jī)利用查表法實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。所謂查表法是把事先計算或測量的數(shù)據(jù)按一定的順序排列成表格的形式，固化在單片機(jī)內(nèi)。只要測量出lm331的頻率值，就可以通過查表法準(zhǔn)確的得出環(huán)境的溫度值。再交由單片機(jī)驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。這樣就實(shí)現(xiàn)了溫度的采集與顯示。12方案二

4、基于sht71的數(shù)字溫度計設(shè)計方案二主要由數(shù)字溫度傳感器、單片機(jī)控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。sht71將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換、i2c總線接口全部集成于一個芯片上。sht11先利用傳感器產(chǎn)生溫度信號；經(jīng)放大送至a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯；由2線接口將信號送至微控制器；再利用微控制器完成相對濕度的非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。sht71測量過程包括4 個部分:啟動傳輸、發(fā)送測量命令、等待測量完成和讀取測量數(shù)據(jù)。在啟動傳輸時序之后, 微控制器可以向sht71 發(fā)送命令，sht71則通過在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?個sck時鐘周期下降沿之后,將data拉低來表示正確接收到命令,并第9個sck時

5、鐘周期的下降沿之后釋放data線(即恢復(fù)高電平)，sht71則通過拉低data表示測量結(jié)束,并且把測量結(jié)果存儲在內(nèi)部的存儲器內(nèi),然后自動進(jìn)入空閑狀態(tài),等微控制器執(zhí)行完其他任務(wù)后再來讀取。測量數(shù)據(jù)讀取前,微控制器先重新啟動sck,接著2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1字節(jié)的crc 校驗(yàn)將由sht71傳送給微控制器。2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)是從高字節(jié)的高位開始傳送,并以crc 校驗(yàn)字節(jié)的確認(rèn)為表示通信結(jié)束。微控制器需要通過拉低data來確認(rèn)接收的每個字節(jié),若不使用crc校驗(yàn)位則微控制器可以在接收完測量數(shù)據(jù)的最低位后保持data為高電平來終止通信。單片機(jī)只需將讀取傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過驅(qū)動數(shù)碼管顯示即可。13方案三基于ds18b

6、20的數(shù)字溫度計設(shè)計方案三主要也由數(shù)字溫度傳感器、單片機(jī)控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。ds18b20 測量溫度采用了特有的溫度測量技術(shù)。它是通過計數(shù)時鐘周期來實(shí)現(xiàn)的。低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計數(shù)。計數(shù)器被預(yù)置在與- 55 相對應(yīng)的一個基權(quán)值。如果計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束前計數(shù)到零,表示測量的溫度值高于- 55,被預(yù)置在- 55 的溫度寄存器的值就增加1,然后重復(fù)這個過程,直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)為止這時溫度寄存器中的值就是被測溫度值,這個值以16 位形式存放在便箋式存貯器中,此溫度值可由主機(jī)通過發(fā)存貯器讀命令而讀出,讀取時低位在前,高位在后。斜率

7、累加器用于補(bǔ)償溫度振蕩器的拋物線特性。讀出的二進(jìn)制數(shù)可以直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制由單片機(jī)驅(qū)動數(shù)碼管顯示輸出。2、方案論證 21方案一：熱敏電阻溫度傳感器的特點(diǎn)是自身的電阻值隨溫度而變化。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的敏感組件，通常所有的熱敏電阻溫度傳感器都是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它的電阻率受溫度的影響很大，而且隨溫度的升高而減小。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，體積小，壽命長，工作穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量；缺點(diǎn)是互換性差，非線性嚴(yán)重。它的測量范圍一般為-10+300，也可做到-200+10，甚至可用于+300+1200環(huán)境中作測溫用。熱敏電阻器溫度計的精度可以達(dá)到0.1，感溫時間可少至10s以下。 22方案二：

8、sht7i是瑞士sens on公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器,可用來測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù),具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)該傳感器將cmos芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢互補(bǔ)作用。由于sht71是i2c總線結(jié)構(gòu)的串行數(shù)據(jù)傳送，它只需要data和sck兩根線完成數(shù)據(jù)的傳送過程。因此，我們在進(jìn)行程序設(shè)計的時候，也得按著i2c協(xié)議來對sht71芯片數(shù)據(jù)訪問。對于stc89c52單片機(jī)本身沒有i2c硬件資源，所以必須用軟件來模擬i2c協(xié)議過程。一般使用單片機(jī)通用i/ o 口線來虛擬i2c 總線,并利用p1. 0 來

9、虛擬數(shù)據(jù)線data ,利用p1. 1 口線來虛擬時鐘線,并在data 端接入一只4. 7k 的上拉電阻,同時,在vdd及gnd 端接入一只0. 1f 的去耦電容。溫度測量范圍：-40+123.8；溫度測量精度：0.425；響應(yīng)時間：0;t-); void scan() int j ; for(j=0;j0;i-) dq=1;_nop_();_nop_(); /從高拉倒低 dq=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5us dq=val&0x01; /最低位移出 delay(6); /66us val=val/2; / 1 右移 位 dq=1;

10、delay(1); /*ds18b20讀1字節(jié)函數(shù)*/ / 從總線上取 個字節(jié) uchar read_byte(void) uchar i; uchar value=0; for(i=8;i0;i-) dq=1;_nop_();_nop_(); value=1; dq=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us dq=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(dq)value|=0x80; delay(6); /66us dq=1; return(value); /*讀出溫度函數(shù)*/ read_temp() ow_

11、reset(); /總線復(fù)位 delay(200); write_byte(0xcc); /發(fā)命令 write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 ow_reset(); delay(1); write_byte(0xcc); /發(fā)命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte(); / 讀溫度值的第字節(jié) temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data1; temp63488) / 溫度值正負(fù)判斷 temp=65536-temp;n=1; / 負(fù)溫度求補(bǔ)碼,標(biāo)志位置1 display4=temp&0x0f;

12、 / 取小數(shù)部分的值 display0=ditabdisplay4; / 存入小數(shù)部分顯示值 display4=temp4; / 取中間八位,即整數(shù)部分的值 display3=display4/100; / 取百位數(shù)據(jù)暫存 display1=display4%100; / 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 display2=display1/10; / 取十位數(shù)據(jù)暫存 display1=display1%10; /個位數(shù)據(jù) r=display1+display2*10+display3*100; /符號位顯示判斷/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!dis

13、play2) display2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n)display3=0x0b; /負(fù)溫度時最高位顯示- /*設(shè)置溫度顯示轉(zhuǎn)換*/ void xianshi(int horl) int n=0; if(horl128) horl=256-horl;n=1; display3=horl/100; display3=display3&0x0f; display2=horl%100/10; display1=horl%10; display0=0; if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n) display3=0x0b;/負(fù)溫度時最高位顯示- /*按鍵查詢程序*/ /*主函數(shù)*/ void main() dm=0x00; /初始化端口 w0=0; w1=0; w2=0; w3=0; for