傳感器課程設(shè)計 電子體溫計設(shè)計

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1、 課程設(shè)計題目 電子體溫計設(shè)計 1、 課程設(shè)計的背景與摘要 溫度是一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。 溫度控制電路在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。日常生活中也可以見到，如電冰箱的自動制冷，空調(diào)器的自動控制等等。利用熱敏電阻器和惠斯通電橋制作一個電子體溫計，也可以演示自動控制電路的工作原理。 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù)

2、)和信息處理(計算機技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。因此傳感器在此電子體溫計的制作中起了重要的作用。 傳統(tǒng)的玻璃水銀（汞）體溫計不僅使用不便，而且還存在著安全隱患。這種體溫計依靠體溫的傳導使汞柱的熱脹冷縮的影響下伸縮而發(fā)生長度變化，因此其惰性大，獲取體溫平衡值的等待時間較為長久。嬰幼兒好動，測量體溫大多不愿默契配合，用玻璃水銀體溫計給嬰幼兒測量體溫具有一定的危險性。體溫計水銀囊的玻殼薄脆易碎，一旦被不慎咬碎，極易導致汞的外泄污染與中毒。一支普通水銀體溫計內(nèi)的汞含量約為2g，足以污染800L的水；汞只

3、需0.3g的微量便能對成人的身體贊成致命的傷害。人體一旦吸入大量的甲基汞，將有喪命之虞，如果攝入遭到汞污染的水或食物，將嚴懲損害神經(jīng)系統(tǒng)，孕婦也將因此而產(chǎn)下畸形兒……鑒于水銀體溫計破裂會危及人體健良乃至寶貴的生命，歐美各國從上世紀末就已紛紛宣布禁止使用與銷售水銀體溫計，并換代升級為安全環(huán)保的電子體溫計。電子體溫計在國內(nèi)也正在逐漸成為水銀體溫計的升級替代品。2003年以來流行的“非典”、“甲流”等呼吸系統(tǒng)傳染性疾病給中國和世界帶來了無盡的痛苦和災(zāi)難。這類疾病的主要病征之一就是發(fā)燒。為此，許多車站、碼頭、學校、企事業(yè)單位、醫(yī)務(wù)點均以測量體溫作為判斷是否得了“甲流”等疾病的前提。而數(shù)字電子體溫計以使

4、用方便、檢測時間短、精確度高、顯示清晰、直觀、安全性好等優(yōu)點將會得到更廣泛的應(yīng)用。 整個電路主要由單片機控制部分、溫度信號采集、溫度顯示和報警部分構(gòu)成。電路結(jié)構(gòu)非常簡單，利用單片機實現(xiàn)溫度的顯示和報警的同步，其中利用DS18B20將溫度信號采集后并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這是整個電路中起關(guān)鍵作用的元件。 2、 課程設(shè)計的目的與任務(wù) 用AT89S51單片機設(shè)計一個電子體溫計，利用溫度傳感器測量體溫，經(jīng)單片機控制作用，數(shù)碼管顯示出體溫，當體溫超過一定數(shù)值（如37.5攝氏度）時，蜂鳴器報警。 任務(wù)要求： 1、能夠?qū)崟r測量并顯示人體的溫度，溫度測量精度為+/-0.5度，測量范圍為32

5、~44度。 2、當體溫超過正常溫度時，利用蜂鳴器報警。 3、數(shù)碼管三位顯示。 三、課程設(shè)計的內(nèi)容 1、基本工作原理 系統(tǒng)方框圖： 圖1-1 原理方框圖 DS18B20將溫度信號采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機中，單片機讀取信號后將對應(yīng)的信號送入到數(shù)碼管中進行顯示，當溫度超過規(guī)定的范圍時，單片機發(fā)出信號，報警電路進行報警。 2、 溫度檢測模塊設(shè)計 圖2-1 DS18B20外觀圖

6、 DS18B20溫度傳感器簡介：DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20產(chǎn)品的特點 (1)單總線接口方式：與微處理器連接時僅需要一條信號線即可實現(xiàn)雙向通訊。 (2)使用中無需外部器件，可以利用數(shù)

7、據(jù)線或外部電源提供電能，供電電壓范圍．3--5.5V。 (3)直接讀出數(shù)字量，工作可靠，精度高，且通過編程可實現(xiàn)9～12位分辨率讀出溫度數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換12的溫度數(shù)據(jù)最大僅需要750ms。 (4)溫度測量范圍一55℃～+125℃ ，一1O℃～+85℃之間測量精度可達士0．5度。 (5)可設(shè)定非易失的報警上下限值，一旦測量溫度超過此設(shè)定值，即可給出報警標志。 (6)每片DS18B20上有唯一的64bit識別碼，可輕松組建分布式溫度測量測量網(wǎng)絡(luò)。 溫度檢測模塊電路圖： 圖2-2 溫度檢測模塊原理圖 3、單片機控制模塊設(shè)計 AT89S51單

8、片機簡介：AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度、非易失性存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳可以相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。引腳分布如下圖： 圖3-1 AT89S51引腳分布圖 主要特性： 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：

9、10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和斷電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口可作為通用的I/O口，但必須外接上拉電阻。作為輸入口，每個引腳可吸收8個TTL的灌電流。作為輸入時，首先應(yīng)將該引腳置為1。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或者程序存儲器時，這組線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接

10、收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器

11、的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6

12、 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE

13、才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路

14、的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機控制電路圖： 圖3-2 單片機控制電路圖 單片機引腳分配表； P00-P07 ----- 4位數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)線，共陽數(shù)碼管LCD數(shù)據(jù)并行總線 P10-P13 ----- 數(shù)碼管位控制（共陽） P10-P13 ----- LCD功能控制引腳 P15 ----- 蜂鳴器控制引腳 P32 ----- 溫感接口數(shù)據(jù)引腳 4、 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計 數(shù)碼管顯示電路圖： 圖4-1 數(shù)碼管顯示電路圖 數(shù)碼管顯示采用的是動態(tài)

15、方式掃描，動態(tài)顯示的特點： 優(yōu)點：當顯示位數(shù)較多時，采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較靜態(tài)顯示簡單。 缺點：其穩(wěn)定度不如靜態(tài)顯示方式。而且在顯示位數(shù)較多時CPU要輪番掃描，占用CPU較多的時間。 5、蜂鳴器報警模塊設(shè)計 電磁式蜂鳴器簡介：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 蜂鳴器報警電路圖： 圖5-1 蜂鳴器報警電路圖 6、電源模塊設(shè)計 電源模塊電路圖

16、 圖6-1 電源模塊電路圖 7、整體電路圖 圖7-1 整體電路圖 四、課程設(shè)計總結(jié)與心得體會 通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了單片機和Protel有關(guān)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇

17、到了很多問題，最后在老師的指導和同學的幫助下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！ 經(jīng)過這次的電子體溫計設(shè)計,我個人得到了不少的收獲,一方面加深了我對課本理論的認識,另一方面也提高了動手操作能力。作為一名生存在信息時代的大學生的基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。實際動手的操作過程中，每次都有不同的感觸。讓我重新認識了自己，并且對自

18、己身上的不足之處有了更深的了解。通過實際動手操作，才發(fā)現(xiàn)理論和現(xiàn)實事物之間的差距，才明白不是只要學好課本上的知識就能勝任將來的工作。所以，遇事多動腦，多與同學交流，并且注意學習其他人的長處，吸收老師的經(jīng)驗。在實際過程中，遇到許多攔路虎，各種各樣的困難擺在眼前，從中鍛煉自己遇到問題時處理問題的能力，使自己在下一次遇到新事物時能更快、更好的熟悉它。 在這一周的課程設(shè)計過程中，從對Protel軟件的略懂，到軟件入門，再到熟練操作，這其中的過程實在是讓人難以忘懷，刻苦銘心，回味無窮。 最后，通過這次的電子體溫計設(shè)計我不但對理論知識有了更加深刻的理解，對于實際的操作也有了質(zhì)的飛躍，對各個方面都得到了不少的提高，希望以后多學習知識，多做這樣的設(shè)計，能夠讓自己得到更好的鍛煉。 五、參考文獻 1、《傳感器原理》,李開宇等，科學出版社 2、《單片機原理》 3、《單片機原理與應(yīng)用》，栗世明等，電子工業(yè)出版社 12