傳感器課程設計-----DS18B20數(shù)字溫度計的設計.doc

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1、 傳感器課程設計說明書 設計題目：DS18B20數(shù)字溫度計的設計專業(yè)班級： 10機電一體化2班 姓 名： 組 員： 指導教師： 2012年11月20日目 錄一、設計方案比較21、設計方案22、方案論證33、方案選擇4二、設計原理51、硬件方面的介紹51.1AT89C51芯片介紹51.2DS18B20簡介61.3LED顯示模塊102、軟件方面的介紹112.1KeilVision 軟件112.2Proteus ISIS 軟件113、系統(tǒng)框架設計114、Proteus ISIS溫度測量模擬原理圖125、溫度測量實物圖12三、調試小結131、軟件調試132、硬件調試13四、課程設計心得體會14五、參考

2、文獻14附錄一：基于DS18B20數(shù)字溫度計的設計C語言程序15一、設計方案比較 通過查閱大量相關技術資料，并結合自己的實際知識，我們主要提出了三種技術方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，方案一基于熱敏電阻的溫度計設計；方案二為基于SHT71的數(shù)字溫度計設計；方案三是基于DS18B20的數(shù)字溫度計設計。下面我首先對這三種方案的實現(xiàn)原理分別進行說明，并分析比較它們的特點，然后再選擇方案并闡述我選擇方案的原因。1、設計方案11方案一基于熱敏電阻的溫度計設計方案一主要由溫度傳感器、A/D轉換電路、單片機控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。采用合肥三晶電子有限公司生產(chǎn)的SJMFE-347-103F型熱敏電阻。采集的模擬溫度值

3、輸入A/D轉換電路，A/D轉換采用LM331型U/f變換器來實現(xiàn)。U/f變換器把電壓信號轉換為頻率信號。由熱敏電阻的電阻溫度特性表可以求出每個溫度點所對應的UIN，再由公式FOUT=256*UIN計算出每個溫度點所對應的輸出頻率，進而由單片機處理顯示被測量的溫度值。溫度信號處理由于熱敏電阻是非線性的器件，所以溫度與頻率輸出成非線性，需要補償溫度。單片機利用查表法實現(xiàn)溫度補償。所謂查表法是把事先計算或測量的數(shù)據(jù)按一定的順序排列成表格的形式，固化在單片機內。只要測量出LM331的頻率值，就可以通過查表法準確的得出環(huán)境的溫度值。再交由單片機驅動數(shù)碼管顯示溫度。這樣就實現(xiàn)了溫度的采集與顯示。12方案二

4、基于SHT71的數(shù)字溫度計設計方案二主要由數(shù)字溫度傳感器、單片機控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。SHT71將溫度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、I2C總線接口全部集成于一個芯片上。SHT11先利用傳感器產(chǎn)生溫度信號；經(jīng)放大送至A/D 轉換器進行模數(shù)轉換、校準和糾錯；由2線接口將信號送至微控制器；再利用微控制器完成相對濕度的非線性補償和溫度補償。SHT71測量過程包括4 個部分:啟動傳輸、發(fā)送測量命令、等待測量完成和讀取測量數(shù)據(jù)。在啟動傳輸時序之后, 微控制器可以向SHT71 發(fā)送命令，SHT71則通過在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?個SCK時鐘周期下降沿之后,將DATA拉低來表示正確接收到命令,并第9個SCK時

5、鐘周期的下降沿之后釋放DATA線(即恢復高電平)，SHT71則通過拉低DATA表示測量結束,并且把測量結果存儲在內部的存儲器內,然后自動進入空閑狀態(tài),等微控制器執(zhí)行完其他任務后再來讀取。測量數(shù)據(jù)讀取前,微控制器先重新啟動SCK,接著2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1字節(jié)的CRC 校驗將由SHT71傳送給微控制器。2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)是從高字節(jié)的高位開始傳送,并以CRC 校驗字節(jié)的確認為表示通信結束。微控制器需要通過拉低DATA來確認接收的每個字節(jié),若不使用CRC校驗位則微控制器可以在接收完測量數(shù)據(jù)的最低位后保持DATA為高電平來終止通信。單片機只需將讀取傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過驅動數(shù)碼管顯示即可。13方案三基于DS18B

6、20的數(shù)字溫度計設計方案三主要也由數(shù)字溫度傳感器、單片機控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。DS18B20 測量溫度采用了特有的溫度測量技術。它是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的。低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計數(shù)。計數(shù)器被預置在與- 55 相對應的一個基權值。如果計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩周期結束前計數(shù)到零,表示測量的溫度值高于- 55,被預置在- 55 的溫度寄存器的值就增加1,然后重復這個過程,直到高溫度系數(shù)振蕩周期結為止這時溫度寄存器中的值就是被測溫度值,這個值以16 位形式存放在便箋式存貯器中,此溫度值可由主機通過發(fā)存貯器讀命令而讀出,讀取時低位在前,高位在后。斜率

7、累加器用于補償溫度振蕩器的拋物線特性。讀出的二進制數(shù)可以直接轉換為十進制由單片機驅動數(shù)碼管顯示輸出。2、方案論證 21方案一：熱敏電阻溫度傳感器的特點是自身的電阻值隨溫度而變化。熱敏電阻是利用半導體材料制成的敏感組件，通常所有的熱敏電阻溫度傳感器都是具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻，它的電阻率受溫度的影響很大，而且隨溫度的升高而減小。其優(yōu)點是靈敏度高，體積小，壽命長，工作穩(wěn)定，易于實現(xiàn)遠距離測量；缺點是互換性差，非線性嚴重。它的測量范圍一般為-10+300，也可做到-200+10，甚至可用于+300+1200環(huán)境中作測溫用。熱敏電阻器溫度計的精度可以達到0.1，感溫時間可少至10s以下。 22方案二：

8、SHT7I是瑞士Sens on公司生產(chǎn)的具有二線串行接口的單片全校準數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器,可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數(shù),具有數(shù)字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點該傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術結合起來，發(fā)揮出強大的優(yōu)勢互補作用。由于SHT71是I2C總線結構的串行數(shù)據(jù)傳送，它只需要DATA和SCK兩根線完成數(shù)據(jù)的傳送過程。因此，我們在進行程序設計的時候，也得按著I2C協(xié)議來對SHT71芯片數(shù)據(jù)訪問。對于STC89C52單片機本身沒有I2C硬件資源，所以必須用軟件來模擬I2C協(xié)議過程。一般使用單片機通用I/ O 口線來虛擬I2C 總線,并利用P1. 0 來

9、虛擬數(shù)據(jù)線DATA ,利用P1. 1 口線來虛擬時鐘線,并在DATA 端接入一只4. 7k 的上拉電阻,同時,在VDD及GND 端接入一只0. 1F 的去耦電容。溫度測量范圍：-40+123.8；溫度測量精度：0.425；響應時間：0;t-); void scan() int j ; for(j=0;j0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); /從高拉倒低 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5us DQ=val&0 x01; /最低位移出 delay(6); /66us val=val/2; / 1 右移 位 DQ=1;

10、 delay(1); /*DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)*/ / 從總線上取 個字節(jié) uchar read_byte(void) uchar i; uchar value=0; for(i=8;i0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); value=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(DQ)value|=0 x80; delay(6); /66us DQ=1; return(value); /*讀出溫度函數(shù)*/ read_temp() o

11、w_reset(); /總線復位 delay(200); write_byte(0 xcc); /發(fā)命令 write_byte(0 x44); /發(fā)轉換命令 ow_reset(); delay(1); write_byte(0 xcc); /發(fā)命令 write_byte(0 xbe); temp_data0=read_byte(); / 讀溫度值的第字節(jié) temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data1; temp63488) / 溫度值正負判斷 temp=65536-temp;n=1; / 負溫度求補碼,標志位置1 display4=temp

12、&0 x0f; / 取小數(shù)部分的值 display0=ditabdisplay4; / 存入小數(shù)部分顯示值 display4=temp4; / 取中間八位,即整數(shù)部分的值 display3=display4/100; / 取百位數(shù)據(jù)暫存 display1=display4%100; / 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 display2=display1/10; / 取十位數(shù)據(jù)暫存 display1=display1%10; /個位數(shù)據(jù) r=display1+display2*10+display3*100; /符號位顯示判斷/ if(!display3) display3=0 x0a; /最高位為0時不顯示

13、 if(!display2) display2=0 x0a; /次高位為0時不顯示 if(n)display3=0 x0b; /負溫度時最高位顯示- /*設置溫度顯示轉換*/ void xianshi(int horl) int n=0; if(horl128) horl=256-horl;n=1; display3=horl/100; display3=display3&0 x0f; display2=horl%100/10; display1=horl%10; display0=0; if(!display3) display3=0 x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2

14、) display2=0 x0a; /次高位為0時不顯示 if(n) display3=0 x0b;/負溫度時最高位顯示- /*按鍵查詢程序*/ /*主函數(shù)*/ void main() dm=0 x00; /初始化端口 w0=0; w1=0; w2=0; w3=0; for(h=0;h4;h+) /開機顯示0000 displayh=0; ow_reset(); /開機先轉換一次 write_byte(0 xcc); /SkipROM write_byte(0 x44); /發(fā)轉換命令 for(h=0;h100;h+) /開機顯示0000 scan(); while(1) if(temp1=0) work_temp(read_temp(); /處理溫度數(shù)據(jù) scan(); /顯示溫度值 19