數(shù)字溫度傳感器

1、數(shù)字溫度傳感器的設(shè)計(jì)組員：一、任務(wù)要求 測溫范圍：測溫范圍：- 55 125- 55 125精度誤差：精度誤差：11（即顯示整（即顯示整數(shù)）數(shù)）二、方案設(shè)計(jì)方案一 由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計(jì)算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)容易受到溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以比較容易實(shí)現(xiàn)，采用一只

2、溫度傳感器DS18B20，此傳感器采用一線-總線制，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都便于實(shí)現(xiàn)，而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的在擴(kuò)展，滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費(fèi)用較低，可靠性高，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用此方案。1 1， 總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)任務(wù)要求本方案擬采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，溫度傳感器 用DS18B20，系統(tǒng)分為三個(gè)模塊，分別是主控器，測溫電路和顯示電路。主控器采用AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，測溫電路由DS18B20實(shí)現(xiàn)，顯示電路則由3位LED數(shù)碼管顯示。 總體設(shè)計(jì)框圖2 2，主控及測溫電路的設(shè)計(jì)主控制電路

3、由AT89C52及外圍元件構(gòu)成，測溫電路由DS18B20、預(yù)置數(shù)電路和報(bào)警電路組成。AT89C52是此硬件電路設(shè)計(jì)的核心，通過AT89C52的管腳P3.7與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預(yù)置數(shù)電路由兩個(gè)按鍵和兩個(gè)數(shù)碼管組成，兩個(gè)數(shù)碼管分別與AT89C52的P3.2和P3.6相連。報(bào)警電路很簡單，只有一個(gè)發(fā)光二極管，與AT89C52的P3.0管腳相連，若實(shí)際測量的溫度值大于預(yù)置溫度值，則二極管亮，即為報(bào)警標(biāo)志。具體電路原理圖如下圖所示 三、 硬件介紹1、主控模塊 本設(shè)計(jì)使用用AT89C52單片機(jī)做主控器。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了CPU、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備、時(shí)鐘電路及其他系統(tǒng)所需

4、的部件的微型計(jì)算機(jī)。它具有體積小、使用靈活方便、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強(qiáng)、可在各種惡劣環(huán)境下工作的特點(diǎn)。且單片機(jī)編程靈活，安裝方便，既可以單獨(dú)對多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信.運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-232串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，

5、也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。 AT89C52AT89C52芯片 芯片介紹：AT89C52是一種低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，它自帶8K字節(jié)閃存可編程可擦除存儲(chǔ)器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令和輸出管腳 相兼容。由于將多功能8位CPU和閃存存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器。AT89C系列單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。它的部分引腳功能介紹如下。 2. 測溫模塊原理：DS18B2

6、0 測量溫度采用了特有的溫度測量技術(shù)。它是通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來實(shí)現(xiàn)的。低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器被預(yù)置在與- 55 相對應(yīng)的一個(gè)基權(quán)值。如果計(jì)數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束前計(jì)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(gè)過程,直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)為止這時(shí)溫度寄存器中的值就是被測溫度值,這個(gè)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(shí)低位在前,高位在后。斜率累加器用于補(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(dòng)數(shù)碼管顯示輸

7、出。主要特性： （1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 （2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）測溫范圍- 55 +125，在- 10 +85時(shí)精度為0.52.2 DS18B20DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。 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）DS18B20的管腳排列如下: GND（接地端） VD

8、D（電源端） DQ（信號(hào)端） DS18B20的封裝形式3. 顯示模塊 本設(shè)計(jì)采用四位一體數(shù)碼管顯示溫度值，下面將介紹數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。 4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（正面朝自己，小數(shù)點(diǎn)在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP為段引腳，1、2、3、4分別表示四個(gè)數(shù)碼管的位。 。 。 。 。 。1 a f 2 3 b。 。 。 。 。 。e d dp c g 4即：12-9-8-6為公共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-3四、軟件介紹4.1 程序流程圖4.2 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

9、校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖所示4.3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所示4.4 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，其程序流程圖如圖所示。4.5 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顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖：五、仿真設(shè)計(jì)5.1. 主控制電路 AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相 放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端與輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋原件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，而且EA需接高電平以使CPU訪問單片機(jī)內(nèi)部程序5.2 . 5.2 . 溫度檢測電路VCC接高電平，DQ端接單片機(jī)的P3.4口，這里利用了P3.4口雙向I/O口作用，單片機(jī)從DS18B20讀取溫度和報(bào)警溫度，此時(shí)作為輸入口，當(dāng)設(shè)置報(bào)警溫度時(shí)單片機(jī)向DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)，此時(shí)作為數(shù)據(jù)輸出端口。DQ與VCC之間需要一個(gè)電阻值約5K的上拉電阻。5.3. 5.3. 數(shù)碼顯示