智能仪表-温度检测仪

智能仪表综合训练设计说明书题目：温度检测仪专业：测控技术与仪器：摘要智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。

智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。

智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。

传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或E?2PROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。

此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局管理。

与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：①操作自动化；②具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等；③具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一；④具有友好的人机对话能力；⑤具有可程控操作能力。

关键词：智能仪器；温度；传感器；目录第一章前言 (1)1.1引言 (1)1.2温度测温仪的概述 (2)第二章总体方案设计 (3)第三章硬件设计 (4)3.1 LED的简介 (4)3.2 温度传感器的选择 (8)3.3 AT89C52的简介 (12)3.4 外接复位电路 (15)3.5 RS232的简介 (16)第四章软件设计 (22)4.1 主流程图 (22)4.2 子程序流程图 (22)第五章总结 (24)参考文献 (25)附录A：电路原理图 (26)附录B:程序 (27)第一章前言1.1引言温度控制是工业生产中经常遇到的过程控制问题之一，在很多工艺生产中，温度控制效果直接影响到产品的质量，因而设计一种比较理想的温度控制系统是非常有价值的。

日常生活中，温度值也是一个重要的参考量。

此外，对温度信息的采集，检测，控制等环节都对保证产品质量，节约能源，保证生产安全等方面有着积极作用。

温度是工业生产中的重要参数，80年代以前，我国对温度的测量显示大多使用动圈式仪表。

这类仪表由于分辨率低，抗震性差以及存在视差和读数误差等缺点往往不能胜任对温度测量要求准确的场合。

由于高新技术的不断发展，仪器仪表的微型化，数字化已得到实现。

90年代高精确度、高性能、多功能仪器仪表都已经采用微处理器件。

而作为工业控制和自动化领域的各种新技术、新方法、新产品的发展趋势和显著标志智能化是自动化技术当前和今后发展的动向之一。

温度是工业领域中主要的被控参数之一，在许多需要对温度进行整控和分析的场合需要一种精度和自动化水平高、应用范围广的温度采集手段。

温度作为一个常用的物理量在我们的日常生活中起着十分重要的作用，在此介绍的智能数字温度计有许多优点，并且它的应用范围非常广泛。

它的主要元件是控制器—AT89C52、温度传感器—DS18B20、数码管LED。

所以这种温度计不仅设计起来简单并且轻便、便宜，总体来说这种温度计的性价比是很高的。

DS18B20可以很好的转换温度值，并且直接显示温度值，它的性能优于传统的感温元件并且省去了Ａ/Ｄ、和模拟开关的设计。

此外AT89C52体积小并且还可以直接驱动LED，这样大大简化了设计的难度并且降低了成本。

1.2温度测温仪的概述温度测温仪是测量仪器类型的其中之一。

根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计、双金属温度计等。

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。

通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。

非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

第二章总体方案设计本次设计是运用DS18B20温度传感器进行温度采集，在通过RS-232串口将数据传输给单片机，在由单片机将数据传送给四位LED发光二极管进行显示。

在此过程中要求DS18B20实时采集，而LED实时显示。

所以需要从软件和硬件两部分进行设计。

硬件方面：度采集和数据的转化由DS18B20温度传感器完成。

主芯片-单片机选用AT89C82，传输选用RS-232串口，显示是用四位七段LED发光二极管完成。

在电路板上还会有电源电路和复位电路。

软件方面：要运用的语言是C51语言。

而且要配合相关的编程环境及下载工具。

将软件与硬件结合后，需要对其调试运行，方可完成课设要求。

第三章硬件设计3.1 LED的简介LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。

图1 LED结构图LED优点一、体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。

二、耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。

一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能80%以上。

三、使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。

它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

四、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。

五、环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。

光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源六、坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。

灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。

七、多变幻LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256＝16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

八、技术先进与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。

它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。

LED的重要参数释疑1.正向工作电流If：它是指发光二极体正常发光时的正向电流值。

在实际使用中应根据需要选择IF在0.6•IFm以下。

2.正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。

一般是在IF=20mA时测得的。

发光二极体正向工作电压VF在1.4～3V。

在外界温度升高时，VF将下降。

3.V-I特性：发光二极体的电压与电流的关系，在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。

当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。

4.发光强度IV：发光二极体的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。

若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。

由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用烛光(坎德拉, mcd)作单位。

5.LED的发光角度：-90°- +90°6.光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度。

7.半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。

8.全形：根据LED发光立体角换算出的角度，也叫平面角。

9.视角：指LED发光的最大角度，根据视角不同，应用也不同，也叫光强角。

10.半形：法向0°与最大发光强度值/2之间的夹角。

严格上来说，是最大发光强度值与最大发光强度值/2所对应的夹角。

LED的封装技术导致最大发光角度并不是法向0°的光强值，引入偏差角，指得是最大发光强度对应的角度与法向0°之间的夹角。

11.最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。

超过此值可损坏二极体。

12.最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。

超过此值，发光二极体可能被击穿损坏。

13.工作环境topm:发光二极体可正常工作的环境温度范围。

低于或高于此温度范围，发光二极体将不能正常工作，效率大大降低。

[1]14.允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。

超过此值，LED 发热、损坏3.2温度传感器的选择温度传感器类型很多，目前出现的石英体温度传感器如AD590具有很高的稳定性、准确度和良好的线性，抗干扰能力强。

单总线数字型的温度传感器DS18B20直接产生温度数字信号，不需要A\D转换，准确度、稳定性都相当高。

所以本次设计选用的温度传感器是DS18B20。

DS18B20具有：体积小，功耗低，精度高，可靠性好，易于单片机接口等优点，每片DS18B20都有唯一的一个可读出的序列号，同时DS18B20还采用了寄生电源技术，可以不用外接电源。

综合以上特点，DS18B20特别适合于多点测温系统。

DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！ DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。