DOC《题目 数字温度计的设计》

许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行;

炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品.没有合适的温度环境,许多电子设备就不能正常工作,粮仓的储粮就会变质霉烂,酒类的品质就没有保障.因此,各行各业对温度控制的要求都越来越高.可见,温度的测量和控制是非常重要的. 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制.随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生,因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义.温度测量在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用,而且随着科学技术的发展对温度测量的应用范围愈来愈广.利用单片机技术的温度测控系统以其体积小,可靠性高而被广泛采用. 1.2 基于单片机数字温度计系统的发展现状 自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展,以及自动控制理论和设计方法发展的推动下,国外温度控制系统发展迅速,并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果.在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先,并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表,目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展. 国内外温度测量系统的发展极为迅速,比如机房温度的监控,蔬菜大棚温度的监控报警等等.可以温度的检测与报警涉及到人们生活的各个领域,各个角落,世界各国的科学家都在研制越来越先进的温度检测报警系统,用于各个领域的检测和控制,为人们的生活、工作,为工业、农业生产做保障. 温度测量报警系统有很大的发展空间,国内也在这方面投入大量的人力物力进行新产品的研发.比如国内非典时期用的红外温度测量报警装置,就是温度测量系统发展到现在的一个代表性的产物.温度测量报警系统在生活中有中药的意义. 现在温度测量报警领域正在蓬勃快速的发展,各国都在进行着各项测试研究,以更好的检测温度,进行控制,让人类能更好的生活、工作和学习.另外,温度测量控制领域也在不断的扩大,很多国家也共同合作,在共同研制仪器,去进行温度测量控制,温度测量控制这项研究也正在想全球化发展. 1.3 基于单片机数字温度计系统的研究目的和意义 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛但从国内生产的温度控制器来讲总体发展水平仍然不高,同国外的日本美国德国等先进国家相比仍然有着较大的差距目前我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平成熟产品主要以 点位 控制及常规的PID控制器为主,它只能适应一般温度系统控制难于控制滞后复杂时变温度系统控制,即是说适应于较高控制场合的智能化自适应控制仪表国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少备. 温度控制不好就可能引起生产安全,产品质量和产量等一系列问题.尽管温度控制很重要,但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难.由于温度控制具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高. 1.4 基于单片机数字温度计系统主要研究内容 在实际的温度控制系统中,多采用热敏电阻器或热电偶测量温度.这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路,这样就增加了电路的复杂性,而且该种电路易受干扰,使采集到的数据准确性不高.随着微电子技术、单片机技术、传感器技术的不断发展,为温度控制系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件.本文设计了一种基于STC89C52单片机与DS18B20 的温度控制系统.该设计通过STC89C52 单片机驱动数字温度传感器DS18B20,进行温度数据采集、读取、处理,并通过数码管显示出来. 本系统以STC89C52单片机作为主控系统,利用DS18B20数字温度传感器作为温度传感器件.通过四位共阴极数码管作为显示器件,通过单片机控制来显示温度.当温度高于设定最高温度或者低于设定的最低温度时,蜂鸣器发出报警声. 数字温度计系统的总体设计方案 2.1 数字温度计系统设计方案论证 2.1.1方案一: 由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算,感温电路比较麻烦.而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差. 2.1.2方案二: 考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,电路简单,精度高,软硬件都以实现,而且使用单片机的接口便于系统的再扩展,满足设计要求. 从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,费用较低,可靠性高,软件设计也比较简单,故采用了方案二. 2.1.3总体设计框图 数字温度计电路设计总体方框图如下图1: 图1 数字温度计电路设计总体框图 2.2 显示部分设计方案论证 2.2.1方案一: 采用1602液晶显示模块,本方案的优点是电路相对简单,显示字符内容较为丰富,考虑到本报警系统只需要显示测量的温度,不需要过多的复杂功能,实用1602液晶显示会增加系统的成本,此方案的缺点也在于此. 2.2.2 方案二: 采用数码管显示,此方案的最大优点就是成本较低,缺点是电路相对复杂,需要驱动电路,在软件上也需要作出处理.但是此方案完全可以满足本报警系统的功能和要求,软件处理上也不是特别的复杂,驱动电路也相对简单. 从以上两种方案,综合考虑,采用方案二,虽然电路相对复杂一点,但在成本上却占了很大的优势,并可以完全实现本系统的要求,选择方案二. 2.3 键盘输入部分方案论证 2.3.1方案一: 采用矩阵键盘的方式,此方案的优点是按键多,占用单片机I/O口少,比较节省资源,并可用多个按键来进行人机对话,缺点是硬件电路较为复杂,软件程序较为繁琐. 2.3.2方案二: 采用独立按键的方式,优点是电路较为简单,软件程序也相对简单,缺点是按键占用I/O口多,占用单片机的资源较多. 由于本报警系统使用按键较少,不需要采用矩阵键盘,采用独立按键完全可以完成要求,并且实现起来也比较简单,综合考虑键盘输入部分选用方案二. 数字温度计系统硬件设计部分 3.1单片机模块 3.1.1 STC89C52功能及特性 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器.在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案. 具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM,