專業(yè)綜合實(shí)踐開(kāi)題報(bào)告

專業(yè)綜合實(shí)踐開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)教學(xué)院系專業(yè)年級(jí)指導(dǎo)教師完成時(shí)間年月日專業(yè)綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)綜述1.1研究背景在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量與控制，并且有時(shí)是對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量，比如冷庫(kù)溫度監(jiān)控、環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控、糧庫(kù)溫度監(jiān)控等。在這種情況下，多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)通常能夠?qū)Χ鄠€(gè)工作點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，顯示當(dāng)前溫度，并能夠?qū)囟冗M(jìn)行存儲(chǔ)和報(bào)警，還能將溫度上傳至PC機(jī)，進(jìn)行后續(xù)處理。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻，需很多硬件支持并且電路復(fù)雜。本文將設(shè)計(jì)一款由新型的數(shù)字溫度傳感器配合單片機(jī)，具有溫度檢測(cè)、顯示、存儲(chǔ)及報(bào)警等功能的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無(wú)法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，檢測(cè)儀表是不可或缺的一部分的理由，還可由以下兩方面來(lái)看：傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備如在其上增加了必要的傳感器，配備精密測(cè)量部件(附件)，則其功能和精度可以提高，便于用戶操作和維護(hù)，安全等級(jí)也可以提高，設(shè)備可以增值；工業(yè)設(shè)備作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象或作為自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，必須能與自動(dòng)化系統(tǒng)的三部分(檢測(cè)、控制、執(zhí)行)相兼容或提供接口，使之集成為一個(gè)有機(jī)的整體，無(wú)論是單機(jī)自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分，都使該工業(yè)設(shè)備的用途擴(kuò)大。綜上所述，作為工業(yè)設(shè)備本身增加傳感器和檢測(cè)儀表、測(cè)量?jī)x表或提供接口，是傳統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代的必要條件。智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代問(wèn)世的，它是多路溫度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有點(diǎn)產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），別且可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，其智能化取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì):第一，提高測(cè)溫精度和分辨力。第二，增加測(cè)試功能。第三，總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。第四，可靠性及安全性設(shè)計(jì)。第五，虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器。集成智能傳感器是較新的發(fā)展領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)空間，它主要利用集成電路的工藝和微機(jī)械加工技術(shù)取得研究進(jìn)展，但比國(guó)外集成電路的主流工藝要落后到兩代以上。如果我國(guó)把集成智能傳感器的研制和生產(chǎn)作為半導(dǎo)體工藝的主要發(fā)展方向之一，就可以在現(xiàn)在的集成電路工藝線和微機(jī)械加工的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)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(shù)，并拓展應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，使其成為未來(lái)傳感器發(fā)展的主流。電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使傳感器技術(shù)、特別是集成智能傳感器技術(shù)日趨活躍發(fā)展，近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)外一些著名的公司和高等院校正在大力開(kāi)展有關(guān)集成智能傳感器的研制，國(guó)內(nèi)一些著名的高校和研究所也積極跟進(jìn)，集成智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展。理解寬量程溫度檢測(cè)儀的主要電路結(jié)構(gòu)和工作原理,整個(gè)系統(tǒng)采用模擬溫度傳感器來(lái)拓寬測(cè)溫范圍,以單片機(jī)為核心完成溫度的巡測(cè)、數(shù)據(jù)處理、顯示及上下限報(bào)警功能。提出了溫精度進(jìn)一步提高的設(shè)計(jì)方法及溫度的標(biāo)定方法。1.3課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容和系統(tǒng)方案1.3.1課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容本設(shè)計(jì)是多路溫度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，以單片機(jī)AT89C51為中心器件，它采用智能溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給AT89C51，單片機(jī)按照通信協(xié)議用一個(gè)IO口模擬DS18B20的時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用LED顯示各點(diǎn)的溫度。在系統(tǒng)啟動(dòng)之時(shí)，可以通過(guò)按鍵設(shè)置各點(diǎn)溫度的上下限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，從而遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)溫度系統(tǒng)的管理和控制。系統(tǒng)主要包括4個(gè)模塊有溫度傳感器接口設(shè)計(jì)模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊及時(shí)鐘模塊。功能面板設(shè)計(jì)：6個(gè)倉(cāng)庫(kù)報(bào)警燈：12 3 4 5 6顯示1到6號(hào)十位個(gè)位小數(shù)位℃?zhèn)}庫(kù)號(hào)溫度 正常P+-L 低報(bào) 高報(bào)功能鍵位選按鈕循環(huán)/鎖定功能說(shuō)明：面板最上面一排設(shè)置6個(gè)報(bào)警燈分別顯示對(duì)應(yīng)倉(cāng)庫(kù)的高報(bào)，高高報(bào)用蜂鳴報(bào)警器提示。倉(cāng)庫(kù)號(hào)用一位顯示，溫度測(cè)量范圍為0-99℃，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，故需要三位顯示，所以選用一片4位LED數(shù)碼管。攝氏度符號(hào)繪于數(shù)碼管右側(cè)?！癓”鍵為循環(huán)/鎖定按鈕，系統(tǒng)初始狀態(tài)下自動(dòng)循環(huán)顯示6個(gè)倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)溫度，此時(shí)其他按鈕無(wú)效。當(dāng)按下“L”鍵后，停止循環(huán)，鎖定某一通道，靜止顯示某一倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)溫度，此時(shí)可以使用其他按鈕對(duì)該通道的實(shí)時(shí)值、低限溫度、高限溫度等經(jīng)行操作。當(dāng)再次按下“L”鍵后，系統(tǒng)再次進(jìn)入循環(huán)顯示模式，如此循環(huán)。在鎖定狀態(tài)下，系統(tǒng)初始默認(rèn)顯示當(dāng)前通道的實(shí)時(shí)溫度，按下“P”鍵一次，顯示當(dāng)前通道的低限溫度，并可利用位選按鈕、“+”、“-”鍵修改低限溫度；再次按下“P”鍵，顯示當(dāng)前通道的高限溫度，同樣可利用位選按鈕、“+”、“-”鍵修改高限溫度。再次按下“P”鍵又回到當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度顯示，如此循環(huán)。“P”鍵為功能鍵，用以在鎖定狀態(tài)下切換顯示某一通道的實(shí)時(shí)溫度、低限溫度、高限溫度。左側(cè)三盞指示燈追蹤顯示“P”當(dāng)前選擇的狀態(tài)。各元器件功能DS18B20的主要特性1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電2、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊3、DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)5、溫范圍－55℃～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃6、可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫7、在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖DS18B20(1)DS18B20(2)DS18B20(3)功能指示燈DS18B20(4)功能指示燈DS18B20(5)DS18B20(6)鍵盤(pán)組（報(bào)警溫度設(shè)定、溫度傳感器開(kāi)關(guān)、顯示數(shù)碼管選擇顯示按鈕）數(shù)碼管顯示MSP430鍵盤(pán)組（報(bào)警溫度設(shè)定、溫度傳感器開(kāi)關(guān)、顯示數(shù)碼管選擇顯示按鈕）數(shù)碼管顯示MSP430(AT89C51)報(bào)警(高報(bào)、高高報(bào))功能指示燈功能指示燈設(shè)計(jì)任務(wù)和功能功能要求：(1)溫度測(cè)量范圍0-99℃。(2)溫度分辨率±0.1℃。(3)選擇合適的溫度傳感器。(4)使用鍵盤(pán)輸入溫度的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，溫度超出范圍時(shí)候報(bào)警。高報(bào)采用三色燈顯示，高高報(bào)采用蜂鳴報(bào)警器提示。參考文獻(xiàn)[1]孫涵芳.MCS-51/96系列單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社.[2]楊麗君.AT89C51單片機(jī)控制的多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)[J].[期刊]自動(dòng)化與儀表.2000.06.05[3]陸劍.基于MSP430的溫度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J