数字温度计设计【开题报告】.doc

1、毕业设计（论文）开题报告题目数字温度计设计专业电子信息工程1选题的背景、意义温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为1和01的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。目前温度计的发展很快，从原始的

2、玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。20世纪90年代中期最早推出的数字温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的数字温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0500625。由美国DALLAS半导体公

3、司新研制的DS1624型高分辨力数字温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达003125，测温精度为02。为了提高多通道数字温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道数字温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27S、9S。MAXIM公司生产的DS1620，DS1620是直接数字输出的温度传感器，采用DS1620不需要在AT89S51系统中扩展A/D转换器，因此可以降低电路的复杂性。DS1620是一片8引脚的片内建有温度测量并转换为数字值的集成电路，他集温度传感、温度数据转换与传输、温度控制等功能于一体。测温范围55

4、125，精度为05。该芯片非常容易与单片机连接，实现温度的测控应用，单独做温度控制器使用时，可不用外加其他辅助元件。DS1620可把测得的温度用9位的数据表示出来，同时，本身还有3个温度报警输出，因此在恒温箱、温度计及其它对温度敏感的系统中得到了广泛的应用。2相关研究的最新成果及动态随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比

5、，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。温度传感器集成温度传感器是目前应用范围最广、使用最普及的一种全集成化传感器。其种类很多，大致可分为以下5类1、模拟集成温度传感器；2、模拟集成温度控制器；3、智能温度传感器；4、通用智能温度控制器；5、微机散热保护专用的智能温度控制器。集成温度传感器的主要应用领域有以下3个方面1温度测量可以构成数字温度计、温度变送器、温度巡回检测仪、智能化温度检测系统及网络化测温系统。2温度控制适用于智能化温度测控系统、工业过程控制、现场可编程温度控制系统、环境温度监测及报警系统、中央空调、风扇温控电

6、路、微处理器及微机系统的过热保护装置、现代办公设备、电信设备、服务器中的温度测控系统、电池充电器的过热保护电路、音频功率放大器的过热保护电路及家用电器。3特殊应用例如，热电偶冷端温度补偿、测量温差、测量平均温度、测量温度场、电子密码锁（仅对内含64位ROM的单线总线智能温度传感器而言）及液晶显示器表面温度监测等8。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，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、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，

7、外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，国际上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）；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现

8、测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0500625。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达003125，测温精度为02。为了提高多通道智能温度传感器的转换速

9、率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27S、9S。新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。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总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。单片机的发展

10、现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地15。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有1低功耗CMOS化MCS51系列的8031推出时的功耗达630MW，而现在的单片机普遍都在100MW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS互补金属氧化物半导体工艺。象80C51就采用了HMOS即高密度金属氧化物半导体工艺和CHMOS互补高密度金属氧化物半导体工艺。CMOS虽

11、然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器CPU、随机存取数据存储RAM、只读程序存储器ROM、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW脉宽调制电路、WDT看门狗、有些单片机将LCD液晶驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单

12、片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD表面封装越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。3主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的WINBOND系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而MICROCHIP公司的PIC精简指令集RISC也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势

13、，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。本毕业设计介绍了温度计的测量和控制之间的关系检测是控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技

14、术提供了新的前提手段。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。目前的温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标本设计以单片机作为控制内核，其次主要的就是温度传感器DS18B20，及其他重要部分电路的配合下设计出一套完整的硬件系统，及

15、它的灵魂软件系统。得到了一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。当以单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号进入输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。本

16、系统设计的预期目标为检测温度范围为55度125度，精确到05度。并且能够进行实际温度测试演示。4研究工作详细工作进度和安排201012任务书下达，查阅相关资料。2011110之前完成文献综述，2篇外文文献翻译。20102011第2学期开学第1周完成开题报告。20102011第2学期24周查阅并学习51系列单片机和数字温度传感器DS18B20的资料。20102011第2学期57周学习51系列单片机编程语言并熟悉仿真环境。20102011第2学期89周用软件实现数字温度计的仿真。20102011第2学期1011周撰写论文。201152729毕业答辩。5参考文献1周美娟单片机技术及系统设计M北京清华

17、大学出版社，20072韩志军沈晋源王振波单片机应用系统设计入门向导与设计实例M北京机械工业出版社，20053王幸之钟爱琴等AT89系列单片机原理与接口技术M北京北京航空航天大学出版社，20044YANGY,YIJ,WOO,YY,ANDKIMBOPTIMUMDESIGNFORLINEARITYANDEFFICIENCYOFMICROWAVEDOHERTYAMPLIFIERUSINGANEWLOADMATCHINGTECHNIQUE,MICROWJJ,2001,44,12,PP20365LABORATORYATTHENASALANGLEYRESEARCHCENTERTHEDATAACQUISITI

18、ONANDCONTROLSYSTEMSOFTHEJETNOISEM19986滕召胜，李继锋，黄大春，等基于数字温度传感器DS1620的储粮温度自动测试系统J仪表技术和传感器，2000，（2）28307王主军数字式温度测控芯片DS1620在温度测量中的应用J电子技术应用，1999，25（6）71728刘洋,吴双,赵永刚热电偶温度传感器的研究与发展现状M中国仪器仪表,2003,11139何立民。MCS51单片机应用系统设计。北京航空航天大学出版社，2000年。10赵润林，张迎辉。单片机原理与应用教程。北京大学粗版设，2005年。11何立民。单片机中级教程原理与应用。北京航空航天大学出版社，2000年。12周向红，刘国繁51系列单片机应用于实践教程M北京北京航空航天大学出版社，200811820013孙涵芳，徐爱御单片机原理及应用M北京北京航空航天大学出版社，198810514李建民单片机在温度控制系统中的应用J江汉大学学报,199610215占沙友智能化集成温度传感器原理及应用M机械工业出版社，20023435