传感器课程设计 电子体温计设计.doc

课程设计题目 电子体温计设计 一、 课程设计的背景与摘要 温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。利用热敏电阻器和惠斯通电桥制作一个电子体温计，也可以演示自动控制电路的工作原理。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。因此传感器在此电子体温计的制作中起了重要的作用。传统的玻璃水银（汞）体温计不仅使用不便，而且还存在着安全隐患。这种体温计依靠体温的传导使汞柱的热胀冷缩的影响下伸缩而发生长度变化，因此其惰性大，获取体温平衡值的等待时间较为长久。婴幼儿好动，测量体温大多不愿默契配合，用玻璃水银体温计给婴幼儿测量体温具有一定的危险性。体温计水银囊的玻壳薄脆易碎，一旦被不慎咬碎，极易导致汞的外泄污染与中毒。一支普通水银体温计内的汞含量约为2g，足以污染800L的水；汞只需0.3g的微量便能对成人的身体赞成致命的伤害。人体一旦吸入大量的甲基汞，将有丧命之虞，如果摄入遭到汞污染的水或食物，将严惩损害神经系统，孕妇也将因此而产下畸形儿鉴于水银体温计破裂会危及人体健良乃至宝贵的生命，欧美各国从上世纪末就已纷纷宣布禁止使用与销售水银体温计，并换代升级为安全环保的电子体温计。电子体温计在国内也正在逐渐成为水银体温计的升级替代品。2003年以来流行的“非典”、“甲流”等呼吸系统传染性疾病给中国和世界带来了无尽的痛苦和灾难。这类疾病的主要病征之一就是发烧。为此，许多车站、码头、学校、企事业单位、医务点均以测量体温作为判断是否得了“甲流”等疾病的前提。而数字电子体温计以使用方便、检测时间短、精确度高、显示清晰、直观、安全性好等优点将会得到更广泛的应用。整个电路主要由单片机控制部分、温度信号采集、温度显示和报警部分构成。电路结构非常简单，利用单片机实现温度的显示和报警的同步，其中利用DS18B20将温度信号采集后并转换成数字信号，这是整个电路中起关键作用的元件。二、 课程设计的目的与任务 用AT89S51单片机设计一个电子体温计，利用温度传感器测量体温，经单片机控制作用，数码管显示出体温，当体温超过一定数值（如37.5摄氏度）时，蜂鸣器报警。任务要求： 1、能够实时测量并显示人体的温度，温度测量精度为+/-0.5度，测量范围为3244度。2、当体温超过正常温度时，利用蜂鸣器报警。3、数码管三位显示。三、课程设计的内容 1、基本工作原理系统方框图： 图1-1 原理方框图 DS18B20将温度信号采集并转换成数字信号送入单片机中，单片机读取信号后将对应的信号送入到数码管中进行显示，当温度超过规定的范围时，单片机发出信号，报警电路进行报警。2、 温度检测模块设计 图2-1 DS18B20外观图 DS18B20温度传感器简介：DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20产品的特点(1)单总线接口方式：与微处理器连接时仅需要一条信号线即可实现双向通讯。(2)使用中无需外部器件，可以利用数据线或外部电源提供电能，供电电压范围3-5.5V。(3)直接读出数字量，工作可靠，精度高，且通过编程可实现912位分辨率读出温度数据，转换12的温度数据最大仅需要750ms。(4)温度测量范围一55+125 ，一1O+85之间测量精度可达士05度。(5)可设定非易失的报警上下限值，一旦测量温度超过此设定值，即可给出报警标志。(6)每片DS18B20上有唯一的64bit识别码，可轻松组建分布式温度测量测量网络。温度检测模块电路图： 图2-2 温度检测模块原理图3、单片机控制模块设计AT89S51单片机简介：AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度、非易失性存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚可以相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚分布如下图：图3-1 AT89S51引脚分布图主要特性：·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 · 寿命：1000写/擦循环· 数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源 ·可编程串行通道·低功耗的闲置和断电模式·片内振荡器和时钟电路管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口可作为通用的I/O口，但必须外接上拉电阻。作为输入口，每个引脚可吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将该引脚置为1。在访问外部数据存储器或者程序存储器时，这组线分时转换地址（低8位）和数据总线。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。单片机控制电路图： 图3-2 单片机控制电路图单片机引脚分配表；P00-P07 - 4位数码管的段码数据线，共阳数码管LCD数据并行总线P10-P13 - 数码管位控制（共阳）P10-P13 - LCD功能控制引脚P15 - 蜂鸣器控制引脚P32 - 温感接口数据引脚4、 数码管显示模块设计数码管显示电路图： 图4-1 数码管显示电路图数码管显示采用的是动态方式扫描，动态显示的特点：优点：当显示位数较多时，采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示简单。缺点：其稳定度不如静态显示方式。而且在显示位数较多时CPU要轮番扫描，占用CPU较多的时间。5、蜂鸣器报警模块设计电磁式蜂鸣器简介：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。蜂鸣器报警电路图： 图5-1 蜂鸣器报警电路图6、电源模块设计电源模块电路图 图6-1 电源模块电路图7、整体电路图 图7-1 整体电路图四、课程设计总结与心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了单片机和Protel有关方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导和同学的帮助下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！经过这次的电子体温计设计,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了动手操作能力。作为一名生存在信息时代的大学生的基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。实际动手的操作过程中，每次都有不同的感触。让我重新认识了自己，并且对自己身上的不足之处有了更深的了解。通过实际动手操作，才发现理论和现实事物之间的差距，才明白不是只要学好课本上的知识就能胜任将来的工作。所以，遇事多动脑，多与同学交流，并且注意学习其他人的长处，吸收老师的经验。在实际过程中，遇到许多拦路虎，各种各样的困难摆在眼前，从中锻炼自己遇到问题时处理问题的能力，使自己在下一次遇到新事物时能更快、更好的熟悉它。在这一周的课程设计过程中，从对Protel软件的略懂，到软件入门，再到熟练操作，这其中的过程实在是让人难以忘怀，刻苦铭心，回味无穷。最后，通过这次的电子体温计设计我不但对理论知识有了更加深刻的理解，对于实际的操作也有了质的飞跃，对各个方面都得到了不少的提高，希望以后多学习知识，多做这样的设计，能够让自己得到更好的锻炼。五、参考文献1、传感器原理,李开宇等，科学出版社2、单片机原理3、单片机原理与应用，栗世明等，电子工业出版社