基于单片机的温度采集系统的设计与应用_开题报告

文献综述

（一）设计概述

随着国内工业的飞速发展，对环境温度要求越来越严格，尤其是对化工原料等受温度影响把较大的产品更需要严格把控储存环境的温度，防止物料在不适宜的环境下存储发生的变质、材料特性变化导致的一些问题出现。[1]传统的温度采集方法为人工采集数据、记录。此方法不仅浪费了大量的人工，并且费时费力、精度差、不易于管控，更可能由于测试人员疏忽导致反馈不及时等问题；由于化工原料在存储中大多使用密封储存，使得产品对湿度、氧气含量等环境条件并不是非常敏感，但是对温度的要求是非常高的，本系统为满足化工原料在仓库存储过程中，防止因温度变化而对产品造成影响进行设计。可实现温度实时显示，过温或低温报警功能，

本次课题是在51微型单片机系统基础上实现，使用DS18B20传感器进行温度读取，搭载八段共阴极数码管用来显示实时温度，通过按键进行温度上下限的设置，并搭配5V有源蜂鸣器进行过温报警。相对传统的人工方式，本设计具有低成本、应答迅速、高可靠性、适用环境广泛等优点；可以使产品在这个设计小型化、高效化得时代中有一定的立足之地。[2]

（二）国内外研究现状

本设计核心内容为温度传感器，其发展大致经历以下几个阶段：①传统的含有敏感元件的分立式温度传感器、②模拟集成温度传感器/控制器③智能温度传感器。传感器类型的选择需要结合各种类型传感器的优缺点和系统使用环境。项目中常用到的用的传感器有以下几种：

1、热电阻传感器[3]

热电阻传感器可以将温度的变化转换为电阻值的变化，具有测量精度高、性能稳定、体积小的特点。[4]热电阻传感器中精度最高的是铂热电阻，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上，广泛应用于工业测量而且被制作成基准仪；其中接线方式有二线制、三线制、四线制，其中：

二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制，因为链接的导线必然存在电阻R，故此种印象方式用于精度较低的场合。

三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的。

四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

2、热电偶传感器[5]

热电偶传感器的原理是利用不同种材料的的金属连接在一起产生的电势差，通过电势差的变化识别温度值。标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。现有国标热电偶分度值及材料如表1-1。[6]

热电偶分度号

热电极材料

正极

负极

S

铂铑 10

纯铂

R

铂铑 13

纯铂

B

铂铑 30

铂铑 6

K

镍铬

镍硅

T

纯铜

铜镍

J

铁

铜镍

N

镍铬硅

镍硅

E

镍铬

铜镍

表   1 - 1

3、半导体集成模拟温度传感器 [7]

半导体IC温度传感器集成传感器由采用硅半导体集成工艺制成的，利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。此类传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等，与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。

4、半导体集成数字温度传感器[8]

数字温度传感器更因适合与各种微处理器的I/O接口相连接，对单片机的兼容性比较好，组成的温度控制系统，这种系统克服了模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端，被广泛应用于工业控制、电子测温、医疗仪器等各种温度控制系统中，数字温度传感器中比较有代表性的有DS18B20等，此次设计使用的传感器就是DS18B20。

（三）现有研究成果及未来展望

基于物联网的发展，近年来前景将远远超过计算机、互联网、移动通信等。[9]面对激烈的市场竞争、科技的快速发展以及物联网等新兴市场的崛起，国内传感器企业应该把握机遇，着眼于全球市场，以竞争者的姿态去迎接全球市场的挑战，努力发展和规划自有品牌，让中国的传感器企业在市场竞争中占有一席之地。[10]  随着新技术新工艺的发现，多学科的交叉融合，未来传感器的发展与竞争也将趋于白热化。[11] 综合现阶段的技术以及基础知识，我们可以展望未来的温度传感器的主要发展方向为：

（1）提高测温精度和分辨力；

（2）增加测试功能；

（3）总线技术的标准化与规范化;；

（4）可靠性及安全性设计；

（5）虚拟温度传感器和网络温度传感器；

（6）单片测温系统 。[12]

二、^范文提纲

1.绪论

2. 系统总体设计方案

2.1 系统概述

2.1.1系统使用环境

2.1.2系统实现功能概述

2.2 系统工作原理分析

2.3 系统复位及操作注意事项

3. 系统硬件设计

    3.2 DS18B20传感器

3.3 单片机最小系统

    3.3.1 单片机I/O口介绍

    3.3.2 晶振电路

    3.3.3 复位电路

3.4 显示器和键盘系统设计

    3.4.1 数码管显示

    3.4.2 键盘系统设计

3.5 串口通信

3.5.1 TXD与RXD

3.5.2 PC与单片机通信

4. 系统软件设计

4.1软件主程序及设计思路

       4.1.1软件主程序框图及说明

       4.1.2主程序子程序代码说明

4.2 DS18B20传感器温度程序

          4.2.1 DS18B20初始化程序

          4.2.2 向DS18B20写入数据

          4.2.3 读取传感器DS18B20序列号程序

4.2.4 读取传感器DS18B20数据程序

          4.2.5 读取传感器DS18B20寄存器中温度数据程序

4.3 延时子程序

        4.4键盘防抖子程序 

        4.5显示子程序

          4.5.1数码管动态显示 

          4.5.2八段共阴极数码管

        4.6温度区间设置子程序

        4.7本章小结

附录

 附录1.系统原理图

 附录2.系统实物展示

 附录3.DS18B20规格书

 附录4.系统程序       

三、参考文献

[1]严芸.《浅谈温度传感器的现状与发展》[J]大众科技,2006

[2]胡汉才.《单片机原理及接口技术》[M].北京：清华大学出版社. 2010

[3]张校能.《从零开始学电子元器件》[M]人民邮电出版社.2008

[4]刘畅生.《传感器简明手册及应用电路》[M],西安电子科技大学出版社2011

[5]彭杰纲.《传感器原理及应用》[M]电子工业出版社，2010

[6]台湾欧姆龙股份有限公司，《OMRON传感器与温度控制器》[M]科学出版社2011

[7]中国工控网，《集成温度传感器简介 集成温度传感器的原理、分类和应用》[Z]://.gongkong.com，2016

[8]《基于DS18B20数字温度传感器的仿真与设计应用》[J].百度文库，2010

[9]《温度传感器市场的结构调整和价格战》[J]. 传感器世界,2001

[10]孙昉.集成式温度传感器市场急速扩大产品价格降低[J]. 世界电子元器件,1997

[11]刘忠玉. 《国外温度传感器发展现状和市场预测》[J]. 传感器技术2011

[12]《全球温度传感器市场展望》[J]. 国内外机电一体化技术,2001年9月5日