最新刘世鹏--多路温度采集系统设计
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刘世鹏--多路温度采集系统设计
课程设计报告
课程名称:多路温度采集系统设计
学生姓名:刘世鹏
学号: 201016020214
专业班级: T10102
指导教师:李文圣
完成时间: 2013年6月10日
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评阅教师日期
多路温度采集系统设计
1 课程设计目的
温度是一种最基本的环境参数,人们的生活与环境温度息息相关,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。温度测量装置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:(1)传统的分立式温度传感器,(2)模拟集成温度传感器,(3)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,从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。
本人选择数字式多路温度采集系统设计。
系统主要技术指标:
(1)2路温度采集电路及以上;
(2)采集测温范围为-50~+110 ℃;
(3)温度精度,误差在0.1 ℃以内;
(4)显示模块,采用LED数码管显示。
2设计步骤
按照系统设计功能的要求,系统由5个模块组成:主控制器、温度采集电路[1]、温度显示电路、报警控制电路及键盘输入控制电路。数字式多路温度采集系统总体电路结构框图如图1所示。
图1 数字式多路温度采集系统结构框图
采用智能温度传感器(DS18B20)采集环境温度并进行简单的模数转换;单片机(AT89C51)执行程序对温度传感器传输的数据进行进一步的分析处理,转换成环境对应的温度值,通过I/O口输出到数码显示管(LED)显示;由键盘输入控制选择某采集电路检测温度及显示;报警电路对设定的最高最低报警温度进行监控报警。
2.1温度采集电路设计
温度采样处理电路由温度传感器、放大电路、A/D转换电路等组成。采用分块结构的温度采样处理电路,其硬件电路结构复杂,也不便于数据的处理。采用智能温度传感器采样处理电路,能够方便的进行温度的采集及简单的数据处理。并且可以达到设计的技术指标要求。本系统选择智能温度传感器DS18B20作为温度采集电路的核心器件。由DS18B20及辅助电路构成温度采集电路。
2.1.1 DS18B20简介
(1)DS18B20的性能特点
DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等温度传感器相比,它能够直接读出被测温度,并可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式,可以在93.75ms至750ms内完成相应9位至12位的数字量转换。它的测温精度可达到0.0625℃/LSB。它的测温范围是-55~+125℃。
从DS18B20读出或写入信息仅需要一根口线,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DS18B20供电,无需额外电源。因而选用DS18B20是恰当的。
(2)DS18B20的外形和内部结构
DS18B20采用3脚PR-35封装,其外形和内部结构框图分别如图2、图3所示。
图2 DS18B20外形结构图3 DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
64位光刻ROM的位结构图如图4所示。64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码。
图4 64位ROM结构
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个非易失性的可电擦除E2PRAM和一个高速暂存RAM。
E2PRAM包括存放高温度和低温度的触发器TH、TL和结构寄存器。非易失性温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限。
高速暂存RAM的结构为9字节的存储器,结构图如图5所示。头2个字节包含测得的温度信息。第3、4字节是TH和TL的拷贝,每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器,用于确定温度值的数字转换分辨率。第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
第5字节配置寄存器各位的定义如图6所示;低5位一直为1,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式;R1和R0决定温度转换的精度位数(即设置分辨率),定义方法见表1。
图5 高速缓存RAM结构
图6 配置寄存器
表1 DS18B20分辨率的定义规定
R1 R0 分辨率/
位
温度最大转换时间
/ns
0 0 1 1 0
1
1
9
10
11
12
93.75
187.5
375
750
9位分辨率时,精度为0.5℃/LSB;10位分辨率时,精度为0.25℃/LSB;11位分辨率时,精度为0.125℃/LSB;12位分辨率时,精度为0.0625℃/LSB。转换精度越高所需转换时间越长。为了达到本系统的技术指标,选择12位分辨率。
(3)DS18B20供电方式
外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式,工作稳定可靠,抗干扰能力强,而且电路也比较简单,可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在外接电源方式下,可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点,即使电源电压VCC降到3V时,依然能够保证测量精度。所以本系统采用外部电源供电方式。
在外部电源供电方式下,DS18B20工作电源由VDD引脚接入,此时I/O线不需要强上拉,不存在电源电流不足的问题,可以保证转换精度,同时在总线上可以挂接任意多个DS18B20传感器,组成多点测温系统。外部电源供电方式如图7所示。在外部供