智能仪器课程设计报告

1天津电子信息职业技术学院传感器技能实训课题名称智能温度测温系统姓名王先民学号20班级电信S10-1专业电子信息工程技术所在系电子技术系指导教师岑永祚完成日期2011年12月11日2一、主要内容温度传感器DS18B20采集环境模拟信号，其输出送入AT89C51，单片机在程序的控制下，将处理过的数据送到移位寄存器74LS164，经74LS164输出后驱动三位数码管显示。当被测温度高于18℃时，单片机发出控制信号使降温电扇以自然风的形式旋转，温度越高转速越快，温度36℃以上时风扇全速工作，点亮此功能指示灯。二、基本要求（1）设计测量温度范围－55℃~＋125℃的智能测温系统，要求数码管实时显示测量温度，单片机根据温度高低确定风扇转速（2）画出程序框图（3）有完整的整机电路图（protel绘制）（4）完成格式正确、内容完整的实验报告三、参考文献王祁，智能仪器设计基础.北京：机械工业出版社，20093目录一、前言........................................................4二、系统组成....................................................41、设计思路..................................................52、系统的性能指标：..........................................53、系统的主要功能：..........................................5三、电路组成及工作原理..........................................51、温度传感器功能模块........................................62、AT89C51单片机............................................83、74LS164移位寄存器.......................................124、晶振电路.................................................125、复位电路.................................................136、键盘电路.................................................137、显示电路.................................................148、稳压电路.................................................149、显示电路.................................................1510、风扇控制电路............................................15四、课程设计心得与体会..........................错误!未定义书签。五、参考文献....................................错误!未定义书签。六、整机电路图.................................................16七．心得体会…………………………………………………………………184智能温度测量系统的设计一、前言温度是一种基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量。因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。本文所介绍的智能温度测量系统是基于DS18B20型数字式温度传感器，在89C51单片机的控制下，对环境温度进行实时控制的装置。该系统测量范围宽、测量精确度高，该系统可广泛适用于人民的日常生活和工、农业生产的温度测量。二、系统组成智能温度测量系统主要由数字温度计、单片机控制电路、数字式温度显示电路、风扇降温电路、键盘电路、串口通信电路等六部分组成。系统原理框图如下：图1智能温度测量系统原理框图单片机（AT89C51）数字温度计（DS18B20）八位串入/并出移位寄存器（74LS164）风扇降温系统(75BF-3)键盘电路（四个按钮开关）数字式温度显示(LD-5461AS)51、设计思路智能温度测量系统的设计思路：用数字温度传感器DS18B20采集环境模拟信号，并在其内部进行A/D转换，将转换后的数字信号送AT89C51单片机，AT89C51单片机在程序的控制下，将处理过的数据送到八位串入/并出移位寄存器74LS164，经74LS164输出后驱动三位数码管显示出环境温度。当被测温度高于18℃时，单片机P2.3脚发出信号PC817光电耦合器使降温电扇以自然风的形式旋转，温度越高转速越快，温度36℃以上时风扇全速工作，点亮此功能指示灯。2、系统的性能指标：温度测量范围：－55℃－＋125℃温度测量精度：±0.5℃电路板工作温度：0℃－＋70℃3、系统的主要功能：（1）根据温度变化自动调节风扇的转速，转速变化量：温度每变化2℃将改变风扇的转速并使指示灯向右移动一位点亮；温度低于18℃时风扇不工作，（2）风扇工作在自然风状态：风速从小到大，一个周期约5秒钟，点亮此功能指示灯。（3）风扇工作在定时状态：定时时间为30分钟；60分钟；120分钟；240分钟，用四位二进制发光二极管指示灯指示定时时间，并且，风扇根据第1条功能工作。（4）用十个发光二极管模拟指示风扇当时的转速情况，即十个全亮则风扇全速运行，前五个亮刚风扇处于半速运行。三、电路组成及工作原理智能温度测量系统原理图如图2所示，6图2智能温度测量系统原理图主要元器件：1、温度传感器功能模块美国DALLAS公司生产的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，使用户可轻松地组建温度传感器检测网络，为检测系统的构建引入全新的概念。DS1820特点如下：（1）DS1820在与微处理器连接时仅需要一条传输线即可实现两者之间的双向通讯。（2）DS1820支持多点组网络功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测量。（3）DS1820在使用中不需要任何外围元件，其传感元件及A/D转换电路都集成在一只形如三极管的芯片内。（4）工作电压+3~+5.5V，温度测量范围为－55℃～＋125℃,在-10°C~+85℃时，精度为±0.5°C；（5）DS1820可把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理，测量结7果以9~12位数字量方式串行传送。由于每片DS1820含有唯一的串行序列号，所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根传输线（单总线接口）。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。图3DS1820的内部框图图3所示为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL解发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。图4是DS1820温度传感器的封装图与引脚接线方式，DS1820引脚及功能及指标如下GND：地；VDD：电源电压I/O：数据输入／输出脚(单线接口，可作寄生供电)8图4DS1820封装图与接线方式（6）DS18B20控制方法在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。CPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。程图所示的步骤它分三步完成：①系统通过反复操作，搜索DS1820序列号；②启动所有在线DS1820做温度A/D变换；③逐个读出在线DS1820变换后的温度数据。2、AT89C51单片机AT89C51是一种4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的9AT89C51是一种高效微控制器。1．主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路2．管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于10内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端