LCD數(shù)字顯示體溫計設計

1、LCD數(shù)字顯示體溫計設計摘 要LCD數(shù)字體溫計電路的設計研究開發(fā)對涉及到的相關技術理論和方法進行了深入的研究討論給出了電路的詳細設計過程并結(jié)合實際工作方面的經(jīng)驗給出了工程設計上的一些指導思想和原則.在各種傳感器的溫度變換曲線中存在著一個共同的問題即輸出特性與溫度的變化呈現(xiàn)非線性關系這一問題是溫度測量誤差的一個主要來源另一個造成測量誤差的主要原因是測量系統(tǒng)的不穩(wěn)定性在本課題的研究中對這兩個問題作了著重分析和研究.LCD數(shù)字顯示體溫計系統(tǒng)采用AT89C51為控制器件，單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度，LCD液晶顯示，增設有高低報警和實時時鐘及數(shù)據(jù)記錄功能。關鍵詞：單片機；溫度傳感器；液晶顯

2、示；目錄引言21 體溫計的正確選擇與使用.42 案論證與比較43 硬件系統(tǒng)設計53.1電路設計83.2 時鐘處理電路83.3 溫度檢測電路93.4顯示電路94 軟件設計9結(jié)束語11參考文獻12致謝13引言在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機構起著十分重要的作用，它是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。現(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動執(zhí)行機構存在著控制手段落后、機械傳動機構多、結(jié)構復雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機構的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個機構缺乏完善的保護和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計

3、算機聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動執(zhí)行機構的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計算機網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線等技術在工業(yè)過程中的應用，這種執(zhí)行機構已遠遠不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設計的大流量電動執(zhí)行機構，采用機電一體化技術，將閥門、伺服電機、控制器合為一體，利用異步電動機直接驅(qū)動閥門的開與關。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)閥門的動作速度、精確定位、柔性開關以及電機轉(zhuǎn)矩等控制。該電動執(zhí)行機構省去了用于控制電機正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅換向開關模件、機械傳動裝置和復雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動作快、保護較完善、便于和計算機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。實際運行表明，該執(zhí)行機構工作穩(wěn)定，性能可靠。溫度是存

4、在于客觀世界的一個基本物理量它與人類的生活和生存有著密切的聯(lián)系早期人類對溫度的認識只能處于自身感知器官去定性地感知它的存在長期以來人類一直通過各種努力來認識溫度表達溫度但都沒有很好的方法實現(xiàn)直到十七世紀隨著物理學的興起人類認識溫度的努力才有了突破性的進。從60 年代開始由于紅外技術和電子技術的發(fā)展出現(xiàn)了利用各種新型光敏或熱敏檢測元件的輻射溫度計(包括紅外輻射溫度計) 此外現(xiàn)代還研制出多種其他類型的溫度測量表如用晶體管測溫元件和光導纖維測溫元件構成的儀表采用熱象掃描方式的熱象儀可直接顯示和拍攝被測物體溫度場的熱象圖可用于檢查大型爐體發(fā)動機等的表面溫度分布對于節(jié)能非常有益另外還有利用激光測量物體溫

5、度分布的溫度測量儀器等從而擴大了它的應用領域1 體溫計的正確選擇與使用 目前體溫計的種類很多，在性能和使用方式上差別較大，廣大消費者可以根據(jù)自身特點，正確選擇和使用體溫計。 體溫計無論是在日常保健和臨床診斷上，都是必不可少的醫(yī)用計量器具，最常見的體溫計是玻璃體溫計。它的工作過程是人們熟悉的熱脹冷縮的原理，與普通玻璃溫度計不同的是玻璃體溫計的毛細管有一個特殊結(jié)構，可以使隨溫度升高的水銀柱保持原有位置，即使溫度下降，水銀柱位置也不變化，可以保證使用者隨時觀測到準確的體溫。由于玻璃的結(jié)構比較致密，水銀的性能非常穩(wěn)定，所以玻璃體溫計具有示值準確、穩(wěn)定性高的特點，還有價格低廉、不用外接電源的優(yōu)點，深受人

6、們特別是醫(yī)務工作者的信賴。但玻璃體溫計的缺陷也是比較明顯的，在使用和保存中易破碎，存在水銀污染的可能；測量時間比較長，對急重病患者、老人、嬰幼兒等使用不方便，讀數(shù)比較費事等。著科學技術的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)很多類型的新式體溫計。電子式體溫計利用某些物質(zhì)的物理參數(shù)（如電阻、電壓、電流等）與環(huán)境溫度之間存在的確定關系，將體溫以數(shù)字的形式顯示出來，讀數(shù)清晰，攜帶方便。電子式體溫計的不足之處在于示值準確度受電子元件及電池供電狀況等因素影響，不如玻璃體溫計。體溫計一般使用在腋下、口腔、直腸等處，在實際應用中，人們普遍感覺不方便或不舒服。耳式體溫計是通過測量耳朵鼓膜的輻射亮度，非接觸地實現(xiàn)人體溫度測量的儀表

7、。只需將探頭對準內(nèi)耳道，按下測量鈕，僅有幾秒種就可得到測量數(shù)據(jù)，非常適合急重病患者、老人、嬰幼兒等使用。但在使用初期，使用者由于不太熟悉這種操作方式，可能會得到幾個不同的測量數(shù)據(jù)，一般來講實測最大值既是所要數(shù)據(jù)。經(jīng)過一段時間的熟悉后，使用者會比較滿意這種體溫計。不斷發(fā)展的新技術又為我們帶來了一種非常奇特的體溫計，可以叫片式體溫計或點陣式體溫計。這種體溫計僅有一張名片的厚度，長6cm-7cm，寬0. 5 cm左右（因此可稱為片式體溫計）。在上面布滿了一些附有數(shù)字的排列整齊的圓點（所以又叫點陣式體溫計）。在進行體溫測試后 ，會發(fā)現(xiàn)某一數(shù)值以下的圓點全都變暗，而其余圓點顏色不變。使用者即可根據(jù)上述變

8、化確定體溫。這種片式溫度計體積非常小，攜帶和儲存非常方便。由于價格不高，體積小，本身污染非常小，特別適用于醫(yī)療機構，可以一次性使用，避免交叉感染。玻璃體溫計屬于國家強制檢定計量器具，而且生產(chǎn)和使用歷史較長，無論是在產(chǎn)品質(zhì)量還是在監(jiān)督管理方面基本上比較規(guī)范。但是很多數(shù)字溫度計、耳溫計以前是以保健用品和禮品的形象出現(xiàn)在市場上，一直未受到國家有關部門嚴密有效的監(jiān)督管理。如果消費者想選用數(shù)字、耳式等體溫計進行體溫測量，應該注意以下幾個方面。（1）由于體溫測試要求比較嚴，一般要求體溫計的示值誤差為0.1，消費者所選購體溫計的準確度必須滿足此項要求。（2）仔細閱讀使用說明書，注意操作要點。在開始使用時可以

9、與玻璃體溫計對比使用，以確定使用方式是否正確。另外，體溫計在使用中還有一些問題要注意。采用腋下測量方式時，一定要用力加緊，保證體溫計與人體充分接觸。采用口腔測量方式時，一定要將體溫計放在舌下，稍用力壓住，測量后必須清洗消毒。無論選用那一種體溫計，最好一人一支，以避免交叉感染。2 案論證與比較LCD數(shù)字顯示體溫計系統(tǒng)AT89C51實現(xiàn)對傳感器檢測的溫度進行處理并進行處理并送入到LCD，另外還需要完成時鐘的計時，數(shù)據(jù)記錄的的存儲等功能。溫度測量范圍3541，測量誤差為0.5，顯示部分遠離傳感器部分50cm左右。為實現(xiàn)上述功能，可采用一下方案實現(xiàn)；方案1：采用熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線

10、所組成。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍寬，且體積小。但是，它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點。方案2：采用NTC,熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的，是低成本溫度傳感器，是線性最差的溫度傳感器。通常將兩個熱敏電阻組合起來使用，以使輸出具有較好的線性。熱敏電阻可靠性差、測量溫度準確度低，且必須經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能由微處理器進行處理。普通的熱敏電阻可在有限的工作溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出上佳的穩(wěn)定性，

11、而在較寬的溫度范圍內(nèi)工作時則表現(xiàn)出中等水平的穩(wěn)定性。方案3：采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20,他具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器的優(yōu)點，特別適合于構成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理，而且每片DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號并且可存入其ROM中，以便在構成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出或?qū)懭胄畔H需一根端口線，其讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接DS18B20供電，而無需任何外圍硬件即可，方便的構成溫度監(jiān)測系統(tǒng)。綜上所述，我們采取方案三.系統(tǒng)圖如圖1所示；AT89C51 ATO定

12、時器時鐘處理模塊 T1 溫度獲取模塊1602LCD顯示模塊溫度檢測DS18B20數(shù)據(jù)存儲模塊 圖1 系統(tǒng)組成框圖3 硬件系統(tǒng)設計系統(tǒng)中，AT89C51為主控制器，P0口與LCD的8位數(shù)據(jù)線相連，在AT89C51的控制下，由DS18B20采集且經(jīng)過轉(zhuǎn)換的溫度信號，由PO口輸出送液晶顯示模塊LCD顯示。琴鍵開關S8按下，使得RST端為高電平，AT89C51被復位。琴鍵開關S9按下時，可以進行光標的移位操作。琴鍵開關S11按下時，可進行存入或者加操作。琴鍵開關S12按下，可以實現(xiàn)刪除或者減功能。琴鍵開關S13合上時，允許進行調(diào)解。琴鍵開關14合上時，啟動鬧鐘功能。當溫度超過設定的值時，由P2.4腳輸

13、出報警信號去驅(qū)動鋒鳴器，或者輸出鬧鐘報時信號。通過溫度傳感器采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20,在AT89C51的控制下DS18B20能將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過串行通信方式由單總線經(jīng)P3.5輸入到AT89C51中后，由PO口輸出送LCD顯示。整機電路圖如圖2所示 0 1 2 3 41 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1vcc21 CONZ GND GND RB U2 VCC1 P1.0 VCC40 POT22 p1.1 P0.039VCC 1OK R33 p1.2 P0.138 4 p1.3P0.237 5 p1.4 P0.3 366 p1.5 P0.4 35 7 p1.6

14、 P0.5 348 p1.7 P0.6 339 R6T P0.7 32 10 p3.0 EANPP31 VCC 11 p3.1 ALEPROG 30 S0 12 p3.2 PSEN 2913 p3.3 P2.7 28 S11 GND 14 p3.4 P2.6 27S12 S815p3.5 P2.5 26 S13 VCC16 p3.6 P2.4 25 S14 C3 17 p3.7 P2.3 24S10DS18B20 Y 18 XTAL2 P2.2 GND10U 19 XTAL1 P2.1 R1O C2 GND P2.0LS2 VCC GND 10KSRE2 C4 VCC GND 3DP GND

15、10U SPEAKER采用的器件主要有三個；其中DS18B20是溫度傳感器，檢測和完成溫度的轉(zhuǎn)換；AT89C51控制信號采集過程及實現(xiàn)系統(tǒng)的實時顯示和鬧鐘功能；LCD顯示當前的溫度數(shù)據(jù)及系統(tǒng)時鐘。3.1電路設計1 功能設計根據(jù)用戶提出的電路功能和性能指標以電路設計的角度和語言依據(jù)有關的理論和模型從原理上對目標電路所含各種功能進行分離歸類以及添加為完成要求功能和生產(chǎn)所必須的附加功能2 功能定義將原理上劃分的各項功能具體成相對應的各個功能模塊規(guī)定各個功能模塊應完成的任務及相互之間功能連接關系3.2 時鐘處理電路時鐘處理電路主要由內(nèi)部計時器TO來完成時鐘定時功能，在外部電路中主要涉及到對時鐘的調(diào)整，

16、主要功能由軟件完成。實際電路如圖3； 3.3 溫度檢測電路 溫度處理電路如圖4所示，先有單片機通過DS18B20的3腳（DQ）對DS18B20進行初始化，然后從DS18B20中按位讀取數(shù)據(jù)，以8位組成一個字節(jié)，然后在單片機中轉(zhuǎn)換成溫度值，送到LCD顯示或者儲存起來。 U1 DS18B20GND VCC DQ P3.51 2 3 圖4 溫度檢測電路3.4顯示電路顯示電路采用了液晶顯示器LCD1602，PO與LCD的8位數(shù)據(jù)線連接，在AT89C51的控制下，由DS18B20采集且經(jīng)過轉(zhuǎn)換的溫度信號，由PO口輸出送液晶顯示模塊LCD顯示。4 軟件設計該程序的功能主要是使用單片機和溫度傳感器DS18B

17、20及液晶顯示模塊LCD完成對溫度的檢測及顯示，且具有時鐘及鬧鐘功能。通過AT89C51完成對DS18B20和LCD芯片的數(shù)據(jù)傳輸進行控制。程序的功能是查詢當前的DS18B20溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成，并且完成對轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的顯示開始程序流程圖初始化 DS18B20讀DS18B20的序列號 DS18B20存在？發(fā)送跳過ROM指令讀取溫度數(shù)據(jù)發(fā)送DS18B20編碼等待DS18B20復位溫度轉(zhuǎn)換 圖5 程序流程圖結(jié)束語隨著人們生活水平的提高人們希望開發(fā)出更小更準更方便的體溫計，從方便用戶使用和提高市場競爭力的角度出發(fā)采用成熟的液晶顯示技術和低功耗電路設計的成果數(shù)字顯示溫度一直以來都缺少精度高而成本低的

18、解決方案。文正設計的LCD數(shù)字顯示體溫計解決了這以問題，此方案不但電路結(jié)構簡單、體積小、功耗較低、易集成，還能在較小的成本的情況下較大幅度的提高LCD數(shù)字顯示器的精度.而且受外界影響較小。參考文獻1.白澤生.MCS51單片機實現(xiàn)溫度的檢測.現(xiàn)在電子技術.2005（10）；1-3.2張開生,郭國法.MCS51單片機溫度控制系統(tǒng)設計.微計算機信息.2005.21（7）；68-693謝佳庚.電子線路（M）.4版.北京；高等教育出版社.20004于麗麗，王劍華.NTC熱敏電阻器在高精度溫度測量中的應用.傳感技術.2004（12）；75.775薛宏熙，邊際年蘇明數(shù)字系統(tǒng)設計自動化北京清華大學出版社199

19、66 .劉麗華，辛德祿，李本俊，專用集成電路設計方法北京北京郵電大學出版社2000致謝在本次論文設計過程中，李花老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業(yè)論文設計。在學習中,老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。 tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1

20、DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn