傳感器課程設(shè)計(jì) 電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)

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1、 課程設(shè)計(jì)題目 電子體溫計(jì)設(shè)計(jì) 1、 課程設(shè)計(jì)的背景與摘要 溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)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(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)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(dòng)制冷，空調(diào)器的自動(dòng)控制等等。利用熱敏電阻器和惠斯通電橋制作一個(gè)電子體溫計(jì)，也可以演示自動(dòng)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(jì)算機(jī)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(xué)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(jì)的制作中起了重要的作用。 傳統(tǒng)的玻璃水銀（汞）體溫計(jì)不僅使用不便，而且還存在著安全隱患。這種體溫計(jì)依靠體溫的傳導(dǎo)使汞柱的熱脹冷縮的影響下伸縮而發(fā)生長(zhǎng)度變化，因此其惰性大，獲取體溫平衡值的等待時(shí)間較為長(zhǎng)久。嬰幼兒好動(dòng)，測(cè)量體溫大多不愿默契配合，用玻璃水銀體溫計(jì)給嬰幼兒測(cè)量體溫具有一定的危險(xiǎn)性。體溫計(jì)水銀囊的玻殼薄脆易碎，一旦被不慎咬碎，極易導(dǎo)致汞的外泄污染與中毒。一支普通水銀體溫計(jì)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(duì)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(yán)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(jì)破裂會(huì)危及人體健良乃至寶貴的生命，歐美各國(guó)從上世紀(jì)末就已紛紛宣布禁止使用與銷售水銀體溫計(jì)，并換代升級(jí)為安全環(huán)保的電子體溫計(jì)。電子體溫計(jì)在國(guó)內(nèi)也正在逐漸成為水銀體溫計(jì)的升級(jí)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(guó)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(xué)校、企事業(yè)單位、醫(yī)務(wù)點(diǎn)均以測(cè)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(jì)以使

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

5、~44度。 2、當(dāng)體溫超過正常溫度時(shí)，利用蜂鳴器報(bào)警。 3、數(shù)碼管三位顯示。 三、課程設(shè)計(jì)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(hào)采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中，單片機(jī)讀取信號(hào)后將對(duì)應(yīng)的信號(hào)送入到數(shù)碼管中進(jìn)行顯示，當(dāng)溫度超過規(guī)定的范圍時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。 2、 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 圖2-1 DS18B20外觀圖

6、 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)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(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)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(cè)溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn) (1)單總線接口方式：與微處理器連接時(shí)僅需要一條信號(hào)線即可實(shí)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(shí)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(cè)量范圍一55℃～+125℃ ，一1O℃～+85℃之間測(cè)量精度可達(dá)士0．5度。 (5)可設(shè)定非易失的報(bào)警上下限值，一旦測(cè)量溫度超過此設(shè)定值，即可給出報(bào)警標(biāo)志。 (6)每片DS18B20上有唯一的64bit識(shí)別碼，可輕松組建分布式溫度測(cè)量測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。 溫度檢測(cè)模塊電路圖： 圖2-2 溫度檢測(cè)模塊原理圖 3、單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) AT89S51單

8、片機(jī)簡(jiǎn)介：AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度、非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)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(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：

9、10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)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(shí)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(gè)引腳可吸收8個(gè)TTL的灌電流。作為輸入時(shí)，首先應(yīng)將該引腳置為1。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或者程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線。 P1口：P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6

12、 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路

14、的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)控制電路圖： 圖3-2 單片機(jī)控制電路圖 單片機(jī)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(jì) 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(dòng)態(tài)

15、方式掃描，動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，采用動(dòng)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(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：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(shí)CPU要輪番掃描，占用CPU較多的時(shí)間。 5、蜂鳴器報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 電磁式蜂鳴器簡(jiǎn)介：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 蜂鳴器報(bào)警電路圖： 圖5-1 蜂鳴器報(bào)警電路圖 6、電源模塊設(shè)計(jì) 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(jì)總結(jié)與心得體會(huì) 通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了單片機(jī)和Protel有關(guān)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)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(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇

17、到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，終于游逆而解。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)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(jìn)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(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可！ 經(jīng)過這次的電子體溫計(jì)設(shè)計(jì),我個(gè)人得到了不少的收獲,一方面加深了我對(duì)課本理論的認(rèn)識(shí),另一方面也提高了動(dòng)手操作能力。作為一名生存在信息時(shí)代的大學(xué)生的基本的動(dòng)手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。實(shí)際動(dòng)手的操作過程中，每次都有不同的感觸。讓我重新認(rèn)識(shí)了自己，并且對(duì)自

18、己身上的不足之處有了更深的了解。通過實(shí)際動(dòng)手操作，才發(fā)現(xiàn)理論和現(xiàn)實(shí)事物之間的差距，才明白不是只要學(xué)好課本上的知識(shí)就能勝任將來的工作。所以，遇事多動(dòng)腦，多與同學(xué)交流，并且注意學(xué)習(xí)其他人的長(zhǎng)處，吸收老師的經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)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(shí)處理問題的能力，使自己在下一次遇到新事物時(shí)能更快、更好的熟悉它。 在這一周的課程設(shè)計(jì)過程中，從對(duì)Protel軟件的略懂，到軟件入門，再到熟練操作，這其中的過程實(shí)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(jì)設(shè)計(jì)我不但對(duì)理論知識(shí)有了更加深刻的理解，對(duì)于實(shí)際的操作也有了質(zhì)的飛躍，對(duì)各個(gè)方面都得到了不少的提高，希望以后多學(xué)習(xí)知識(shí)，多做這樣的設(shè)計(jì)，能夠讓自己得到更好的鍛煉。 五、參考文獻(xiàn) 1、《傳感器原理》,李開宇等，科學(xué)出版社 2、《單片機(jī)原理》 3、《單片機(jī)原理與應(yīng)用》，栗世明等，電子工業(yè)出版社 12