1、数字温度传感器测温显示系统毕业设计开题报告毕业设计题目学生姓名：徐敬先指导教师：王苏卫（报告内容包括课题的意义、国内外发展状况、本课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤以及参考文献资料等。 ）)课题的研究意义随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域，使得温度控制在生产生活领域有着广泛的应用。温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常用到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到的测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通
2、过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。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，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机 AT89S51，测温传感器使用 DS18B20，采用 LcD1602 液晶显示能准确达到以上要求。2）国内外发展状况目前温度计的发展很快，从原始的玻璃温度计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。主要温度仪表，如热电偶、热电阻及辐射温度计等在技术上已
3、经成熟，但是它们只能在传统的场合应用，尚不能满足简单、快速、准确测温的要求，尤其是高科技领域。因此，各国专家都在有针对性地竞相开发各种新型温度传感器及特殊与实用测温技术，如采用光纤、激光及遥感或存储等技术的新型温度计已经实用化。XX 年起中国数字温度计及恒温器市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励电子温度计及恒温器产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对电子温度计及恒温器行业的关注越来越密切，这使得电子温度计及恒温器行业的发展需求增大。本文研究一种基于单片机温度控制系统，以克服传统方法的不足。3）研究内容和方法采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检
4、测。用 LcD1602 液晶直接显示温度值，单片机系统作为电子温度计的控制、显示系统。本系统从以下三个方面来考虑：（1）检测的温度范围：0100，检测分辨率0.5。（2）用 LcD1602 来显示温度值。（3）超过警戒值（自己定义）要报警提示。主要采用 DS18B20 温度传感功能，检测当前的温度值，通过液晶将当前温度值显示出来，当检测的温度值超过所设定的温度范围时，报警提醒，达到精确检测的目的。本系统主要由四部分组成：）传感器数据采集部分即温度检测模块，如果采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度的测量范围，但是热敏电阻精度、重复性，可靠性差，对于检测 1 摄氏度的信号是不适用，可
5、以采用智能集成数字温度传感器DS18B20。DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 To92 小体积封装形式；温度测量范围为55125,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 可以接在一根线上，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。2）温度显示部分可选用 LED 数码管显示，也可选用LcD 液晶显示。此模块选用 LcD1602。
6、3）上下限报警调整模块通过按键设置报警温度，采用蜂鸣器报警。4）单片机主板部分智能模块主要指单片机部分，它主要完成传感器信号的接收以及处理工作，本模块的设计首先要做好单片机的选型，考虑到性能以及成本选用AT89S52。整个系统是以 AT89S52 控制下工作的。其工作过程是：首先温度按键设定上下极限温度范围，然后温度传感器DS18B20 采集当前温度信号，单片机接收此信号，通过处理在液晶 LcD1602 显示当前温度值。若测得温度超过所设定的范围时，蜂鸣器发出报警信号。鉴于此，本毕业设计所要完成的任务目标是：（1）设计电子温度计的信号检测部分（2）设计电子温度计的信号处理部分（3）设计电子温度
7、计的主控制器部分（4）设计电子温度计的显示部分及报警部分（5）编写调试相关软件设计（6）实验平台的搭建（7）整机调试4）全球传感器未来发展趋势及 4 大重要领域近年来，传感器技术新原理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛，新品种、新结构、新应用不断涌现。其中， “五化”成为其发展的重要趋势。一是智能化，两种发展轨迹齐头并进。一个方向是多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等的集成，可全部或部分实现信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯，以及内部自检、自校、自补偿、自诊断等功能，具有低成本、高精度的信息采集、可数据存储和通信、编程自动化和功能多样化等特点。如美国凌力尔特公司的智能传感器
8、安装了 ARm 架构的 32 位处理器。另一个方向是软传感技术，即智能传感器与人工智能相结合，目前已出现各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器，并已经在智能家居等方面得到利用。如 NEc 开发出了对大量的传感器监控实施简化的新方法“不变量分析技术” ，并已于今年面向基础设施系统投入使用。二是可移动化，无线传感网技术应用加快。无线传感网技术的关键是克服节点资源限制，并满足传感器网络扩展性、容错性等要求。该技术被美国麻省理工学院的技术评论杂志评为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。目前研发重点主要在路由协议的设计、定位技术、时间同步技术、数据融合技术、嵌入
9、式操作系统技术、网络安全技术、能量采集技术等方面。迄今，一些发达国家及城市在智能家居、精准农业、林业监测、军事、智能建筑、智能交通等领域对技术进行了应用。如，从 mIT独立出来的 VoltreePowerLLc 公司受美国农业部的委托，在加利福尼亚州的山林等处设置温度传感器，构建了传感器网络，旨在检测森林火情，减少火灾损失。三是微型化，mEmS 传感器研发异军突起。随着集成微电子机械加工技术的日趋成熟，mEmS 传感器将半导体加工工艺引入传感器的生产制造，实现了规模化生产，并为传感器微型化发展提供了重要的技术支撑。近年来，日本、美国、欧盟等在半导体器件、微系统及微观结构、速度测量、微系统加工方
10、法/设备、麦克风/扬声器、水平/测距/陀螺仪、光刻制版工艺和材料性质的测定/分析等技术领域取得了重要进展。目前，mEmS 传感器技术研发主要在以下几个方向：微型化的同时降低功耗;提高精度;实现 mEmS 传感器的集成化及智慧化;开发与光学、生物学等技术领域交叉融合的新型传感器，如 momES 传感器、生物化学传感器以及纳米传感器。四是集成化，多功能一体化传感器受到广泛关注。传感器集成化包括两类：一种是同类型多个传感器的集成，即同一功能的多个传感元件用集成工艺在同一平面上排列，组成线性传感器。另一种是多功能一体化，如几种不同的敏感元器件制作在同一硅片上，制成集成化多功能传感器，集成度高、体积小，
11、容易实现补偿和校正，是当前传感器集成化发展的主要方向。如意法半导体提出把组合了多个传感器的模块作为传感器中枢来提高产品功能;东芝公司已开发出晶圆级别的组合传感器，并于今年 3 月发布能够同时检测脉搏、心电、体温及身体活动等 4 种生命体征信息，并将数据无线发送至智能手机或平板电脑等的传感器模块“Silmee”。五是多样化，新材料技术的突破加快了多种新型传感器的涌现。新型敏感材料是传感器的技术基础，材料技术研发是提升性能、降低成本和技术升级的重要手段。除了传统的半导体材料、光导纤维等，有机敏感材料、陶瓷材料、超导、纳米和生物材料等成为研发热点，生物传感器、光纤传感器、气敏传感器、数字传感器等新型
12、传感器加快涌现。如光纤传感器是利用光纤本身的敏感功能或利用光纤传输光波的传感器，有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、绝缘性好、体积小、耗电少等特点，目前已应用的光纤传感器可测量的物理量达 70 多种，发展前景广阔;气敏传感器能将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出，具有稳定性好、重复性好、动态特性好、响应迅速、使用维护方便等特点，应用领域非常广泛。另据BccResearch 公司指出，生物传感器和化学传感器有望成为增长最快的传感器细分领域，预计 XX 至 2019 年的年均复合增长率可达 9.7%。未来值得关注的四大领域随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展
13、的需求，四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。一是可穿戴式应用。据美国 ABI 调查公司预测，XX 年可穿戴式传感器的数量将会达到 1.6 亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达 10 余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等，实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前，可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展，如电子肌肤等。日前，东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状，单位面积重量只有 3g/m2，是普通纸张的 1/27 左右，厚度
14、也只有 2 微米。二是无人驾驶。美国 IHS 公司指出，推进无人驾驶发展的传感器技术应用正在加快突破。在该领域，谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果，通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪，以每秒 20 次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智能软件进行分析，预测相关路况未来动向，同时结合谷歌地图来进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达、佛罗里达和加利福尼亚州获得上路行使权。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发，有的车型已接近量产。三是医护和健康监测。国内外众多医疗研究机构，包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重
15、要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光的图像传感器，其原理是照射近红外光 LED 后，使用专用摄像元件拍摄反射光，通过改变近红外光的波长获取图像，然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。四是工业控制。XX 年，GE 公司在工业互联网：突破智慧与机器的界限报告中提出，通过智能传感器将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材
16、料科学的限制，并将改变世界的运行方式。报告同时指出，美国通过部署工业互联网，各行业可实现 1%的效率提升，15年内能源行业将节省 1%的燃料。XX 年 1 月，GE 在纽约一家电池生产企业共安装了 1 万多个传感器，用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据，而工厂的管理人员可以通过 iPad 获取这些数据，从而对生产进行监督。此外，荷兰壳牌、富士电机等跨国公司也都在该领域采取了行动。传感器产业化发展的重要趋势近年来，随着技术研发的持续深入，成本的下降，性能和可靠性的提升，在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下，传感器的典型应用市场发展迅速。据 BccResearch 公司分析指出，XX 年全球传感器市场规模预计达到 795 亿美元，2019 年则有望达到 1161 亿美元，复合年增长率可达 7.9%。亚太地区将成为最有潜力的市场。目前，美国、日本、欧洲各国的传感器技术先进、上下游产业配套成熟，是中高端传感器产品的主要生产者和最大的应用市场。同时，亚太地区成为最有潜力的未来市场。英泰诺咨询公司指出，未来几年亚太地区市场份额将持续增长，预计 XX 年将提高至 38.1%，北美和西欧市场份额将略有下降。交通、信息通信成为市场增长最快的领域。据英泰诺咨询公司预测，XX 年全球汽车传感器规模可达 419.7 亿欧
