數(shù)字顯示溫度計(jì)設(shè)計(jì)

1、任務(wù)書、任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字顯示地溫度計(jì)，參考原理框圖如下所示.、要求1.基本要求（1）能數(shù)字顯示被測(cè)溫度，測(cè)量溫度范圍01000C；（2）分辨率不低于0.50C；（3）帶有計(jì)時(shí)和時(shí)間顯示功能；（4）至少有高、低兩路限溫控制輸出接口控制外部電路，實(shí)際制作時(shí)可以發(fā)光二極管模擬顯示其控制狀態(tài)輸出；（5）高、低兩路限溫控制點(diǎn)可在01000C范圍內(nèi)獨(dú)立設(shè)置，當(dāng)溫度達(dá)到高、低限溫控制點(diǎn)發(fā)出聲光報(bào)警.2.發(fā)揮部分（1）提高溫度測(cè)量精度，使分辨率不低于0.10C；（2）自動(dòng)順時(shí)測(cè)量并保存溫度值和測(cè)量時(shí)間；（3）可以查詢、回顯存儲(chǔ)器中自動(dòng)測(cè)量地溫度值和測(cè)量時(shí)刻；（4）多路溫度巡檢（至少兩路）和多路溫度、時(shí)間保存；

2、（5）其他發(fā)揮.第一章課題背景信息采集與檢測(cè)地意義測(cè)量控制地作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)計(jì)算地方法，綜合各種先進(jìn)技術(shù)，使每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效地控制，不但保證了生產(chǎn)地規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全所以，測(cè)量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、電子、輕工和紡織等行業(yè).溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)地基礎(chǔ)上發(fā)展起來地嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)地體積、價(jià)位、可靠性，都無法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)地要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路.這條道路就是芯片化道路將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展地單片機(jī)時(shí)代.單

3、片機(jī)以其集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到了廣泛地應(yīng)用，特別是單片機(jī)嵌入式技術(shù)地開發(fā)與應(yīng)用，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)新地里程碑.作為計(jì)算機(jī)兩大發(fā)展方向之一地單片機(jī)，以面向?qū)ο蟮貙?shí)時(shí)控制為己任，嵌入到如家用電器、汽車、機(jī)器人、儀器儀表等設(shè)備中，使其智能化.目前國(guó)內(nèi)外各大電氣公司，大地半導(dǎo)體廠商正在不斷地開發(fā)、使用單片機(jī)，使其無論在控制能力，減小體積，降低成本，還是開發(fā)環(huán)境地改善等方面，都得到空前迅速地發(fā)展.溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們地生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多

4、時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格地監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利地進(jìn)行，產(chǎn)品地質(zhì)量才能夠得到充分地保證使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境地溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)地自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)地生產(chǎn)效率溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊.設(shè)計(jì)數(shù)字顯示溫度計(jì)地意義隨著社會(huì)地發(fā)展，科技地進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域地應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展地主流方向.溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度.溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場(chǎng)所地溫度控制.而以往溫度控制是由人工完成地而且不夠重視，其實(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外.針對(duì)此問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)地目地是實(shí)現(xiàn)

5、一種可連續(xù)高精度調(diào)溫地溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)地控制系統(tǒng).特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活地各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)地領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)地一個(gè)實(shí)際問題.第二章方案選取與論證2.1方案一采用普通電阻式溫度傳感器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器作為測(cè)量溫度地電路采用兩種不同材質(zhì)地導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱地部位就會(huì)出現(xiàn)電位差這個(gè)電位差地?cái)?shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)地溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體地材質(zhì)有關(guān)這種現(xiàn)象可以在很寬地溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位地環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱

6、點(diǎn)地溫度由于它必須有兩種不同材質(zhì)地導(dǎo)體，所以稱之為熱電偶不同材質(zhì)做出地?zé)犭娕际褂糜诓煌販囟确秶?，它們地靈敏度也各不相同熱電偶地靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1C時(shí)，輸出電位差地變化量對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐地?zé)犭娕级?，這個(gè)數(shù)值大約在540微伏/C之間.熱電偶傳感器有自己地優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)地影響，也容易受到前置放大器溫度漂移地影響，因此不適合測(cè)量微小地溫度變化由于熱電偶溫度傳感器地靈敏度與材料地粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)地材料也能夠做成溫度傳感器也由于制作熱電偶地金屬材料具有很好地延展性，這種細(xì)微地測(cè)溫元件有極高地響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化地過程.2.2方案二采用數(shù)字可編程溫

7、度傳感器作為溫度檢測(cè)元件數(shù)字可編程溫度傳感器可以直接讀出被測(cè)溫度值不需要將溫度傳感器地輸出信號(hào)接到A/D轉(zhuǎn)換器上，減少了系統(tǒng)地硬件電路地成本和整個(gè)系統(tǒng)地體積.美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司地?cái)?shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口地溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù).全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管地集成電路內(nèi)“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)地特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)地構(gòu)建引入全新概念現(xiàn)在，新一代地DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活.使你可以充分發(fā)揮一線總線”地優(yōu)點(diǎn).同DS1820一樣，DS18B20也支持一線總線”接口，測(cè)

8、量溫度范圍為-55C+125C,在-10+85C范圍內(nèi)，精度為0.5C.現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以一線總線地?cái)?shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)地抗干擾性適合于惡劣環(huán)境地現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等.與前一代產(chǎn)品不同，新地產(chǎn)品支持3V5.5V地電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便.而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小它還有很多特性：適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V,寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供；獨(dú)特地單線接口方式，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地雙向通訊；DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一地三線上，實(shí)現(xiàn)

9、組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管地集成電路內(nèi)；溫范圍一55+125C，在-10+85C時(shí)精度為0.5C；可編程地分辨率為912位，對(duì)應(yīng)地可分辨溫度分別為0.5C、0.25C、0.125C和0.0625C，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給CPU,同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)地抗干擾糾錯(cuò)能力；負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作.方案論證方案一硬件電路復(fù)

10、雜，需要設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，以及與其相關(guān)地編程，總體設(shè)計(jì)起來較困難，軟件、硬件調(diào)試復(fù)雜，硬件成本較高.而且器傳感器有以下缺點(diǎn)：它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)地影響，也容易受到前置放大器溫度漂移地影響.所以總體來說，方案一在硬件、軟件上地成本都比較高，而且易受外部環(huán)境地影響，系統(tǒng)工作不穩(wěn)定.方案二由于采用地是具有一總線特點(diǎn)地溫度傳感器，所以電路連接簡(jiǎn)單；而且該傳感器擁有強(qiáng)大地通信協(xié)議，同過幾個(gè)簡(jiǎn)單地操作就可以實(shí)現(xiàn)傳感器與單片機(jī)地交互，包括復(fù)位傳感器、對(duì)傳感器讀寫數(shù)據(jù)、對(duì)傳感器寫命令.軟件、硬件易于調(diào)試，制作成本較低.也使得系統(tǒng)所測(cè)結(jié)果精度大大提高.經(jīng)過對(duì)這兩種方案地比較，本設(shè)計(jì)決定采用方案

11、二.總體設(shè)計(jì)框圖：溫度傳感器第三章硬件電路部分該溫度顯示控制器總體上包含時(shí)鐘電路模塊、溫度報(bào)警模塊、顯示電路模塊、溫度檢測(cè)電路模塊、按鍵模塊.3.1時(shí)鐘電路模塊本次設(shè)計(jì)地時(shí)鐘電路模塊采用地是時(shí)鐘芯片DS1302進(jìn)行實(shí)現(xiàn).DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出地一種高性能、低功耗、帶RAM地實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V.采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)地時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù).DS1302內(nèi)部有一個(gè)31x8地用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)地RAM寄存器.該部分電路設(shè)計(jì)圖如下：3.2溫度報(bào)警模塊在微型計(jì)

12、算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要地參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施.其方法就是把計(jì)算機(jī)采集地?cái)?shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣地正常值，進(jìn)行顯示和控制.該報(bào)警電路包含了聲與光地報(bào)警，具體電路如下：vcc3.3顯示電路模塊由于此次設(shè)計(jì)，任務(wù)書要求顯示日期時(shí)間以及溫度.所以顯示模塊使用地是字符型液晶顯示器LCD1602.該顯示芯片可以顯示內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行.剛好滿足設(shè)計(jì)要求，可以直觀明了地看到時(shí)間、日期、溫度.具體地電路設(shè)計(jì)圖如

13、下：VCC1602溫度檢測(cè)電路模塊本次設(shè)計(jì)所采用地溫度傳感器為Dallas半導(dǎo)體公司地?cái)?shù)字化溫度傳感器DS18B20,它是世界上第一片支持“一線總線”接口地溫度傳感器.“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管地集成電路內(nèi).DS18B20可以程序設(shè)定912位地分辨率，精度為0.5C.可選更小地封裝方式，更寬地電壓適用范圍分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定地報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存.DS18B20產(chǎn)品地特點(diǎn)：（1）只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信.（2）在DS18B20中地每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二地序列號(hào).（3）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫

14、.（4）測(cè)量溫度范圍在-55C-+125C之間.（5）數(shù)字溫度計(jì)地分辨率用戶可以從9位到12位選擇.（6）內(nèi)部有溫度上、下限設(shè)置.具體設(shè)計(jì)電路圖，及與單片機(jī)借口連接圖如下：Pll2P123P134P145P156Pld7P1739P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3016P3717X2ISXI192QP1DI屯）VCCT39PM*33F0137P0236P033-5P04汩P0533POd32P0731EAP1-0vccPL1PO.OP1.2P0.1P1JP0.2PMP0.3P1JP0.4Pl-6P0.5Pl?S9c52PO.dRESTP0.7P3.0RXDEAVD

15、DP3-1TKDALEP3.2INTOPSENP33INTIP2.7P3_4TOP2.dP3.5T1P2.5P3_6WP2.4P3JRDP2.3K2P2.2XIP2.1GNDP2.GDS18B20地?cái)?shù)據(jù)引腳與單片機(jī)地P13引腳相連.按鍵模塊此次設(shè)計(jì)中用到四個(gè)按鍵，分別負(fù)責(zé)加、減、設(shè)置、時(shí)間顯示與溫度報(bào)警模式切換.電路如下：第四章軟件設(shè)計(jì)部分軟件設(shè)計(jì)包含一個(gè)主程序，以及若干個(gè)子程序組成.該部分軟件程序詳見附錄.系統(tǒng)總流程圖如下：讀溫度流程圖：第五章制作及調(diào)試過程為了免去設(shè)計(jì)PCB板地麻煩，本次設(shè)計(jì)采用地是萬(wàn)用板直接焊接.使用萬(wàn)用板焊接跳線比較多，應(yīng)該避免漏接或者短路.整個(gè)制作過程比較順利，未出現(xiàn)

16、嚴(yán)重問題.制作完地成品要進(jìn)行不同溫度下地調(diào)試測(cè)試.將制作好地?cái)?shù)字顯示溫度計(jì)接入電源，查看顯示器中各個(gè)功能模塊顯示是否正常，像時(shí)鐘模塊若異常，則會(huì)顯示問號(hào)；溫度感應(yīng)模塊若異常則表現(xiàn)為當(dāng)前溫度為負(fù)零度.若出現(xiàn)以上這些情況，應(yīng)該檢查相應(yīng)模塊電路連接是否正確，是否短路，是否有某些電路漏接.當(dāng)所有模塊均正常工作以后，便要開始檢測(cè)溫度感應(yīng)是否靈敏了.我們可以模擬不同溫度下看看顯示器中地溫度是否有變化，若條件不允許，可以直接用手捂住DS18B20芯片，觀察溫度是否有變化.經(jīng)過各項(xiàng)調(diào)試后，各模塊功能正常，溫度感應(yīng)正常，報(bào)警正常，可以達(dá)到任務(wù)書地要求.結(jié)論經(jīng)過系統(tǒng)地設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試，本設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了一個(gè)比較完整

17、地溫度檢測(cè)預(yù)與報(bào)警系統(tǒng).它可以通過鍵盤輸入溫度上限、下限值，然后計(jì)算其上限和下限地中間值作為最適溫度值.溫度感應(yīng)芯片不斷讀取環(huán)境溫度，再根據(jù)使用者所設(shè)計(jì)地上下限值進(jìn)行正確地報(bào)警.本次設(shè)計(jì)還有許多不足地方面，例如：程序設(shè)計(jì)不夠精煉，器件排版不明確導(dǎo)致跳線增加許多，增加了出錯(cuò)可能性，還有一些擴(kuò)展部分地功能可能不是很到位.但是，在今后地設(shè)計(jì)中一定加以改進(jìn).心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力地重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力地具體訓(xùn)練和考察過程.回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，地確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在短短地兩個(gè)星期地日子里，可以說得

18、是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多地地東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過地知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過地知識(shí).通過這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要地，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠地，只有把所學(xué)地理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己地實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考地能力.在設(shè)計(jì)地過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到過各種各樣地問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)地過程中發(fā)現(xiàn)了自己地不足之處，對(duì)以前所學(xué)過地知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固.這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師地辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解.總體來說,這次實(shí)習(xí)我受益匪淺.在摸索該如何設(shè)計(jì)程序使之實(shí)現(xiàn)所需功能地過程中,特別有趣,培養(yǎng)了我地設(shè)計(jì)思維,增加了實(shí)際操作能力