宁波理工学院 毕业论文（设计）开题报告 （含文献综述、外文翻译）
基于AT89S51单片机的数字温度测量系统设计
**********
06通信工程2班
信息科学与工程分院
基于AT89S51单片机的数字温度测量系统设计 1.1前言 近些年来我国经济快速发展，人们生活水平大幅度提高，对环境的舒适程度也有了较高的要求，与此同时工业技术的发展导致对环境的监控有了更高的要求。温度是最重要的环境因素，传统的测量方法是用温度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测。但人工测试方法实时性差，受自然条件制约较大，并且突发情况也无法及时发现并处理。受着经济条件、技术条件等因素影响，我国目前还有很多地方采用传统的人工测量温度方法。随着技术的发展，我国的温度监测系统也有了一定程度的提高。采用了微处理器，结合物联网技术能实现温度采集智能化。能实现远程、高效、实时、智能的采集数据，与传统人工测量相比有着较大优势。 1.2国内外研究现状 目前温度测量系统的在国内的研究情况比较复杂，在经济不发达的地区大部分还采用传统的人工测量方式，采用温度计、热电偶等方式人工测量，而也有部分经济发达地区，开始采用以微电子技术为基础的智能化的温度测量系统。这个区分还在领域上的区别，农业领域使用传统人工采集方式比较多，而工业领域使用智能化的温度测量系统的比较多。综上所述，温度测量系统在我国还有较好的发展前景，在农业、家庭等很多领域还有较大的发展空间。 国外的温度测量系统则较国内先进许多，农业方便基本全部是智能化的温度测量系统，并且配合喷淋灌溉系统，整个农业系统全部实现自动化、机械化，远远领先于国内。在其他领域，智能家居在国外也开始启动，温度测量系统也使用十分广泛，工业领域温度测量更是很早就抛弃的人工测量，进入了智能化的时代。国外的自动化技术要远远领先于国内，我们需要加快追赶的步伐。
1.3数字温度测量系统研究方向 1.3.1采集元件 采集系统在该方向上总是在寻找设备成本、测量精度、使用难易程度的平衡。针对不同的应用方向采用不同的温度传感器。 采集元件部分在随着半导体技术的发展也在发生着巨大的变化，智能化的温度传感器技术已经开始普及。智能化温度传感器是微电子技术、自动化技术、计算机技术以及自动测试技术(ATE)的结晶，当前市场上已经出现了大量的智能温度传感器，例如DHT系列、SHT系列、DS18B20等等。智能元件都已经集成好了温度传感器元件、数模转换器、数模转换器、核心信号处理器、数据储存器以及配套的通信电路，更设置有的传感器还集成了I2C等通信方案以及CPU。智能温度传感器的特点就在于，不用像传统温度传感器一样，需要将模拟信号自己转变为数字信号，也无需在添加各种计算电路来修正误差，都已经集成在传感器内部，并且传感器直接数字化输出，完全的规范化总线设计，使智能温度传感器可以太规模的使用在工业、家居等多种方案中。 1.3.2采集数据处理分析 在这类数据采集系统中还存在一个很重要的研究方向就是数据处理分析。当数据采集到之后如何能高效合理里利用采集的数据一直是人们研究的重点。研究初期，数据只是会被简单的归类，求平均值等等。目前，数据处理已经独立出来成为一门学科，数据挖掘。从海量数据中找出相关性，核心数据等等，都是该学科研究的重点。在我们所设计的系统中，虽然不需要处理特别巨大的数据，但是也需要进行数据分析，将温度数据合理的体现给使用者，是该方向的关键。 1.3.3采集系统硬件 随机半导体科技的进步，当前的核心处理器也越来越多样化，单片机、DSP、ARM等等层出不穷，以单片机为例，51、AVR、PIC、MP430等等都可以称之为主流单片机，种类实在太多太多。系统设计者需要考虑到当前系统的需求合理
的选用系统硬件，其实决定系统成本、性能的核心器件就是核心处理器。通过查找文献，对于小规模的温度检测系统以51单片机为主，成本低廉、性能满足要求。对于较大规模或者有其他传感器要求的系统，则以ARM为主。当然还是需要考虑到种种因素决定的系统硬件。这一方向也是需要研究人员进一步研究。 1.4发展情况
主要介绍下温度传感器的发展情况： 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、响应速度快。其主要缺点是，外围电路复杂、测量困难、成本较高。 AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4 V至30 V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1 μA/K。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25°C)时输出298.2 μA电流。AD590适用于150°C以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。除温度测量外，还可用于分立器件的温度补偿或校正、与绝对温度成比例的偏置、流速测量、液位检测以及风速测定等。AD590可以裸片形式提供，适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量。 AD590特别适合远程检测应用。它提供高阻抗电流输出，对长线路上的压降不敏感。任何绝缘良好的双绞线都适用，与接收电路的距离可达到数百英尺。这种输出特性还便于AD590实现多路复用：输出电流可以通过一个CMOS多路复用器切换，或者电源电压可以通过一个逻辑门输出切换。 智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和
接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU). 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。 DHT11，其是具有数字信号输出功能的温湿度复合型传感器。传感器内部包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。DHT11具有稳定性好、响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。采用了单总线串行接口，使接线少除了电源和地线外就只有一个数据线。体积小、功耗低，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用场合的最佳选则。封装形式为4针单排引脚封装，连接方便。 DS18B20,智能温度控制器适配各种微控制器,构成智能化温控系统;它们还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式;温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路 1.5存在问题 整个测量系统还存在如下3个方面的问题需要进一步的改进： 1 传感器的性能的提高，为了进一步满足用户使用需求，传感器在精度和稳定性方面都需要提高。目前主流的低成本的传感器精度在0.5摄氏度，这个误差相对于一些应用领域较高，还有存在的稳定性的问题，传感器时不时会有错误的温度信息传递出来，测量温度有发生错误的情况。这两方面都是传感器继续提高的地方。 2 单片机内部处理的算法的改善，目前存在的温度测量系统内部都是简单的将传感器采集到的温度数据直接传递到上位机，或者液晶屏直接显示了。这样无文档分类：
基于AD590的智能温度测量仪表硬件设计.doc
下载后只包含 1 个 DOC 格式的文档，没有任何的图纸或源代码，
下载前请先预览，预览内容跟原文是一样的，在线预览图片经过高度压缩，下载原文更清晰。
您的浏览器不支持进度条
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩?页未读，继续阅读
该用户其他文档
下载所得到的文件列表基于AD590的智能温度测量仪表硬件设计.doc
文档介绍：
图2 AD590的外形与符号
AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压为+4~+30V、测温范围是-55~+150℃范围之内,对应于热力学温度T每变化1K,就输出1uA的电流。在298.2K(对应于25.2℃)时输出电流恰好等于298.2uA。这表明,其输出电流I与热力学温度T(K)严格成正比。因此,输出电流的微安数就代表着被测温度的热力学温标数。AD590的电流-温度(I-T)特性曲线如图3所示。欲显示摄氏温标(℃),需加温标转换电路,有关系式T=t+273。
图3 I/T特性曲线
2.3 I/V转换电路
I/V转换电路如图4所示,由MC1403型带隙基准电压源输出的+2.5V基准电压源,经可调电阻R1接AD590的正极,AD590的负极接-5V电源。设通过R1、R2上的电流分别为I0、It,则AD590的电流表达式为I=I0+It。因为LM324的电压增益AV0》1,所以图中M点为虚地,即VM=0V。只要在0℃下调整R1,使I0等于AD590在该温度下的工作电流值(此时It=0,I= I0),I0即为恒定值,在测温过程中I仅随It变化。显然,温度上升到t℃时,It必须增加到t×1uA,使LM324的输出电压为(V),由于V0与被测温度成正比,从而实现I/V转换,这就是利用AD590测温的原理。R1、R2分别用以校准0℃和100℃。硅二极管VD(1N4001)可防止LM324进入饱和状态。
由AD590的工作特性可知0℃对应的电流是273uA,通过调节R1使I0=273uA,对应0℃,则It的变化对应于温度的变化。设温度变化范围是0℃~100℃,则100℃时It=100uA,使此时IC3的输出电压V0=1V,则R2=10K。V0的变化范围是0~1V。
图4 I/V转换电路图
2.4 仪用放大器
由于A/D转换器ADC0809的基准电压为5V,所以还需要对I/V转换电路输出电压进行放大,放大倍数为5。同时,仪用放大器具有精确放大差模信号,抑制共模信号、高输入阻抗、高共模抑制比、误差小、稳定性好等特点。故选用集成仪用放大器仪用放大器INA114,其基本连接方式如图五所示,其中Vi+接I/V转换电路的输出V0,Vi-接地。INA114的输出V0=G(Vi+ - Vi-)。其中,G为增益,表示为G=(1+50KΩ/RG),G=5,推得RG=12.5K。
图5 仪用放大器原理图
2.5 模拟滤波电路
由于温度是缓慢变化的,所以仪用放大器的输出电压也是缓慢变化的,即仪用放大器输出的模拟电压周期很大,频率很小。
而且电路中的噪声信号都是高频信号,故可以选用低通滤波电路。一阶无源RC低通滤波电路如图6所示:
图6 一阶无源RC低通滤波电路
因为负载对于RC无源滤波器具有较大的影响,常需后接运算放大器,构成一阶有源RC滤波电路,如图7所示:
图7 一阶有源RC低通滤波电路
滤波器的传递函数为:
滤波器的参数为:
其特征角频率为1/RC,又,设f0=20Hz,C=1uF,则R=7.9K,取R=8.2K。
2.6 A/D转换电路
ADC0809是逐次逼近型8位A/D转换器,片内有8路模拟开关,可对8路模拟电压量实现分式转换。典型转换时间为100us。片内带有三态输出缓冲器,可直接与单片机的数据总线相连。
ADC0809的引脚如图8所示。
图8 ADC0809管脚图
由图可见,ADC0809由8位模拟开关、8位逐次逼近式A/D转换器、地址锁存器、控制与时序电路及输出锁存器组成。
IN0~IN7:8路模拟通道信号输入,通过模拟开关实现8路模拟输入信号分时选通。
ADDC,ADDB和ADDA:模拟通道选择,编码000~111分别选中IN0~IN7。
ALE:地址锁存信号,其上升沿锁存ADDC,ADDB,ADDA的信号,译码后控制模拟开关,接通8路模拟输入中相应的一路。
CLK:输入时钟,为A/D转换器提供转换的时钟信号,典型工作频率为64kHz。
START:A/D转换启动信号,正脉冲启动ADDC~ADDA选中的一路模拟信号开始转换。
OE:输出允许信号,高电平时打开三态输出缓冲器。使转换后的数字量从D0~D7脚输出。
EOC:转换结束信号,启动转换后,EOC变为低电平,转换完成后变为高电平。根据读入转换结果的方式,此信号可有3种方式与单片机相连。
①延时方式:EOC悬空,启动转换后,延时100us后读入转换结果。
②查询方式:EOC接单片机端口线,查得EOC变高,读入转换结果,作为查询信号。
③中断方式:EOC经非门接单片机的中断请求端,转换结束作为中断请求信号向单片机提出中断申请,在中断服务中读入转换结果。
VREF(+)和VREF(-):基准电压输入,用于决定输入模拟电压的范围。
ADC单片机的接口电路如图9所示:
图9 A/D转换电路
ADC0809的时钟信号CLK由单片机的地址锁存允许信号ALE提供,若单片机晶振频率为12MHz,则ALE信号经分频输出为500kHz,满足CLK信号低于640kHz的要求。当P2.7和/WR同时有效时,以线选方式启动A/D转换,同时使0809的ALE有效。IN0~IN7的地址为7FF8H~7FFFH,在这里只需要一路转换,故将ADDC~ADDA均接地,只选中IN0,进行转换。当P2.7和/RD信号同时有效时,OE有效,输出缓冲器打开,单片机接收转换数据。
2.7 自动零位校准电路
自动零位校准是为了消除由于环境因素变化,使传感器的输出或放大器的增益等发生变化所造成的仪器零点漂移,而引起系统误差。在这里采用零值法自校零的方法设计自动零位校准电路。
零值法自校零的基本思想是:在零输入信号时,由于零漂的存在,输出不为零,预先把它检测出来,并存入内存单元,在巡回检测时,再从检测中扣除这个零位漂移后的影响。
自动零位校准原理框图如图10所示,具体电路见附录1。
内容来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.
文件大小：0 KB
下载次数：基于GSM技术的粮库温度检测系统设计--《中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集》2003年
基于GSM技术的粮库温度检测系统设计
【摘要】：本文介绍了一种基于无线通信的GSM模块和单片机技术,利用集成电流型温度传感器AD590实现智能化的大型粮库多点温度检测的设计方法。给出了温度检测系统的各部分电磁硬件设计框图以及温度采集软件流程图。该温度检测系统具有超过设置温度值报警、随时和定时检测整个粮库各点温度的功能,同时具有性能价格比高,体积小,传输距离远,且抗干扰性强,传感器互换性和系统扩展性好,应用范围广等优点。
【作者单位】：
【分类号】：TP274
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式，仅支持PDF格式
【参考文献】
中国期刊全文数据库
凌振宝,王君,张瑞鹏,马心璐;[J];传感器世界;2002年09期
凌振宝;[J];仪表技术与传感器;2002年12期
【共引文献】
中国期刊全文数据库
于宽,曾志永,凌振宝,王君;[J];传感器世界;2004年10期
杨穗;杨恢先;王子菡;陶霞;;[J];电子器件;2005年04期
李芝梅;陈莹梅;;[J];韶关学院学报;2010年06期
尤文;张昕;韩波;关常军;;[J];中国测试技术;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库
马星河;赵军营;许丹;;[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C];2008年
中国硕士学位论文全文数据库
向阳;[D];湖南农业大学;2004年
石伟;[D];华中科技大学;2004年
李雯;[D];浙江大学;2007年
吴晓明;[D];西北农林科技大学;2008年
韩姣;[D];武汉理工大学;2008年
乔元劭;[D];浙江大学;2008年
庄坤领;[D];中国海洋大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
罗文广,兰红莉,陆子杰;[J];传感器技术;2002年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库
曾志永,凌振宝,王君;[J];电子技术应用;2005年09期
韩代云;黄惟公;;[J];今日科苑;2009年06期
何坚强;[J];电子仪器仪表用户;1997年01期
龙剑;张红洁;;[J];科技信息;2010年34期
杨建宁;;[J];电工技术;1997年01期
杨剑;[J];吉林电力;2005年01期
周明;蔡启仲;陈文辉;郭毅锋;;[J];科技信息;2008年27期
梁春英;王熙;怀宝付;张成胜;;[J];安徽农业科学;2010年15期
张瑾,张玉霞,蔡睿妍;[J];电子工艺技术;2005年04期
曹淑娟,何银永,郭三明;[J];黑龙江科技学院学报;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库
凌振宝;王君;邱春玲;;[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
岳瑞峰;刘理天;李志坚;;[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年
李振波;徐丹辉;张春晓;申安安;孙克;;[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年
丁勇;施斌;吴智深;;[A];全国岩土与工程学术大会论文集（上册）[C];2003年
成文萍;吴锁柱;张彦;董川;;[A];中国化学会第十五届全国有机分析及生物分析学术研讨会论文集[C];2009年
韦炜;陈名松;张婧;;[A];中国通信学会第六届学术年会论文集（中）[C];2009年
周勤峰;徐铁峰;;[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2007年
李显宝;何鹏;;[A];2010中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2010年
刘永生;张继伟;郭晓庆;李聪;;[A];煤矿自动化与信息化——第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学（北京）百年校庆学术会议论文集[C];2009年
杨青锋;;[A];称重科技——第十届称重技术研讨会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库
Silvio L[N];电子资讯时报;2008年
胥绍禹 摘译;[N];电子报;2008年
岳万梁;[N];经理日报;2008年
李山;[N];中国质量报;2010年
罗清岳;[N];电子资讯时报;2007年
张梦然;[N];科技日报;2011年
周文豪;[N];中国包装报;2010年
曹阳;[N];北京电子报;2001年
余俊芳;[N];电子报;2006年
;[N];中国电子报;2008年
中国博士学位论文全文数据库
朱珊莹;[D];华中科技大学;2011年
卢丽敏;[D];湖南大学;2011年
余金华;[D];浙江大学;2005年
张朝晖;[D];湖南大学;2005年
刘炜;[D];华东师范大学;2007年
应智花;[D];电子科技大学;2008年
李延;[D];陕西师范大学;2008年
李广全;[D];吉林大学;2009年
王秋生;[D];吉林大学;2008年
夏玮;[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库
许振茹;[D];大连海事大学;2010年
占宇;[D];沈阳理工大学;2011年
周跃佳;[D];东北林业大学;2010年
牛晓弟;[D];河北科技大学;2010年
李广鹏;[D];东北大学;2010年
陈刚;[D];重庆大学;2009年
武真;[D];清华大学;2009年
周厚江;[D];西南师范大学;2005年
尹计秋;[D];吉林大学;2005年
董波;[D];北京工业大学;2005年
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993