温度传感器的课程设计

河南科技大学课程设计说明书（机电一体化工程）

地市：三门峡市

准考证号120110100365

*名：***

河南省高等教育自学考试

高等教育自学考试

课程设计任务书

一、课程设计题目温度传感器的课程设计

二、课程设计工作自2011 年3月10日起至2011年5 月20

日止

三、课程设计进行地点三门峡职业技术学院

四、课程设计内容要求（1）制图符合标准（2）方案设

计合理有可行性（3）理论分析完整清楚（4）设计简明要

指导教师：王莉静

批准日期：2011年5 月17日

目录

1 引言 (3)

2 设计要求 (3)

3 工作原理 (4)

4 方案设计 (4)

5 单元电路的设计和元器件的选择 (5)

5.1为控制模块 (5)

5.2温度采集模块 (7)

5.3报警模块 (9)

5.4温度显示模块 (9)

5.5其他外围电路 (10)

6 电源模块 (12)

7 程序设计 (13)

7.1流程图 (13)

7.2程序分析 (13)

8 实力测试 (18)

总结 (19)

参考文献 (20)

1 引言

传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量，化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。在生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面。总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式，但PID 控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测

2设计要求

本设计主要是介绍了单片机控制下的温度检测系统，详细介绍了其硬件和软件设计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下:

.利用温度传感器(DS18B20)测量某一点环境温度

.测量范围为一55℃一+99'C 1精度为士0.5C

.用液晶进行实际温度值显示

.能够根据需要方便设定上下限报警温度

3工作原理

温度传感器DS18B20从设备环境的不同位置采集温度，单片机AT89S51获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设各(压缩制冷器)，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时，单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备(加热器)。

当山于环境温度变化太剧烈或山于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。

系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。

4方案设计

采用数字温度芯片DS 18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0-100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度.DS 18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，山数字温度计DS 18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大。采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS 18B20控制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外AT89S51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展

性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS 1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

系统框图如图所示：

5单元电路的设计和元器件的选择

5.1微控制器模块

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes

ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点:40个引脚，4k Bytes Flash片内程序

存储器，128 bytes的随机存取数据存储器(RAN), 32个外部双向输入/输出(工5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双

工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为OHz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工