【正文】 的精度；測量范圍廣，可從50℃～ 1600℃進(jìn)行連續(xù)測量，特殊的熱電偶如金 ,鐵 ,鎳 ,鉻最低可測到 269℃ ，鎢 ,錸最高可達(dá) 2800℃ 。采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是：功能單一、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫，不 需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。光纖測溫技術(shù)可分為兩類 :全輻射測溫法，單輻射測溫法，雙波長測溫法，多波長測溫法等。缺點(diǎn)是：測量起來困難 ,難于實(shí)現(xiàn)較高的精度，工藝比較復(fù)雜 ,且造價高，推廣應(yīng)用有一定困難。半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是利用了半導(dǎo)體材料的吸收光譜隨溫度變化的特性實(shí)現(xiàn)的。在這類傳感器中，半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是研究得比較深專科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 36 頁 入的一種。智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問世的。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（ CPU）、隨機(jī)存取 存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益繁多，數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時需要信號調(diào)理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測溫計、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。相比較而言，傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對較差，測量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)的精度差。 專科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 4 頁 共 36 頁 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 方案論證 方案一： 本課題的初步設(shè)計方案是通過控制調(diào)功電路的導(dǎo)通比，來實(shí)現(xiàn)對被調(diào)對象的控制，由圖 1 可見，負(fù)載是加熱器件，而過零觸發(fā)電路是由鋸齒波發(fā)生，信號綜合，直流開關(guān)，同步電壓與過零脈沖輸出 5 個環(huán)節(jié)組成。 （ 2） 控制電壓（ Uk）與鋸齒波電壓進(jìn)行電流疊加后送到 V2 的基極，合成電壓為Us，當(dāng) Us0（ ）時 V2 導(dǎo)通， Us0，則 V2 截止。輸出 24V 直流電壓。只有當(dāng)直流開關(guān)導(dǎo)通期間， V4 截止， V V5 基電極和發(fā)射極之間才有工作電壓，才能工作在期間，同步電壓每次過零時， V4 截止，其集電極輸出正電壓，使 V5 由截止轉(zhuǎn)導(dǎo)通，經(jīng)脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖而此脈沖使晶閘管 T 在需要導(dǎo)通的時刻導(dǎo)通。顯然，控制電壓 Uk 越大，則導(dǎo)通的周波數(shù)就越多，輸出的功率也就越大，電阻爐的溫度也就越高，反之，電阻爐的溫度就越低。采取這種控制方式，可以使?fàn)t溫在較小的范圍內(nèi)變化，控制精度高。方案二的設(shè)計框圖如下圖所示： 圖 方案二設(shè)計框圖 本方案采用單片機(jī)作為控制核心，使用溫度傳感器進(jìn)行 溫度采集，通過將采集到的溫度與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定溫度之間的差值進(jìn)行溫度控制，從而使得溫度維持在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定溫度。 系統(tǒng)功能介紹 本設(shè)計是對房間溫度進(jìn)行檢測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度時，系統(tǒng)自動通過 PWM啟動加熱裝置，使溫度上升。三位數(shù)碼管及時顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。 （ 2）四位數(shù)碼管動態(tài)實(shí)時顯示房間溫度，顯示精度 。 （ 4）利用 PWM實(shí)現(xiàn)溫度的控制。 傳感器接口電路設(shè)計 溫度數(shù)據(jù)采集電路 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與其它溫度傳感器相比， DS18B20 具有以下特性：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。0 .5℃ ；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 效驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力；測量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送。 （ 2）在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總 線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。 (3)連接 DS18B20 的總線電纜有長度限制。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。 DS18B20有 PR35和 SOIC兩種封裝形式，管腳排列如 表 。 DS18B20 返回溫度值雖然只有 9 位，如圖 所示。溫度是以 1/2℃ LSB 形式表示的。 專科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 共 36 頁 溫度 數(shù)據(jù)（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制） +125 0000 0000 1111 1010 00FAH +25 0000 0000 0011 0010 0032H + 0000 0000 0000 0001 0001H 0 0000 0000 0000 0000 0000H + 1111 1111 1111 1111 FFFFH 25 1111 1111 1100 1110 FFCEH 55 1111 1111 1001 0010 FF92H 表 DS18B20 數(shù)值和溫度的關(guān)系 因房間環(huán)境溫度不能出現(xiàn)負(fù)溫情況，因此本系統(tǒng)不考慮負(fù)溫情況，這樣，在硬件選取上可以考慮選用商業(yè)級器件，不必要選用工業(yè)級器件，可以大幅度降低成本。 LED 顯示接口電設(shè)計 本系統(tǒng)選用的是四位數(shù)碼管動態(tài)實(shí)時顯示房間溫度，顯示精度 。AT89C51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央 處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89C51 有 3 個并行 I/O 端口， P0:～ 、 ～ 、 ～ 。 P1 端口可以作為普通 I/O 口使用，同時 、 、 ～ 還具備特殊功能，如表 所示。 引腳 特殊功能 T2: 定時器 |計數(shù)器 2 的外部計數(shù)器輸入 T2EX: 定時器 |計數(shù)器 2 的捕捉 |重載觸發(fā)及方向控制 MOSI: 用于在線編程（ ISP） MOSI: 用于在線 編程（ ISP） SCK: 用于在線編程（ ISP） 表 AT89C51 P1 端口的特殊功能 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 36 頁 引腳 特殊功能 RXD (串行口輸入 ) TXD (串行口輸入 ) INT0 (外部中斷輸入 0) INT1 (外部中斷輸入 1) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫控制） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀控制） 表 AT89C51 P3 端口的特殊功能 單片機(jī)在本房間溫度監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于通訊及溫度采集。 P0口用于溫度顯示接口的設(shè)計。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 ： C13 0 p FC23 0 p FY1S4R 2 01KC11 0 u FR 2 11 0 KV C CE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 3 .030U1 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 36 頁 LED 數(shù)碼管 1234567abcdefg8 dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412 LED顯示器即為發(fā)光二極管顯示器，具有顯示醒目、成本低、配置靈活、接口方便等特點(diǎn)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用它來顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和采集的信息輸入數(shù)值等。 LED數(shù)碼管 主要用來顯示數(shù)字及少數(shù)字母和符號， LED點(diǎn)陣顯示器可顯示數(shù)字、字母、漢子和圖形等。因此除專門應(yīng)用大屏幕 LED點(diǎn)陣顯示或有特殊顯示要求場合外，幾乎所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都采用 LED數(shù)碼管顯示。 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。但硬件電路繁多，每個數(shù)碼管需要一個 8位 I/O口、一個 8位驅(qū)動、 8個限流電阻。 LED靜態(tài)顯示由于使用的元器件較少，在數(shù)碼管顯示器較多的場合，電路顯得煩瑣，為了簡化線路，減低成本，本系統(tǒng)選用的是動態(tài)掃描顯示方式。為了使人看到所有顯示器都在顯示，就得加快循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器的速度（提高掃描頻率），利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，給人感覺到與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮的效果一樣。當(dāng)脈沖寬度變寬（占空比增大）時，雙向可控硅的導(dǎo)通時間延長，電阻絲加熱時間延長從而使溫度升高。 以此方法來控制溫度的恒定不變。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的，除了 PWM型，還有 PFM型和 PWM、 PFM混合型。 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中?？梢酝ㄟ^調(diào)整 PWM的周期、 PWM 的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V, 5V}這一集合中取值。在簡單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對于工作元 件兩端電壓與電流的乘積成正比。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 共 36 頁 通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。 脈寬調(diào)制信號的設(shè)計思想 本課題的脈寬調(diào)制信號是設(shè)定周期為 1s矩形波。 寄存器 R2中存放的數(shù)據(jù)是根據(jù)檢測電路和控制電路轉(zhuǎn)換過來的一個數(shù)， R2中存放的數(shù)值的大小用于控制脈沖信號，在 1s內(nèi)高電平的時間長短。 可控脈沖 脈寬調(diào)制信號由 來控制可控硅的通斷。總之，發(fā)熱元件上釋放出能量的高低由矩形波在一個周期內(nèi)高電平的時間長短所決定的。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時候?qū)?PWM用于通信的主要原因。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC或 LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 36 頁 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本設(shè)計總體程序框圖如下，總體程序由主程序，按鍵子程序，溫度獲取子程序三部分組成。 、漏接處。 4元件是否都對 硬件調(diào)試 首先應(yīng)進(jìn)行上電前的準(zhǔn)備。 在經(jīng)過檢查確認(rèn)芯片的焊接沒有任何問題