《电子课程》课程设计
总结报告
题目：多路温度巡检仪
指导教师：
设计人员：
学号：
班级：
日期：
目录
一．设计任务书 (3)
1.设计要求 (3)
2.小组分工 (3)
二．设计框图和整机概述 (3)
三．各单元电路的设计方案及原理说明 (4)
1.温度检测及放大电路设计 (4)
2.A/D转换及数字显示电路的设计 (6)
3.数字控制电路设计 (8)
四．调试过程及结果分析 (9)
1.首先进行温度检测放大电路调试 (9)
2.逻辑控制电路调试 (10)
3.数字电压表电路调试 (10)
五．设计、安装及调试中的体会 (10)
六．对本次课程实际的意见及建议 (11)
七．附录 (11)
一．设计任务书
1.设计要求
设计一个多路巡检仪，要求如下：
能对三路温度巡检
可对任意一路进行定点显示
对测量温度进行数字显示
测量温度范围0~150?C
测量精度+1?C
2.小组分工
总体方案设计：
电路板焊接：
调试：
报告撰写：
二．设计框图和整机概述
随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立进行温度检测和显示的系统已经应用于各个领域。而最初的温度检测是需要人工目测温度计进行的，这样不仅浪费人工，而且存在很大的误差，因此能够随时进行温度巡检的温度巡检仪的设计就是非常必要的。
该巡检仪主要采用模拟电子电路实现。系统采用线性度较好的温度传感器AD590进行多路温度检测，不仅能将所测的环境温度进行定时巡回检测，而且保证了检测的精度。
多路巡检仪主要包括四个部分，温度信号检测及放大部分、数字控制部分、A/D转换部分及数字显示部分。
系统的工作原理是：温度将首先经过温度传感器和放大电路变成与温度成线性关系的电压信号，然后经数字控制电路送到A/D转换器，最后通过数字显示器显示出测量的温度。
三．各单元电路的设计方案及原理说明
1.温度检测及放大电路设计
用于温度检测的常见温度传感器有热电阻、热电偶和半导体集成温度传感器．传统的温度检测用热电阻为温度敏感元件，虽然具有成本低的优点，但需要进行后续信号处理电路，且热电阻的可靠性相对较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差；热电偶传感器的价格低，但需冷端补偿，电路设计复杂，因此本次的课程实际我们选用了半导体集成温度传感器AD590。
AD590的外形采用TO—52金属圆壳封装结构，具有体积小、重量轻、价格适中、线性度好、性能稳定，电路设计简单等优点，且适合远距离测量和传输，抗干扰性强。图2为AD590外形管脚排列图。
它是一种二端元件，属于一种高阻电流源，其典型的电流灵敏度是1μA/K。其测温范围在一55?C．~+150?C之间，线性电流输出为l raA／K，当电压稳定度为l％时，所产生的误差只有土0．0l?C，工作电压范围为4-30V，当温度变化时输出电流相应改变。根据设计要求，由于传感器的输出电流不足以进行A／D处理，需对信号进行转换和放大。
本系统采用低失调、低漂移的运算放大器OP07作为信号放大和转换元件。OP07的输入失调电压温漂，／dT和输入失调电流温漂dA／dT都很小，分别为0．7mV／*C和12pA／~C，精度比较高，适用于直流及低速的微弱信号放大，转换速率低(0．17v／~)，内附相位补偿线路。温—压信号转换原理图如图3所示。
图2 AD590外形管脚排列图
图3 温—压信号转换原理图
OP07简介：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：
超低偏移：150μV最大。
低输入偏置电流：1.8nA 。
低失调电压漂移：0.5μV/℃。
超稳定，时间：2μV/month最大
高电源电压范围：±3V至±22V
图4 OP07引脚图
MC1403简介：2.5V精密串行电压基准
输出电压: 2.5V±1%
输入电压范围: 4.5V到40V
静态电流: 1.2mA typ.
输出电流: 10mA
图5 MC1403引脚图
因为运算放大器的反向输入端电位V N≈0V，故由基准源MC1403提供的电流I0为：
I0==
调节Rp1即可改变I0的大小。
因为AD590输出的电流的温度灵敏度为lμA/K ，而绝对温度与摄氏温度的关系为：
K=T+273．15。
设要测量的温度为T摄氏度，则流过AD590的电流I t为：
It=l×(T+273.15)= T+273．15
流过反馈支路的电流
I f =It—I0=T+273．15一，
可见要使I f =T，只要调节电位器RPl即可，此时放大器输出电压为：
Uo：(R2+ Rp2)×If=(R2+RP2)×T
若要得到l0mV／?C的灵敏度输出，可选用R2=9．1 kQ，RP2=2 kQ．RP1为调零电位器，RP2为标定灵敏度电位器。
要实现多路巡检，可采用以上多个相同的温度检测放大电路。
2.A/D转换及数字显示电路的设计
随着大规模集成电路制造技术的不断发展，各种大规模集成A／D转换器相继出现。
ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统的一种3位A／D转换器。它采用的是双积分原
理完成A／D转换，全部转换电路用cMos大规模集成电路技术设计，具有功耗低、精度高、功能完整、使用简单等特点，是一种集三位半A／D转换器、段驱动器、位驱动器于一体的大规模专用集成电路，其主要特点为：
(1)能够直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动电路和限流电阻。
(2)采用±5V双电源供电。
(3)功耗小于15roW，最大静态电流为1．8mA。
(4)段驱动电流的典型值为8mA，最小值为5mA。
(5)显示器可采用7段共阳极数码管。
ICL7107采用DIP-40封装，管脚排列如图6所示。各管脚功能如下：
图6 ICL7107引脚排列图
图7是由ICL7107组成的三位半数字电压表电路，它可作为温度显示电路．ICL7107显示的满量程电压与基准电压的关系为：Vm =2Vref 。若将Vref选择为100mV，则可组成满量程为200mV的电压表。只要把小数点定在十位，即可直接读出测量结果。由于ICL7107没有专门的小数点驱动信号，使用时可将共阳极数码管的公共阳极接+5V，小数点接GND时点亮，接一5V或悬空时灭。
在图5中，Rl、C1分别为振荡电阻和振荡电容。R2与R3构成基准电压分压器，调整R2的值可以改变基准电压，使Vref 口=100mV，R2采用精密多圈定位器．R4、C3为模拟信号输入端高频滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力。C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。R5、C5为积分电阻和积分电容。
为了提高测量温度的精度，本电路输入满量程2V的电压信号，为此，输入端另加一分压
网络以扩大量程。
图7 温度显示电路
3.数字控制电路设计
选用多路模拟开关CD4051对多路温度进行巡回检测显示。CD4051的开关漏电流为0．08hA，而信号源的线性电流为lμA/K，因此CD405l的开关漏电流对于信号源的影响可以忽略不计。需说明的是：l片CD405l可完成l路---8路模拟信号的输入选择与切换，64路模拟量就需要8片CD4051完成。即可用多片CD4051实现多路控制。以四路为例，要实现其循环检测，只需将CD4051的译码输入端最高位C端接地即可，图8为四路巡回检测控制电路。
图中555定时器组成的多谐振荡器产生的时钟脉冲，其输出频率f=，调
节电位器Rp即可改变巡回显示的时间长短。为了使温度值有稳定的显示，输出脉冲不得小于4s。CD403l组成一个二位二进制计数器，计数器的输出不但可作为八选一多路模拟开CD4051的地址线输入，而且可经译码、显示，给出检测的是第几路。当按下开关S时，计数器脉冲被封锁，计数器保持状态不变，可实现定点显示。
图8 四路巡回检测控制电路
CD4013简介：CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。
图9 CD4013引脚图
四．调试过程及结果分析
1.首先进行温度检测放大电路调试
将AD590的金属壳部分放入0?C的冰水中（注意AD590的引脚不要短接），调节电位器Rp1，测量运算放大器输出电压为0V，然后将AD590放入100?C的沸水中，调节电位器Rp2，测量运算放大器输出电压为1V。反复调试几次。
2.逻辑控制电路调试
首先进行脉冲信号调试，将脉冲信号发生器的输出连接到示波器中，观测输出波形，然后将该信号引入到计数器中，观察数码管的变化，同时测量模拟开关的输出信号。
3.数字电压表电路调试
将2V直流电压输入到ILC7107组成的数字电压表电路中，调节多圈电位器R2，使数字电压表头显示199.9。最后，将各部分电路连接起来，进行通调，直到满足要求为止。
调试结果：实验数据的误差达到设定指标要求，温度显示功能时，其温度误差在0.62C
左右，满足要求，同时观察数据发现在测高温时，温度值稍微偏小，到较低温度时相对准确，分析原因是在校准电路时，上限温度是采用100C 的沸水进行校正，但是当时大气压并非实际标准大气压，使得测得100C 温度有一定误差；温度差显示功能时，误差在0.16C 左右，满足实验指标；巡回时间也能保证在允许误差以内。
五．设计、安装及调试中的体会
本次的课程设计为期一周，这一周里，我们自己动手所学到的东西远远超过仅在课堂上听课所得。实践教给我们的知识往往比理论深刻。
从设计上讲，虽然我们已经拿到了电路图，但是每个电路图的具体焊接方法，每个元件的引脚接法我们都是不知道的，这需要我们自己去查找。第一天，我们的主要任务就是熟悉整个电路图，并找出所有未知元件的引脚图。
在焊接过程中，我们已经有了之前所做过的课程设计的经验，所以焊接并不是一个特别难的问题，主要就是注意虚焊等。在实际焊接中，对整个电路的布置也是非常重要的，这不仅影响电路的美观，更重要的是，一个好的电路布置，能够尽可能地减少接线，让接线尽可能的短，这样也避免了很多错误的产生。
整个电路的焊接完成后，最难，也复杂的调试就必须要进行了。焊接电路看起来复杂，却往往是一口气就可以做完的事，而调试却是一个漫长的过程，若出现问题，往往要找很久才能找出问题所在。在我们组的调试过程中，就出现了很多问题。在最初的单块电路板的调试中，就发现有部分数码管不亮，测量电压达不到需要的标准等问题。进过仔细检查，我们发现了诸如虚焊，不小心将不该连在一起的部分焊在一起，电路接线错误等等。这很大一部分归咎于我们在焊接的时候不够细心。若边焊接能够边检查，相信错误率能够大大降低。还有一个问题是数码管不亮，在电路错误检查完成后，仍然有一个数码管不亮，我们再次检查发现有一个数码管坏了，相信如果我们在使用前先对数码管进行测试，检查没有问题后再使用，也就不会出现这样的错误了。
这次的电路板一共焊了三块，相当的复杂，在各个电路板调试完成后，我们才小心
翼翼地将各个板的高位，低位等焊接在一起。
我们的三路巡检功能是实现了的，但是可能由于在温度测试和放大电路的调试中调得并不是特别准确，因此我们最终的电路板测得的温度要比实际温度高一点点，由于时间问题，这个细节我们没有去纠正了，但相信以后我们能够做到更好。
在这短暂的一周，我们极大的锻炼了自己的动手能力，增强了获取信息的能力，培养了团队的合作意识，能多的是，我们对自己所学的知识做了一个巩固和加深。这对我们今后的发展是相当有益处的。
六．对本次课程实际的意见及建议
课程实际是对我们能力的培养，是增加我们专业知识的重要途径。课程设计的存在非常必要，但是如果能能更大的增加自主性，能将课程实际的题目的拟定更多的贴近我们的生活，即让我们设计一些我们能用到的东西，相信会更好。
七．附录
检测仪表课程设计项目清单如下：
湖南工学院 课程设计说明书 课题题目：温度测量仪 专业名称：xxxxxxxxx 学生班级：xxxxxxxxx 学生姓名：xxxxxxxxx 学生学号：xxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxx 报告时间：xxxxxxxxx 小组人员：xxxxxxxxx
课程设计任务书 一设计目的 1、通过对温度测量电路的设计、安装和调试了解温度传感器的性能，学会 在实际电路中应用； 2、进一步熟悉集成运放的线性和非线性应用。 二设计要求和技术指标 1、技术指标： 要求设计一个温度测量器件，其主要技术指标如下： （1）测温范围：室温～50℃； （2）被测温度达到50℃时，指示灯亮（或蜂鸣器工作）； 2、设计要求 （1）设计一个能满足要求的温度测量及报警电路； （2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图（选做）； （3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4）在万能板、PCB板上或面包板上安装好电路并调试； （5）拟定测试方案和设计步骤； （6）撰写设计报告、调试总结及使用说明书。 3、设计扩展要求 （1）能显示输出温度；
目录 第1章绪论 (1) 1.1电子技术的发展趋势 (1) 1.2 本人的主要工作 (2) 第2章温度测量仪的电路设计 (3) 2.1 温度测量仪总体框图 (3) 2.2 AD590集成温度传感器 (3) 2.3 K—℃变换器 (4) 2.4 放大器 (5) 2.5 比较器 (5) 2.6 报警设备 (6) 2.7 电路原理图 (7) 第3章仿真与制作 (8) 3.1 电路的仿真 (8) 3.2 仿真结果及其分析 (12) 3.3 温度测量仪的调试 (12) 第4章总结报告 (13) 附录A元件清单 (14) 附录B实物图 (15) 参考文献 (16)
1)薄膜温度传感器 在传感器结构改进方面,出现了薄膜温度传感器,它是随着薄膜技术的成熟而发展起来的新型微传感器,其敏感元件为微米级的薄膜,具有体积小、热扰动小、热动态响应时间短、灵敏度高、便于集成和安装的特点,并且具有耐磨、耐压、耐热冲击和抗剥离的优良性能,特别适合于微尺度或小空间温度测量、表面温度的测量等场合。近年来发展的陶瓷薄膜热电偶,可以测量更高的温度,克服了金属薄膜热电偶的一些催化效应和冶金效应等缺点,在高温表面温度测量领域应用更为广泛。 2)热电偶材料性能的提高 在热电偶丝材料方面,一些类型的热电偶性能得到了提高,并出现了一些新型热电偶类型。 (1)N型热电偶越来越受到重视。 与K型热电偶相比,N型热电偶的高温稳定性与使用寿命均明显提高。目前国外N 型热电偶得到了广泛的应用,而国内应用仍旧不是很普遍,但随着对加工产品质量控制要求的提高,N型热电偶使用将会越来越多。 (2)钨铼热电偶抗氧化技术得到了发展,拓宽了其应用领域。主要是采用热电偶丝材镀膜或采用高致密保护套管隔绝等技术,可以延长钨铼热电偶在氧化气氛下的使用时间,使之不局限在还原条件下使用,可在一定程度上取代铂铑等贵金属热电偶。 (3)一些非标准分度的金属、非金属热电偶正在研制并逐步得到应用。为了提高温度测量上限,一些非标准分度的铂铑、铱铑等贵金属热电偶已经在工程上得到应用。另外,一些非金属热电偶材料得到了人们的重视,其特点有:①热电动势和微分电势大;②熔点高,测温上限也高;③价格低;④选用合适的非金属材料,可制成抗氧化或抗碳化的热电偶,用于恶劣条件下温度的测量。其缺点是复现性和机械性能差。目前,取得进展的非金属热电偶有C-TiC (ZrB2、NbC、SiC)、SiC-SiC、ZrB2(NbC)-ZrC、MoSi2-WSi2以及B4C-C等。 3)温度传感器保护套管材料 保护套管材料在温度测量中对敏感元件起着保护作用,对其测量准确度和使用寿命有很大影响,可由金属、非金属或金属陶瓷等材料制成。近年来金属陶瓷保护套管材料性能得到了很大提高,如Al2O3基、MgO基、ZrO2基和碳化钛基等几种金属陶瓷,具有耐腐蚀、抗热冲击、耐高温性,可以在氧化、还原和中性气氛下使用,在冶金行业中可用于高温金属熔液温度的测量。 4)辐射测温技术
一种新型多点测温系统的设计 一种新型多点测温系统的设计 1温度传感器DS18B20介绍 DALLAS公司单线数字温度传感器DS18B20是一种新的“一线器件”，它具有体积小、适用电压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃；通过编程可实现9～12位的数字值读数方式；可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。每个DS18B20具有唯一的64位长序列号，存放于DS18B20内部ROM只读存储器中。 DS18B20温度传感器的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的电可擦除E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前2字节为测得的温度信息，第1个字节为温度的低8位，第2个字节为温度的高8位。高8位中，前4位表示温度的正(全“0”)与负(全“1”)；第3个字节和第4个字节为TH、TL的易失性拷贝；第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，此三个字节内容在每次上电复位时被刷新；第6、7、8个字节用于内部计算；第9个字节为冗余检验字节。所以，读取温度信息字节中的内容，可以相应地转化为对应的温度值。表1列出了温度与温度字节间的对应关系。 2系统硬件结构 系统分为现场温度数据采集和上位监控PC两部分。图1为系统的结构图。需要指出的是，下位机可以脱离上位PC机而独立工作。增加上位机上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理。现场温度采集温度采集部分采用8051单片机作为中
唐山学院 Protel DXP 课程设计 题目基于单片机的温度监测电路 系 (部) 信息工程系 班级 姓名 学号 指导教师 2013年12月 16日至 2013年 12月 27日共 2 周 2013年 12 月 30 日
《Protel DXP》课程设计任务书
课程设计成绩评定表
目录 1引言 (1) 2 设计任务 (2) 2.1设计容 (2) 2.2设计要求 (2) 3原理图设计 (3) 3.1电路的总体工作原理 (3) 3.2 单片机最小系统的设计 (4) 3.3 电源电路 (5) 3.4 温度传感电路设计 (5) 3.5 键盘电路的设计 (7) 3.6 显示电路的设计 (8) 3.7 温度控制电路的设计 (10) 4 系统的软件设计 (11) 4.1 系统的主程序设计 (11) 4.2 中断程序的设计 (11) 6 设计总结 (13) 致 (14) 参考文献 (15) 附录 (16)
1引言 在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。 本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用RS-232串行通讯标准，通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。 下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…等。
前言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。 随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中.其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等. 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_）的结晶.目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路.有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。 为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度,利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。在近端与远端通信过程中，采用串行MAX232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。
机电专业课程设计温度检测系统 学生姓名李晓晓 学院中国矿业大学年级专业2011机电专本指导教师孙长青完成日期2012年6月 前言
温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，生产过程中常常需要对温度进行检测和监控。在传统的温度测控系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当，就会造成整个系统性能的下降。采用数字温度传感器与单片机组成的温度检测系统进行温度检测、数值显示和数据存储，体积减小，精度提高，抗干扰能力强，并可组网进行多点协测，还可以实现实时控制等技术，在现代工业生产中应用越来越广泛。 本设计就采用以51单片机为核心，和单总线数字式温度传感器DS18B20 模拟出一温度控制系统，当温度没有超过预设温度时数码管显示当前温度，此本系统就是一个温度计。当温度超过预设温度时电路中的发光二极管就会闪烁报警，当温度降下时就停止闪烁，此时本系统就是一个温度监控器。以DS18B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛使用于距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广应用价值。 目录
前言 (1) 1 总体设计方案 (3) 1.1设计的目的及意义 (3) 1.2总体设计思路 (3) 1.3总体设计方案设计 (3) 2 系统的硬件结构设计 (4) 2.1器件的选择 (4) 2.2电路设计及功能 (8) 2.3单片机的内部资源 (9) 2.4芯片DS18B20器件介绍 (10) 3 系统的软件设计 (13) 3.1设计的流程图 (13) 3.2系统部分程序的设计和分析 (14) 结论 (16) 附录Ⅰ程序设计 (17) 附录Ⅱ参考文献 (21) 附录Ⅲ结束语 (22) 附录Ⅳ实物照片 (23) 1 总体方案设计
课程设计说明书 基于MCS-51系列单片机的 数字温度监测装置设计 学生班级： 学生姓名： 起止日期： 指导教师：
目录 一、引言 4 1. 本次课程设计的重要意义4 2. 温度传感器的发展4 二、设计内容及性能指标 5 三、系统方案总体概述 5 四、系统主要器件选择 6 （一）单片机的选择 6 1.主要性能参数6 2.功能特性概述7 3.引脚功能说明8 4.端口引脚第二功能9（二）温度传感器的选择10 1.总述10 2.温度传感器的选择11 2.1 DS18B20简介11 2.2 DS18B20内部结构11 2.3 DS18B20测温原理15 五、系统整体设计 17（一）系统硬件电路设计17 1.硬件电路设计总体概述17 2.CPU机器基本外围电路设计18 2.1单片机电路18 2.2晶振控制电路18 2.3 继电器电路19 2.4 锁存器74LS373引脚功能及工作原理19 2.4.1 74LS373引脚功能20 2.4.2 74LS373工作原理20 2.4.3 Intel2764引脚功能23 3.前向通道设计23 3.1温度检测电路23 3.2电源输入部分电路24 4.后向通道设计及人机通道设计25 4.1 后向通道设计25 4.1.1 LED显示电路25 4.1.1.1 LED显示器的结构25 4.1.1.2 LED显示器的工作原理26 4.1.1.3 LED 显示设计方案27 4.2键盘27 4.3温度报警电路28 4.4复位电路28
5.抗干扰措施29 5.1干扰产生的后果29 5.2抗干扰设计的基本原则30 5.3硬件抗干扰设计31 5.4软件的抗干扰设计32（二）系统软件设计33 1.概述33 2.主程序模块33 3. 部分程序清单34 3.1 温度传感器的驱动程序34 3.2 LED共阳极显示子程序36 六、附录 36 七、致谢 37 参考文献
课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日
目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………
基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：
课程设计报告 课题多路温度检测、显示与报警系统设计小组成员 指导老师
目录 一、前言2222222222222222222222222222222222222222222222221 二、方案论证222222222222222222222222222222222222222222221 2.1测温元件的选择2222222222222222222222222222222222221 2.1.1热电偶和热电阻的选择222222222222222222222222221 2.1.2热电偶的分类22222222222222222222222222222222222 2.2采集模块的选择2222222222222222222222222222222222223 2.2.1多功能采集卡22222222222222222222222222222222223 2.2.2 USB采集卡2222222222222222222222222222222222224 2.2.3采集模块ADAM-4000系列2222222222222222222222224 2.2.4采集模块ADAM-5000系列2222222222222222222222225 三、硬件电路设计22222222222222222222222222222222222222222226 3.1系统结构方框图2222222222222222222222222222222222227 3.2采集模块与主机电路222222222222222222222222222222227 3.3采集模块与设备电路222222222222222222222222222222228 四、软件设计222222222222222222222222222222222222222222222229 4.1组态界面的设计2222222222222222222222222222222222229 4.2报警系统的设计2222222222222222222222222222222222229 4.3实时温度数据曲线的设计22222222222222222222222222211
摘要 环境温度对工业、农业、商业与人们得日常生活都有很大得影响,而温度得测量也就成为人们生产生活中一项必不可少得工作。随着单片机技术得不断发展,单片机在日用电子产品中得应用越来越广泛,温度传感器DS18B20具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度得测量与控制。 本设计所介绍得数字温度计使用单片机AT89s52单片机,测温传感器使用DS18B20,用4位共阴极LED数码管以动态方式实现温度显示,分时轮流通电,从而大大简化了硬件线路,同时,采用串口通信方式可大大简化硬件电路与软件程序得设计,节省了I/O口。DS18B20数字温度传感器就是单总线器件与51单片机组成得测温系统,具有线路简单、体积小等特点,而且在一根通信线上,可以挂接多个DS18B20,因此可以构成多点温度测控系统。 关键词:单片机;多点检测;串口通信
Abstract Environmental temperature to industry, agriculture, merce, and people's daily life has a lot of influence, and the measurement of the temperature will bee an indispensable people production and life of the work、 Along with the development of the single chip microputer technology, microputer in the daily electronic products is more and more extensive application, the temperature sensor DS18B20 have good linear, stable performance, high sensitivity, anti-interference ability strong, easy to use, widely used in the refrigerator, air conditioner, granaries, etc in daily life temperature measurement and control、 The design of the digital thermometer introduced use single chip puter 89 s52 microcontroller, temperature sensor DS18B20 use, with a total of 4 cathode tube LED digital display to realize dynamic way temperature, in turn time-sharing electricity, which greatly simplified the hardware circuit, and at the same time, the serial interface munication mode can greatly simplified the hardware circuit and software program design, save the I/O port、 Digital temperature sensor DS18B20 is the single bus devices and 51 SCM position, temperature measurement system, with simple line, little volume features, but at a munications line, can be articulated multiple DS18B20, so can form multi-point temperature measurement and control system、 Key Words:Single Chip Microputer; Multi-point detection; Serial mun- -ication
基于单片机的多路温湿度检测系统设计 潘磊 （天津冶金职业技术学院电气工程系，天津300400） 摘要：介绍了以C8051F120单片机和PC 机为核心的温湿度检测系统，论述了系统的组成，各模块硬件电路设计以及系统上位机、下位机的软件设计。系统下位机实时收集多路SHT71传感器采集的数据并显示上传，上位机利用VB 中MSComm 控件完成数据接收和处理，实现了对环境温湿度的现场显示和远距离控制。 关键词：温湿度检测；C8051F120；SHT71；VB 中图分类号：TP274文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2013）01-0065-02 随着社会生产的不断发展进步,许多工农业生产过程以 及民用场合都需要对环境的温度和湿度进行检测并控制，比 如：粮仓、温室蔬菜大棚、通信基站、电力变电房、药厂、图书馆、 博物馆等。为此本文设计了一个系统实现对环境温度湿度的 检测控制。 1系统结构 本系统主要由电源模块、单片机系统、键盘及LCD 显示 模块、温度湿度传感器采集模块、时钟芯片模块、语音报警模 块、通信模块以及上位机系统组成。系统能够实时采集四处 检测环境的温度和湿度，并把采集数据显示在LCD 屏上，通 过键盘预先设置温湿度上下限数值，当所检测的温度或湿度 超过所设定的数值语音报警模块报警。同时，下位机上传温 度湿度数据，上位机对数据进行存储、显示以及数据分析。系 统框图如图1 所示。 图1系统框图 2系统硬件设计 2.1单片机系统 本系统选用Cygnal 公司的C8051F120单片机作为核心 处理器，此款单片机有64位I/O 口，满足本系统外设较多的需 求，减少系统I/O 扩展，也为增加检测通路和系统扩展预留接 口。单片机峰值处理速度达到100Mips ，大大提高了系统的实 时性，内部带有128KB FLASHROM 能够满足多路实时数据 的大容量存储，集成2个UART ，1个I 2C ，1个SPI 接口便于与 外围设备及上位机传输数据。 2.2温度湿度传感器采集模块 传统模拟式温湿传感器的测量精度和分辨率很低，只有 1%左右，同时要获得高精度还需要更高精度的基准电压。另 外，所测得的模拟量还要进过A/D 转换才能送入微处理器 进行处理。为避免上述问题本系统采用全校准数字输出相 对湿度和温度传感器SHT71，与单片机接口电路图如图2所 示。图2 温度湿度传感器采集模块图3LCD 显示模块为了实现多点同时测量减少采集等待时间，同时尽量少的占用I/O 口资源，本系统将SHT71的时钟线SCK 都连接到P1.0口，数据线DATA 分别连接到P1口其他4个I/O 口上，并在数据线DATA 端加入上拉电阻。通过软件程序写入命令 即可完成温湿度数据采集，但传感器输出的测量量并不是实 际值，还需进行数据转换。２０１３年第１期 （总第１２３期）２０１３（Ｓｕｍ．Ｎｏ１２３） 信息通信INFORMATION &COMMUNICATIONS
智 能 温 度 测 量 仪 课 程 设 计 报 告 专业：电气工程及其自动化 班级：10级电气1班 姓名：柴冬 学号：14894029 Pt100温度传感器 温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。 热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，
这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄，一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要。 热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱铑-铱、镍铁-镍铜、铜-康铜等，各种不同材料的热电偶使用在不同的测温范围场合。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。 非接触式温度传感器主要是被测物体通过热辐射能量来反映物体温度的高低，这种测温方法可避免与高温被测体接触，测温不破坏温度场，测温范围宽，精度高，反应速度快，既可测近距离小目标的温度，又可测远距离大面积目标的温度。目前运用受限的主要原因一是价格相对较贵，二是非接触式温度传感器的输出同样存在非线性的问题，而且其输出受与被测量物体的距离、环境温度等多种其它因素的影响。 本设计的要求是采用“PT100”热电阻，测温范围是-200~+600℃，精度0.5%，具体的型号选为WZP型铂电阻。 AT89C51单片机 AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 LCD显示器 液晶显示器是一种采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和CRT 显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。对于画面稳定、无闪烁感的液晶显示器，刷新率不高但图像也很稳定。LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整体发光，所以它做到了真正的完全平面。
仓库温湿度检测系统的设计 摘要：采用单片机对温度、湿度等环境参数进行监测是一个农业生产中经常遇到的监测问题，它不仅具有监测方便、操作简单等优点，而且可以在节约成本的同时大幅度的提高监测质量。本设计以单片机AT89S52为控制核心，采用独特的单总线数字式温度传感器DS18B20进行温度采集，采用湿敏电容HS1101对湿度参数进行采集，利用LCD液晶显示屏对于当前的温度值和湿度值进行实时的显示，直观的了解所测得的仓库的温湿度的参数值。另外，还具有报警装置，对超过温湿度上下限的情况进行报警。设计后的系统具有造价低廉、操作方便、测量准确、控制灵活、体积小等优点。 关键词：温度传感器湿度传感器单片机AT89S52 LCD显示 Abstract Single-chip temperature, humidity and other environmental parameters monitoring is a frequently encountered in agricultural production monitoring issues, it not only has to monitor, easy to operate, etc., and can save costs while greatly improving the quality of monitoring. The design of a microcontroller AT89S52 as the control core, using a unique single-bus digital temperature sensor DS18B20 temperature acquisition, using capacitive humidity HS1101 humidity parameters for the collection, use LCD display for the current temperature and humidity values in real time display, intuitive understanding of the measured temperature and humidity storage parameters. In addition, it also has an alarm system, upper and lower limits of temperature and humidity on over the case to the police. After designing a system with low cost, easy operation, accurate measurement, flexible control, small size, etc.. Keywords：Temperature sensor Humidity sensor MCU AT89S52 LCD display 1 前言 防潮、防腐、防霉是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作的可靠性。为了保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度和湿度的监测工作。但传统的方法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度和湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。 2 设计要求与设计方案的选择 2.1 系统的设计方案 本课题设计的是一个能够提供环境的温度、湿度并具有对温度、湿度超限报警功能的装
基于单片机的多点温度监测系统设计 摘要：DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步窜行通信装置与USB功能接口便利连接的解决方案。 该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准RS232通信接口，芯片使用了A TMEL公司的AT89S52单片机和DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。上位机部分使用了通用PC。该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。 关键字：温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机；转换器 Based on SCM more temperature monitoring system design Abstract：DS18B20 is a network of high precision digital temperature sensor, since it has the unique advantages single bus, users can easily set up sensor network, and can make more temperature measurement circuit become simple and reliable. PL2303 Prolific company is the production of a highly integrated RS232-USB interface converter, can provide a RS232 full-duplex asynchronous channeling line of communication equipment and the USB interface convenient connection function of the solution. The system consists of PC and a machine under two main components. A machine to implement the temperature detection and provide standard RS232 communication interface, ATMEL company used chip AT89S52 SCM and DALLAS company DS18B20 digital temperature sensor. PC parts used the general PC. This system can be used in storage temperature measurement, building the air conditioning control and production process monitoring, etc。 Key words：temperature measurement; Single bus; Digital temperature sensors; Single chip microcomputer; converter
《多路温度检测系统》 设计报告 一:统整体设计 多路温度检测系统以8051单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时控制巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地储存、显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将将采集的数据传送到主控机，进行进一步的分析、存档、处理和研究。主控机负责控制指令发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果（包括历史数据）进行整理、显示和打印。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到了系统整体统一、和谐的控制效果。系统框图如下： 温度测点1温度测点2温度测点3温度测点4丛机1 丛机2 丛机3 丛机4 4 8 5 通 讯 电 缆主 控 机 键盘 显示器 打印机图1 系统框图 声光报警 本系统的特点是： ?具有实时检测功能，能够同时检测4路温度，检测温度范围0℃～400℃； ?使用12位AD转换，采用过采样和工频周期求均值技术，分辨率达到16位，检测温度变化最小值达到0.007℃； ?使用RS-485串行总线进行传输，MAX485驱动芯片进行电平转换，传送距离大于1200m，抗干扰能力强； ?可由主控机统一设置系统时间和温度修正值； ?可由主控机分别设置各从机的温度报警上下限，主机、从机均具有声光报警功能； ?具有定时、整点收集各从机数据功能，使用I2C串行E2PROM，可保存各从机以往24小时的数据，具有数据更新 与掉电保护功能； ?具有数据分析功能，能显示各从机以往24小时的温度变化曲线与平均值； ?从机可显示当前温度、时间、报警阈值等信息； ?从机之间可通过主机中转进行通信，根据用户需要观察其他从机实时温度值； ?主从机均采用中文点阵式液晶显示器，人机界面友好； ?具有打印功能； ?自制了主控机和从机所使用的直流稳压电源。
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关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据 库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
^ 温度监控系统课程设计报告 1 设计背景 设计目的及意义 随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。本设计就是为了满足人们在生活生产中对温度测量系统方面的需求。 （1）在学习了课程后，为了加深对理论知识的理解，学习理论知识在实际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的经验。 （2）通过实验提高对单片机的认识，提高软件调试能力。 （3）进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理，通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。 （4）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。( （5）熟悉温度控制的工作原理，选择合适的元件，绘制系统电路原理图，运用单片机原理及其应用，进行软硬件系统的设计和调试，加深对单片机的了解和运用，进而提高自己的应用知识能力、设计能力和调试能力。 总体设计思路 本设计以单片机为基础，温度监控系统大致上可以分为以下几个步骤： 系统分析过程 （1）根据系统的目标，明确所采用温度监控系统的目的和任务。 （2）确定系统所在的工作环境。 （3）根据系统的工作要求，确定系统的基本功能和方案。 系统设计内容 : (1）构思设计温度监控系统的工作流程。 （2）对要求设计的系统进行功能需求分析，考虑多种设计方案，比较各方案的特点，并确定合理可行的方案，并设计相应的功能结构。
（3）根据系统的控制要求，选择合适型号的芯片及元器件。 (4) 设计以单片机为核心的控制程序。 (5) 电路板及其结构的设计。 (6) 进行系统的调试，完成最终的设计。 2 总体设计方案设计 系统框图 % 本设计为无线电控制电路，系统框图如下所示： ￥ " 图1-1 系统框图 系统功能 此设计以单片机为核心的温度监控系统，其功能是：平常状态下可以做温度计使用。当温度超过预设温度时二极管会闪烁报警，当温度降下时二极管则停止闪烁。 电路设计及功能如下所述： 本设计大体可分为三个部分，即温度采集，数码显示，报警电路。温度采集部分利用DS18B20进行温度采集，感知温度，后数码显示出温度，若温度超过了预设温度报警电路则启亮发光二极管，闪烁。整体电路图如下所示：