【正文】 武漢紡織大學2011畢業(yè)設計武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）任務書課題名稱：數(shù)字化無線溫度傳感器的設計與開發(fā) 一、課題訓練內(nèi)容1. 使學生進一步鞏固和加深對基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的認識與掌握，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學生綜合運用基礎知識和基本技能進行分析問題和解決實際問題的能力，將理論與實踐結合。2. 培養(yǎng)學生的設計計算、工程繪圖、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、文件編輯、文字表達、文獻查閱的能力，熟練掌握VISIO 、AUTOcad 、CAD、 protell 、Matlab等專業(yè)軟件應用和調(diào)試等基本實踐能力，提高外文資料的閱讀和翻譯的基本技能，使學生初步掌握科學研究的基本方法。3. 使學生樹立符合國情和生產(chǎn)實際的正確設計思想和觀點，培養(yǎng)嚴謹、負責、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識、善于與他人合作和交流的團隊作風。4. 使學生獲得從事科研工作的初步訓練，培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用已學知識解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)學生獨立獲取新知識和解決新問題的能力。二、設計（論文）任務和要求設計任務1) 基于無線溫度傳感器的總體方案設計與論證，并選定研究對象。2） 搜集資料，掌握無線溫度傳感器的基本原理。3） 編寫程序，畫好實驗圖，做好設計實驗并得出數(shù)據(jù)。4） 分析數(shù)據(jù)并得出實驗結果。5） 結束與展望。設計要求1） 實驗應當穩(wěn)定并精確的進行。2） 得出數(shù)據(jù)并與預想吻合。3） 完成系統(tǒng)框圖和詳細原理圖，并對各部分進行詳細說明。4） 設計要考慮經(jīng)濟性、實用性和可靠性。5） 按《武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）格式模板》要求書寫畢業(yè)設計報告三、畢業(yè)設計（論文）主要參考資料[1]《無線溫度傳感器的設計》.選自《傳感器技術》[2]王道憲．《Microchip PIC系列單片機原理，應用與開發(fā)》．國防工業(yè)出版社[3]何立民．《單片機應用技術選編10》．北京航空航天大學出版社[4]許海燕，盧偉，楊晨暉，吳蕓．《低功耗嵌入式系統(tǒng)的設計》．福建廈門大學計算機科學系[5]何立民．《嵌入式應用中的零功耗設計》．北京航空航天大學[6]沙占友．《智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢》．石家莊河北科技大學電子信息工程系[7]馬云峰，陳子夫，李培全．《數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理與應用》．(山東濰坊)學院自動化系）[8]李景友，侯瑩．《多通道溫度循環(huán)監(jiān)測儀》[9]胡生清，幸國全．AD590溫度傳感器的非線性補償及應用[J]．傳感器技術四、畢業(yè)設計（論文）進度表武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）進度表序號起止日期計劃完成內(nèi)容實際完成情況檢查人簽名檢查日期1查閱資料，了解無線溫度傳感器的基本知識。2確定研究方向。 3完成開題報告。4改進不足，完善設計方案。5制定任務書6搜集、整理編程相關輔助資料和工具。7畫好程序流程圖圖。10編寫控制程序，進行實驗并得出結果11完成撰寫畢業(yè)論文所需工作，準備答辯。武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱數(shù)字化無線溫度傳感器的設計與開發(fā)院系名稱外經(jīng)貿(mào)學院專 業(yè)電氣工程班 級電氣0722學生姓名廖 銳一、課題研究的意義目前集成化智能傳感器技術發(fā)展非常迅速，然而由于我國國有資金和技術等方面的不足，在此方面的研究上同國外的差距還很大。 ’ 集成化智能傳感器研制是較新的發(fā)展方向，具有廣闊的市場空間，它主要利用集成電路的工藝和微機械加工技術取得研究進展；但比國外集成電路的主流工藝要落后到兩代以上。如果我國把集成智能傳感器的研制和生產(chǎn)作為半導體工藝的主要發(fā)展方向之一，就可以在現(xiàn)有的集成電路工藝和微機械加工的優(yōu)勢的基礎上另辟蹊徑，使集成智能傳感器的研制與生產(chǎn)具有一定功能模塊化能力，為傳感器產(chǎn)業(yè)的集成化智能化發(fā)展積累新的技術經(jīng)驗，并拓展應用領域的廣泛性，使其成為未來傳感器發(fā)展的主流。 二、所屬領域的發(fā)展狀況近年來隨著半導體技術的迅猛發(fā)展，國外一些著名的公司和高等院校正在大力開展有關集成智能傳感器的研制，國內(nèi)一些著名的高校和研究所也積極跟進，集成化智能傳感器技術取得了令人矚目的發(fā)展。 大規(guī)模集成電路技術和微機械加工技術的迅猛發(fā)展，為傳感器向集成化、智能化方向發(fā)展奠定了基礎，集成智能傳感器在應用領域成為傳感器發(fā)展的新趨勢。 集成智能傳感器采用微機械加工技術和大規(guī)模集成電路工藝技術，利用硅作為基本材料來制作敏感元件、信號調(diào)制電路，以及微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上。這樣，使智能傳感器達到了微型化和結構一體化，從而提高了精度和穩(wěn)定性。 目前，市場上的集成智能傳感器已經(jīng)成為研究熱點，其發(fā)展方向主要有以下幾個方面： (1)向微型化發(fā)展； (2)應用新的物理現(xiàn)象、化學反應、生物效應作為傳感器原理； (3)使用新型材料； (4)向微功耗及無源化發(fā)展； (5)采用新的加工技術(如化學微腐技術、微機械加工技術)； (6)向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。三、本課題的研究內(nèi)容數(shù)字化無線溫度傳感器的設計應包含兩個部分：一部分是溫度測量(發(fā)射)電路，一部分是溫度處理(接收)電路。溫度測量部分由傳感器、MCU、和無線發(fā)射模塊構成。溫度處理部分由無線接收模塊、MCU、與上位機通訊的接口電路構成。其系統(tǒng)原理框圖如下所示：12CI/O溫度傳感器發(fā)射模塊接收模塊上位機USART12C圖2 溫度處理部分原理框圖采用AD590作為傳感器。AD590是AD公司利用PN結正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。即使電源在515V之間變化，其電流只是在l以下作微小變化。但是AD590是集成模擬傳感器，需要進行A／D轉換才能與控制器連接。四、研究方法及方案傳感器方案 溫度傳感器的種類很多，選擇的空間就很廣闊，可以使用熱電偶，熱電阻等測溫元件，也可以選用集成溫度傳感器。 方案一：采用AD590作為傳感器。AD590是AD公司利用PN結正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。即使電源在515V之間變化，其電流只是在l以下作微小變化。但是AD590是集成模擬傳感器，需要進行A／D轉換才能與控制器連接。 方案二：選用單線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20，它與其他傳感器相比有以下幾個優(yōu)點：(1)單總線，節(jié)省I／O 口線；(2)數(shù)字化，內(nèi)部自帶A／D，編程方便；(3)集成度高，外圍硬件電路簡單；(4)精度高，℃；本設計中選用DS18B20作為溫度傳感器。 微處理器方案 方案一：主機采用以89C51系列單片機為核心的微控制器完成對無線發(fā)射接收模塊的控制，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。由于受單片機指令運行速度的影響，影響到它的數(shù)據(jù)采集能力，而且它不具有低功耗狀態(tài)，不能滿足低功耗的要求。 方案二：以高速數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320F240為中央處理單元，配以極少的外圍電路構成了檢測器的核心控制部件。本方案的主要優(yōu)點： ①速度快，執(zhí)行速度達到20MIPS，幾乎所有的指令可以在50ns的單周期內(nèi)完成，如此高的性能非常適合實時數(shù)據(jù)采集。 ②硬件結構簡單，具有豐富的可編程多路復用I／O引腳，能實現(xiàn)對溫度傳感器、鍵盤顯示接口、輸出打印接口的編程功能。 ③軟件編程靈活，可采用C語言與匯編語言混合編程。 但其價格昂貴，功能強大，用在此處屬于大材小用。 方案三：以PIC系列單片機作為中央處理單元，本方案具有前兩個方案無法取代的優(yōu)點： 1) 選型靈活，PIC系列從低到高有幾十個型號，可以滿足各種需要。 2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。 3) 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI—MSP430相比，但在大多數(shù)應用場合還是能滿足需要的?；诘凸牡脑O計要求，本設計中采用，PIC系列單片機作為中央處理單元。 射頻模塊方案方案一：采用PTR2000作為無線收發(fā)模塊，其集成度相對較高，外圍硬件電路簡單，收發(fā)一體，但因為是無線通信，在通信過程中易受干擾，誤碼率高。方案二：采用PTR4000作為無線收發(fā)模塊，它含有CRC硬件校驗，當PTR4000接收到數(shù)據(jù)與攝制的本機地址一致且CRC效驗正確時，才把接收到的數(shù)據(jù)以中斷方式傳給CPU，誤碼率低，與PTR2000相比較，其可靠性高。本設計中采用PTR4000作為無線收發(fā)模塊。 串行通訊方案 方案一:采用RS422A標準規(guī)定了差分平衡的電氣接口，它采用平衡驅動和差分接收的方法。這相當于兩個單端驅動器，輸入同一信號時，其中一個驅動器的輸出永遠是另一個驅動器的反向信號。 方案二:采用RS485接口，它是RS422A的變型，它與RS422A的區(qū)別在于：RS422A為全雙工，采用兩對平衡差分信號線；而RS485為半雙工，采用一對平衡差分信號線。RS485對于多站互連是十分方便的。RS485標準允許最多并聯(lián)32臺驅動器和32臺接收器?？偩€兩端接匹配電阻(100Ω左右)，驅動器負載為54Ω?！發(fā)，在+“O’’?！發(fā)，在+“0’’。RS485傳輸速率最高為10Mbit/s，最大電纜長度為1200米。 方案三：采用RS232C接口。它是異步串行通訊中應用最廣泛的標準總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C械方面的規(guī)定。適用于數(shù)據(jù)終端設備和數(shù)據(jù)通訊設備之間的接口。本設計中采用RS232C接口進行異步通訊即可滿足要求。五、主要參考資料[1]《無線溫度傳感器的設計》.選自《傳感器技術》[2]王道憲．《Microchip PIC系列單片機原理，應用與開發(fā)》．國防工業(yè)出版社[3]何立民．《單片機應用技術選編10》．北京航空航天大學出版社[4]許海燕，盧偉，楊晨暉，吳蕓．《低功耗嵌入式系統(tǒng)的設計》．福建廈門大學計算機科學系[5]何立民．《嵌入式應用中的零功耗設計》．北京航空航天大學[6]沙占友．《智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢》．石家莊河北科技大學電子信息工程系[7]馬云峰，陳子夫，李培全．《數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理與應用》．(山東濰坊)學院自動化系）[8]李景友，侯瑩．《多通道溫度循環(huán)監(jiān)測儀》[9]胡生清，幸國全．AD590溫度傳感器的非線性補償及應用[J]．傳感器技術指導教師簽名： 2009年5月12日畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日摘 要集成化智能傳感器概念的提出僅僅十余年，但近年發(fā)展很快，國外刊物上關于新型集成化智能傳感器研制的報道很多，國內(nèi)一些著名高校和研究所也在開展此類工作。和經(jīng)典的傳感器相比，集成化智能傳感器具有體積小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精密度高以及功能強大等優(yōu)點。集成化智能傳感器的優(yōu)點使它成為目前傳感器研究的熱點和傳感器發(fā)展的主要方向，必將主宰下個世紀的傳感器市場。文本的數(shù)字化無線溫度傳感器具有集成化、智能化的特點，它由溫度測量（發(fā)射部分）、溫度處理（接收部分）和溫度值顯示（上位機）