中國計量學院檢測技術課程設計報告(共14頁)

1、檢測(jin c)技術課程設計報告(bogo)題 目： 溫度檢測(jin c)系統(tǒng)(數(shù)字式溫度傳感器)姓 名： 學 號：班 級：指 導 老 師： 李運堂組 員 姓 名： 李楠 林玲 潘玲淋 戴瑤翔日 期： 2014年6月6日1.簡介(jin ji) 本文主要介紹(jisho)了一個基于ATmega16單片機的測溫系統(tǒng)(xtng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對單片機的擴展，傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，繪制了系統(tǒng)總體框圖，并對主要元件進行了介紹。該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設定上下限報警溫

2、度，它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們日常生活和工、農業(yè)生產中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與ATmega16結合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景，適用于現(xiàn)代社會的發(fā)展要求。2.課題的任務和要求 檢測技術課程設計是機械工程測試技術和檢測技術課程后續(xù)的集中實踐環(huán)節(jié)，是對常見非電量物理量的檢測方法與手段、模擬和數(shù)字電子技術、單片機技術及數(shù)據(jù)采集等知識的綜合訓練和實踐。其主要目的在于訓練學生將理論知識和實踐結合的應用能力和動

3、手能力，加深對非電量信號傳感采集、傳輸、處理、顯示等測試技術核心內容的理解和掌握，通過實踐形成測試系統(tǒng)的整體觀念，理解測量的精度、誤差、標定、抗干擾等概念。 課程設計基本要求是可選對溫度、速度、位移、振動、力矩、壓力、感應信號等其中之一或幾種量的組合進行測量，構建一完整的測量系統(tǒng)，具備信號的測量、轉換、顯示和處理等功能；設計中應考慮測量過程中的干擾、誤差、標定等問題及相關處理方法。課程設計驗收的內容：焊接完成開發(fā)板一套，PCB 圖，下位機程序，上位機程序，課程設計報告圖，下位機程序，上位機程序，課程設計報告(每人一份，同一小組報告內容可相同)。3.方案設計31 功能描述本溫度自動報警系統(tǒng)主要有

4、以下功能： 實時采集溫度信號并顯示 單片機對溫度信號能夠實時監(jiān)控 能夠設置報警溫度上下限 能夠自動實現(xiàn)鳴叫報警32 系統(tǒng)組成本溫度自動報警系統(tǒng)主要由四部分組成：主控模塊，采集(cij)模塊，顯示模塊和報警模塊。其中：主控模塊實現(xiàn)巡回監(jiān)視溫度信號的功能(gngnng)，采集模塊實現(xiàn)溫度信號的采集，顯示模塊實現(xiàn)溫度值和報警點的顯示，報警模塊實現(xiàn)報警的功能。系統(tǒng)框圖如下所示：主 控 模 塊顯 示 模 塊報 警 模 塊采 集 模 塊鍵盤模塊33 芯片(xn pin)選擇331 主控模塊主控模塊采用ATMEL公司生產的ATmega16。ATmega16是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4K

5、的可反復擦寫的FLASH只讀存儲器和128 BYTES的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口。ATmega16可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。內置功能強大的微型計算機的ATmega16提供了高性價比的解決方案。332 采集模塊 采集模塊采用DALLA

6、S 半導體公司生產的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。DS1820是世界上第一片支持 一線總線接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。DS18B20也支持一線總線接口，測量溫度范圍為-55125度，在-1085度范圍內, 精度為0.5度?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位

7、光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其管腳排列如下: DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。DS18B20可以程序設定912位的分辨率，分辨率設定及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。333鍵盤模塊 鍵盤模塊用于設置溫度的報警上下限。鍵盤模塊采用獨立按鍵方式。分別由單片機的三個接口驅動。三個按鍵分別代表不同作用。按鍵1用于狀態(tài)切換（溫度監(jiān)控和上下限設定界面切換），按鍵2用于上下限設定時的增，按鍵3用于上下限設定時的減?？紤]到系統(tǒng)要求并不高，

8、所以采用獨立鍵盤，簡單實用，降低了軟件的要求，并且硬件電路復雜度也降低，安全可靠。334 顯示(xinsh)模塊 顯示模塊采用5110液晶屏。LPH7366 是NOKIA 公司生產的可用于其5110、6150，6100 等系列移動電話的液晶顯示模塊，國內廠家也生產有類似的兼容產品。該產品除應用于移動電話外，也可廣泛應用于各類便攜式設備的顯示系統(tǒng)(xtng)。與其它類型的產品相比，該模塊具有以下特點：1.84x48 的點陣LCD，可以(ky)顯示4 行漢字。 采用串行接口與主處理器進行通信，接口信號線數(shù)量大幅度減少，包括電源和地在內的信號線僅有9 條。支持多種串行通信協(xié)議（如AVR 單片機的I、

9、MCS51 的串口模式等），傳輸速率高達4Mbps，可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無等待時間。 可通過導電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。 LCD 控制器驅動器芯片已綁定到LCD 晶片上，模塊的體積很小。 5.采用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在200A 以下，且具有掉電模式。335 報警模塊 當液晶屏幕顯示“！”時，即為報警4 硬件電路設計41 主控模塊 單片機ATmega16是該模塊也是整個電路的核心器件。實現(xiàn)巡回監(jiān)視溫度信號。當溫度超過給定的門限值時出現(xiàn)報警信號（液晶顯示器顯示當前溫度值和報警點，判斷液晶屏幕是否顯示“！”的報警

10、信號）。其電路圖如下：42 采集(cij)模塊采集模塊主要(zhyo)由溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)溫度信號的采集及A/D轉換，可以將檢測到的溫度直接顯示在數(shù)碼管上。其電路圖如下：43鍵盤(jinpn)模塊 鍵盤模塊用于設置溫度的報警上下限。鍵盤模塊采用獨立按鍵方式。分別由單片機的三個接口驅動。三個按鍵分別代表不同作用。按鍵1用于狀態(tài)切換（溫度監(jiān)控和上下限設定界面切換），按鍵2用于上下限設定時的增，按鍵3用于上下限設定時的減。考慮到系統(tǒng)要求并不高，所以采用獨立鍵盤，簡單實用，降低了軟件的要求，并且硬件電路復雜度也降低。其電路圖如下：44顯示(xinsh)模塊和報警(bo jng)模塊 采用(c

11、iyng)5110液晶屏，其模塊如下：5 軟件設計流程 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，按鍵掃描處理子程序等。5.1主程序流程圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程見圖3.1所示。初始化讀取溫度SET鍵是否按下讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉換開始命令NY調用顯示子程序設置報警溫度圖3.1 主程序流程圖5.2讀出溫度(wnd)子程序讀出溫度子程序的主要功能(gngnng)是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進

12、行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3.2示。5.3溫度(wnd)轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如上圖，圖3.3所示。Y發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗9字節(jié)完？CRC校驗正？確？移入溫度暫存器結束NNY發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉換開始命令 結束 圖3.3 溫度(wnd)轉換流程圖圖3.2 讀溫度(wnd)流程圖5.4 計算(j sun)溫度子程序計算溫度子程

13、序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖3.4所示。5.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當標志位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如圖3.5。 開始溫度零下?溫度值取補碼置“1”標志計算小數(shù)位溫度BCD值 計算整數(shù)位溫度BCD值 結束置“0”標志NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器分離顯示溫度NY標志位為1？Y最高位顯示“”最高為顯示分理出的數(shù)據(jù) 結束 圖3.4計算溫度流程圖 圖3.5顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖5.6按鍵(n jin)掃描處理子程序按鍵采用掃描(somio)查詢方式，設置標志位，當標志位為1時，顯示

14、設置溫度，否則顯示當前溫度。如下圖3.6示。SET鍵按下ADD鍵是否按下DEC鍵是否按下顯示切換標志位是否為“0”調用顯示子程序報警溫度加1報警溫度減1YNYNYN圖3.6 按鍵掃描(somio)處理子程序性能分析本溫度自動報警裝置可以成功地實現(xiàn)現(xiàn)場溫度采集并通過5110液晶屏顯示。1）、測溫范圍099.92）、溫度傳感器采用DS18B20，根據(jù)所選用的傳感器，設計合理的測溫電路。3）、3位數(shù)碼顯示，實時顯示當前溫度值。4)、鍵盤設置溫度上、下限報警值，當溫度到達設定值，蜂鳴器鳴叫報警。5）、記錄歷史最高溫和最低溫度6）、7）、上位機制作7.1 LabVIEW軟件LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)

15、境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學家快速構建各種應用(yngyng)所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學家解決問題、提高生產力和不斷創(chuàng)新。與 C 和BASIC 一樣(yyng)，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)

16、采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調試。 LabVIEW是一種用圖標代替文本(wnbn)行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW 的程序模塊。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW 中被稱

17、為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。7.2基于labview的溫度檢測系統(tǒng)(xtng)上位機設計主要由一個(y )while循環(huán)、一個條件結構、VISA配置串口、VISA寫入、VISA讀取和VISA關閉等控件組成。上位機監(jiān)控界面程序框圖如下圖圖所示。 課程設計體會(thu) 二周(r zhu)的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，并且在軟件反復地調試過程中，對自己編程的技能有了很大的提高。同時也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合(zngh)應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。”千里之行始