基于單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【開題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　基于單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對(duì)象五花八門，溫度控制在生產(chǎn)過程中占有很大的比例。測(cè)量和控制

2、缺一不可。由于要控制的對(duì)象越來越復(fù)雜，溫度測(cè)量控制方面還有著許許多多的問題。如何更好地提高測(cè)量和控制性能，滿足不同的場(chǎng)合的測(cè)量控制要求，是大家研究的一個(gè)重要課題。</p><p>　　隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在高集成度、高速度、低功耗以及高性能方面取得了很大的進(jìn)展，電子技術(shù)有了更好的飛躍，我們現(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)和溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量和控制。</p><

3、p>　　溫度是日常生活、冶金、化工、醫(yī)學(xué)、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域最常遇到的一個(gè)物理量。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于溫度的測(cè)量和控制有了更高要求。采用單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)，能大大的提高溫度測(cè)量的精度，降低產(chǎn)品的成本，簡(jiǎn)化操作，節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率[1]。</p><p>　　在現(xiàn)實(shí)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中，溫度的測(cè)量非常的重要。在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究

4、溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。由于我國的自動(dòng)化長(zhǎng)期以來一直都比較落后，各類農(nóng)業(yè)、工業(yè)有相當(dāng)一部分還停留在常規(guī)儀表測(cè)量控制，有的甚至還處在人工加常規(guī)儀表的半自動(dòng)測(cè)量控制狀態(tài)。這個(gè)不僅安全生產(chǎn)沒有保障，效率低下，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大大的提高。</p><p>　　在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度

5、。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果[2]。</p><p>　　二、相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài) </p>&

6、lt;p>　　目前國內(nèi)外普通采用傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)之類的模擬溫度傳感器與單片機(jī)結(jié)合來進(jìn)行溫度測(cè)量，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍。 </p><p>　　1.當(dāng)前普遍采用測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍</p><p>　　（1）單片機(jī)和熱電偶組成的測(cè)溫系統(tǒng)</p><p>　　熱電偶作為溫度檢測(cè)元件在工業(yè)上是很常見的。它的優(yōu)點(diǎn)是：①測(cè)量的精度很高。

7、因?yàn)樵跍y(cè)量的過程中，熱電偶是直接和被測(cè)對(duì)象接觸的，所以中間介質(zhì)對(duì)測(cè)量沒有影響，提高了測(cè)量的精度。②測(cè)量的范圍很廣。熱電偶的測(cè)量范圍在-50～+1600℃，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃，最高可達(dá)+2800℃。③構(gòu)造非常之簡(jiǎn)單，使用也相當(dāng)?shù)姆奖?。通常來說，熱電偶是由2種不同材料的金屬絲所組成的，而且不受大小和開頭的限制，外部又有保護(hù)套管套著，用起來非常的安全和方便。熱電偶測(cè)溫基本原理：把兩種不同材料的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體對(duì)接起來后，就構(gòu)成了

8、一個(gè)閉合的回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)接點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩導(dǎo)體之間便產(chǎn)生了一個(gè)電動(dòng)勢(shì),因而在回路中就形成了一個(gè)電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。然后，熱電偶上產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)取樣、放大后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，再交自單片機(jī)處理。被測(cè)溫度信號(hào)從溫敏元件到單片機(jī)，經(jīng)過眾多器件，易受干擾、不易控制且精度不高[3-4]。 </p><p>　　單片機(jī)和熱電阻組成的測(cè)溫系統(tǒng)</p><p

9、>　　在中低溫區(qū)里，熱電阻是最常用的一種溫度檢測(cè)器。但與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，熱效應(yīng)是熱電阻測(cè)溫的特性，即導(dǎo)體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度的度數(shù)變化。然后，熱電阻上產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)取樣、放大后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，再交自單片機(jī)處理。被測(cè)溫度信號(hào)從溫敏元件到單片機(jī)，經(jīng)過眾多器件，易受干擾、不易控制且精度不高。目前主要有半導(dǎo)體熱敏電阻溫度傳感器和金屬熱電阻溫度傳感器兩類。相比較而言，熱

10、敏電阻的溫度系數(shù)更大，其電阻值在常溫下的范圍更高，但是，互換性卻不是很理想，非線性嚴(yán)重，通常情況下，測(cè)量溫度的范圍只有-50～300℃左右，大量用于家用電器和汽車的溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻溫度傳感器一般適用于-200～500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛[5-7]。</p><p>　?。?）單片機(jī)和半導(dǎo)體PN結(jié)組成的測(cè)溫系統(tǒng)</p><p

11、>　　利用PN結(jié)的特性，研發(fā)出了一種新的溫度傳感器，叫作PN結(jié)溫度傳感器。PN結(jié)溫度傳感器是一種半導(dǎo)體敏感器件, 它實(shí)現(xiàn)溫度與電壓的轉(zhuǎn)換。在常溫范圍內(nèi)，PN結(jié)溫度傳感器包括了熱電偶和熱敏電阻的各自優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它又克服了這些傳統(tǒng)溫度傳感器件的一些比較大的和固有的缺陷，它是自動(dòng)控制和儀器儀表工業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)元器件之一。但是，被測(cè)溫度信號(hào)從溫敏元件到單片機(jī)，經(jīng)過眾多器件，易受干擾、不易控制且精度不高。</p><p&

12、gt;　　傳統(tǒng)的模擬傳感器都存在著各自的缺點(diǎn)，而且都要經(jīng)過信號(hào)處理電路，就會(huì)受到或多或少的干擾，使信號(hào)失真，使測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)比較大的誤差[8]。</p><p>　　2．溫度測(cè)量的發(fā)展方向</p><p>　　DS18B20是一種新型的可編程溫度傳感器，它是由美國的一家叫作DALLAS公司所推出的單總線的芯片，主要用于數(shù)字測(cè)溫。它的接口方式有別于傳統(tǒng)的接口方式，僅需要一個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)

13、的雙向通訊。他能代替模擬溫度傳感器和信號(hào)處理電路，直接與單片機(jī)溝通，完成溫度采集和數(shù)據(jù)處理。DS18B20與AT89C51結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　DS18B20的測(cè)溫原理：由于所有的器件都連接在一條總線上，為了不發(fā)生數(shù)據(jù)的沖突，必須按照單總線協(xié)議規(guī)定的時(shí)序來進(jìn)行工作。為了讓每個(gè)設(shè)備都能使用這條總線，單總線

14、協(xié)議采用了一個(gè)三態(tài)門，這樣，一個(gè)設(shè)備如果暫時(shí)不傳輸數(shù)據(jù)就能空出這條總線給其他設(shè)備使用。在外部設(shè)備中通過一個(gè)上拉電阻器，使得總線在空閑時(shí)保持一個(gè)高電平。通過程序編程，DS18B20實(shí)現(xiàn)了9到12位的溫度度數(shù)。</p><p>　　DS18B20具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　三、課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點(diǎn)

15、及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　圖1基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　1．預(yù)期目標(biāo)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是獨(dú)立完成一款基于單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了滿足系統(tǒng)的功能，要求溫度測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)具備的功能及特點(diǎn)應(yīng)具有以下功能：</p><p>　?。?）具有正常的數(shù)據(jù)采集。能夠準(zhǔn)確完成對(duì)

16、溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)工作。</p><p>　?。?）具有直觀的溫度讀數(shù)的顯示，通過1602液晶顯示器來完成。</p><p>　　（3）自動(dòng)復(fù)位功能。程序運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者錯(cuò)誤，系統(tǒng)能自動(dòng)復(fù)位，重新加載運(yùn)行程序，加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。</p><p>　?。?）抗干擾能力。系統(tǒng)在信號(hào)產(chǎn)生或者傳輸過程中，由于外界的干擾使系統(tǒng)信號(hào)嚴(yán)重失真，影響

17、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，因此，讓系統(tǒng)具有抗干擾能力是必不可少的。</p><p>　?。?）警報(bào)系統(tǒng)。在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，或者溫度失控時(shí)，能發(fā)出警報(bào)聲。</p><p>　?。?）外接設(shè)備。為了使系統(tǒng)更加完善，加入外接鍵盤，數(shù)碼管等設(shè)備。</p><p><b>　　2.功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　（1）控

18、制核心AT89C51</p><p>　　◆4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p>　　◆壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　◆數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　◆全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p>　　◆三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　◆128×

19、;8位內(nèi)部RAM</p><p>　　◆32可編程I/O線</p><p>　　◆兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　◆5個(gè)中斷源</b></p><p><b>　　◆可編程串行通道</b></p><p>　　◆低功耗的閑置和掉電模式</p>

20、<p>　　◆片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　?。?）溫度傳感器DS18B20</p><p>　　DS18B20的主要特征：</p><p>　　◆適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電</p><p>　　◆獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與單片機(jī)連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)

21、微處理器與DS18B20的雙向通訊</p><p>　　◆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的集成電路內(nèi)</p><p>　　◆溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃</p><p>　　◆可編程 的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.

22、0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫</p><p>　　◆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</p><p>　　◆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)的抗干擾糾錯(cuò)能力</p><p>　　◆負(fù)壓特性：電源極性接

23、反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作[9-11]。 </p><p><b>　?。?）存儲(chǔ)設(shè)備</b></p><p>　　內(nèi)部存儲(chǔ)器又稱內(nèi)存，用來存放“程序”和“數(shù)據(jù)”。中央處理器執(zhí)行程序時(shí)，從內(nèi)存中讀取程序和數(shù)據(jù)。 內(nèi)存可分為兩部分：ＲＯＭ（只讀存儲(chǔ)器）和ＲＡＭ（隨機(jī)存儲(chǔ)器） [12-14]。</p><p><b>　

24、?。?） 警報(bào)電路</b></p><p>　　通過一個(gè)蜂鳴器，當(dāng)溫度超過規(guī)定的上下限時(shí)發(fā)出報(bào)警聲。蜂鳴器是一種采用直流電壓供電的一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛地被應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中，作為一個(gè)發(fā)聲的器件來使用 [15] 。</p><p><b>　　3.研究方法：</b></p&g

25、t;<p>　?。?）文獻(xiàn)資料法：根據(jù)已掌握的文獻(xiàn)，查找相關(guān)開關(guān)電源書籍，查詢各類期刊，學(xué)術(shù)報(bào)告，學(xué)術(shù)會(huì)議論文，學(xué)位論文，科技檔案等。</p><p>　?。?）對(duì)比法：對(duì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)所采用的不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比研究。</p><p>　　（3）專家訪談法: 根據(jù)本研究?jī)?nèi)容，向?qū)熂跋嚓P(guān)專業(yè)的老師請(qǐng)教有關(guān)知識(shí)。</p><p>　　四、研究工作詳細(xì)進(jìn)

26、度和安排</p><p>　　2010.11..01—2010.11.21 完成畢業(yè)論文選題</p><p>　　2010.11.22—2011.01.09 完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯</p><p>　　2011.02.21—2011.03.11 完成開題報(bào)告，論文初稿，確定實(shí)習(xí)單位</p><p>　　2011.03.12—201

27、1.05.03 畢業(yè)實(shí)習(xí)，結(jié)合實(shí)習(xí)修改畢業(yè)論文</p><p>　　2011.05.04—2011.05.18 畢業(yè)論文定稿</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]唐杰.51單片機(jī)編程基礎(chǔ)與開發(fā)實(shí)例詳解, 人民郵電出版社,2008.</p><p>　　[2]張曉芳. 基于C

28、51的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009.</p><p>　　[3]沙戰(zhàn)友.單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)[M],北京：電子工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[4] 趙海蘭.電子世界[J], 2003.</p><p>　　[5]廖琪梅,韓彬. 基于單總線器件DS18B20的溫度測(cè)量?jī)x[J], 國外電子元器件,2008.</p>

29、<p>　　[6]劉法治.常用電子元器件及典型芯片應(yīng)用技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,2007.</p><p>　　[7]周興華.單片機(jī)C語言高級(jí)程序設(shè)計(jì),中國電力出版社,2008.</p><p>　　[8]王勇、葉敷范.基于AT89S51的便攜式實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)儀[J],儀表技術(shù)與傳感器，2006.</p><p>　　[9]趙德安. 單片機(jī)溫度控制實(shí)驗(yàn)裝及在課

30、程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用置,實(shí)驗(yàn)室研究與探索,1999.</p><p>　　[10]馬智超. 基于多諧振蕩器的AT89S51單片機(jī)溫度控制,師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.</p><p>　　[11]葛一楠. 高精度單片機(jī)溫度控制儀,自動(dòng)化與儀器儀表，1995.</p><p>　　[12]焦國平. 單片機(jī)溫度控制中熱電偶非線性校正的幾種實(shí)用方法,東北煤炭技術(shù)，1996.<

31、/p><p>　　[13]于風(fēng)明 ．單片機(jī)原理及接口技術(shù),北京：中國輕工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[14] Francis Enejo Idachaba. Design of Inte 8751 Microcontroller-based System for Monitoring and Control of a Thermal Process，2010. </p>