數(shù)字溫度傳感器測溫顯示系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計開題報告.doc

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數(shù)字溫度傳感器測溫顯示系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計開題報告 　　畢業(yè)設(shè)計題目 　　學生姓名： 徐敬先 　　指導教師：王蘇衛(wèi) 　?。▓蟾鎯?nèi)容包括課題的意義、國內(nèi)外發(fā)展狀況、本課題的研究內(nèi)容、研究方法、研究手段、研究步驟以及參考文獻資料等。） 　　1)課題的研究意義 　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，使得溫度控制在生產(chǎn)生活領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 　　溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領(lǐng)域最常用到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。最常見到的測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如：水銀玻璃溫度計，酒精溫度計。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。利用單片機和溫度傳感器構(gòu)成的電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，有直觀準確。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機at89s51，測溫傳感器使用ds18b20，采用lcd1602液晶顯示能準確達到以上要求。 　　2）國內(nèi)外發(fā)展狀況 　　目前溫度計的發(fā)展很快，從原始的玻璃溫度計管溫度計發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數(shù)字溫度計、電子溫度計等等。主要溫度儀表，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計等在技術(shù)上已經(jīng)成熟，但是它們只能在傳統(tǒng)的場合應(yīng)用，尚不能滿足簡單、快速、準確測溫的要求，尤其是高科技領(lǐng)域。因此，各國專家都在有針對性地競相開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊與實用測溫技術(shù)，如采用光纖、激光及遙感或存儲等技術(shù)的新型溫度計已經(jīng)實用化。 　　XX年起中國數(shù)字溫度計及恒溫器市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵電子溫度計及恒溫器產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對電子溫度計及恒溫器行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得電子溫度計及恒溫器行業(yè)的發(fā)展需求增大。本文研究一種基于單片機溫度控制系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)方法的不足。 　　3）研究內(nèi)容和方法 　　采用數(shù)字式溫度傳感器為檢測器件，進行單點溫度檢測。用lcd1602液晶直接顯示溫度值，單片機系統(tǒng)作為電子溫度計的控制、顯示系統(tǒng)。 　　本系統(tǒng)從以下三個方面來考慮： 　?。?）檢測的溫度范圍：0℃～100℃，檢測分辨率 0.5℃。 　?。?）用lcd1602來顯示溫度值。 　　（3）超過警戒值（自己定義）要報警提示。 　　主要采用ds18b20溫度傳感功能，檢測當前的溫度值，通過液晶將當前溫度值顯示出來，當檢測的溫度值超過所設(shè)定的溫度范圍時，報警提醒，達到精確檢測的目的。 　　本系統(tǒng)主要由四部分組成： 　　1）傳感器數(shù)據(jù)采集部分即溫度檢測模塊，如果采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度的測量范圍，但是熱敏電阻精度、重復性，可靠性差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用，可以采用智能集成數(shù)字溫度傳感器ds18b20。ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳to－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個ds18b20可以接在一根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 　　2）溫度顯示部分可選用led數(shù)碼管顯示，也可選用lcd液晶顯示。此模塊選用lcd1602。 　　3）上下限報警調(diào)整模塊通過按鍵設(shè)置報警溫度，采用蜂鳴器報警。 　　4）單片機主板部分智能模塊主要指單片機部分，它主要完成傳感器信號的接收以及處理工作，本模塊的設(shè)計首先要做好單片機的選型，考慮到性能以及成本選用at89s52。 　　整個系統(tǒng)是以at89s52控制下工作的。其工作過程是：首先溫度按鍵設(shè)定上下極限溫度范圍，然后溫度傳感器ds18b20采集當前溫度信號，單片機接收此信號，通過處理在液晶lcd1602顯示當前溫度值。若測得溫度超過所設(shè)定的范圍時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。 　　鑒于此，本畢業(yè)設(shè)計所要完成的任務(wù)目標是： 　?。?）設(shè)計電子溫度計的信號檢測部分 　?。?）設(shè)計電子溫度計的信號處理部分 　?。?）設(shè)計電子溫度計的主控制器部分 　　（4）設(shè)計電子溫度計的顯示部分及報警部分 　?。?）編寫調(diào)試相關(guān)軟件設(shè)計 　?。?）實驗平臺的搭建 　?。?）整機調(diào)試 　　4）全球傳感器未來發(fā)展趨勢及4大重要領(lǐng)域(轉(zhuǎn)) 　　近年來，傳感器技術(shù)新原理、新材料和新技術(shù)的研究更加深入、廣泛，新品種、新結(jié)構(gòu)、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。其中，“五化”成為其發(fā)展的重要趨勢。 　　一是智能化，兩種發(fā)展軌跡齊頭并進。一個方向是多種傳感功能與數(shù)據(jù)處理、存儲、雙向通信等的集成，可全部或部分實現(xiàn)信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通訊，以及內(nèi)部自檢、自校、自補償、自診斷等功能，具有低成本、高精度的信息采集、可數(shù)據(jù)存儲和通信、編程自動化和功能多樣化等特點。如美國凌力爾特(lineartechnology)公司的智能傳感器安裝了arm架構(gòu)的32位處理器。另一個方向是軟傳感技術(shù)，即智能傳感器與人工智能相結(jié)合，目前已出現(xiàn)各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)的高度智能傳感器，并已經(jīng)在智能家居等方面得到利用。如nec開發(fā)出了對大量的傳感器監(jiān)控實施簡化的新方法“不變量分析技術(shù)”，并已于今年面向基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)投入使用。 　　二是可移動化，無線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用加快。無線傳感網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是克服節(jié)點資源限制(能源供應(yīng)、計算及通信能力、存儲空間等)，并滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)擴展性、容錯性等要求。該技術(shù)被美國麻省理工學院(mit)的《技術(shù)評論》雜志評為對人類未來生活產(chǎn)生深遠影響的十大新興技術(shù)之首。目前研發(fā)重點主要在路由協(xié)議的設(shè)計、定位技術(shù)、時間同步技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、能量采集技術(shù)等方面。迄今，一些發(fā)達國家及城市在智能家居、精準農(nóng)業(yè)、林業(yè)監(jiān)測、軍事、智能建筑、智能交通等領(lǐng)域?qū)夹g(shù)進行了應(yīng)用。如，從mit獨立出來的voltreepowerllc公司受美國農(nóng)業(yè)部的委托，在加利福尼亞州的山林等處設(shè)置溫度傳感器，構(gòu)建了傳感器網(wǎng)絡(luò)，旨在檢測森林火情，減少火災(zāi)損失。 　　三是微型化，mems傳感器研發(fā)異軍突起。隨著集成微電子機械加工技術(shù)的日趨成熟，mems傳感器將半導體加工工藝(如氧化、光刻、擴散、沉積和蝕刻等)引入傳感器的生產(chǎn)制造，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，并為傳感器微型化發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。近年來，日本、美國、歐盟等在半導體器件、微系統(tǒng)及微觀結(jié)構(gòu)、速度測量、微系統(tǒng)加工方法/設(shè)備、麥克風/揚聲器、水平/測距/陀螺儀、光刻制版工藝和材料性質(zhì)的測定/分析等技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進展。目前，mems傳感器技術(shù)研發(fā)主要在以下幾個方向：(1)微型化的同時降低功耗;(2)提高精度;(3)實現(xiàn)mems傳感器的集成化及智慧化;(4)開發(fā)與光學、生物學等技術(shù)領(lǐng)域交叉融合的新型傳感器，如momes傳感器(與微光學結(jié)合)、生物化學傳感器(與生物技術(shù)、電化學結(jié)合)以及納米傳感器(與納米技術(shù)結(jié)合)。 　　四是集成化，多功能一體化傳感器受到廣泛關(guān)注。傳感器集成化包括兩類：一種是同類型多個傳感器的集成，即同一功能的多個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列，組成線性傳感器(如ccd圖像傳感器)。另一種是多功能一體化，如幾種不同的敏感元器件制作在同一硅片上，制成集成化多功能傳感器，集成度高、體積小，容易實現(xiàn)補償和校正，是當前傳感器集成化發(fā)展的主要方向。如意法半導體提出把組合了多個傳感器的模塊作為傳感器中樞來提高產(chǎn)品功能;東芝公司已開發(fā)出晶圓級別的組合傳感器，并于今年3月發(fā)布能夠同時檢測脈搏、心電、體溫及身體活動等4種生命體征信息，并將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至智能手機或平板電腦等的傳感器模塊“silmee”。 　　五是多樣化，新材料技術(shù)的突破加快了多種新型傳感器的涌現(xiàn)。新型敏感材料是傳感器的技術(shù)基礎(chǔ)，材料技術(shù)研發(fā)是提升性能、降低成本和技術(shù)升級的重要手段。除了傳統(tǒng)的半導體材料、光導纖維等，有機敏感材料、陶瓷材料、超導、納米和生物材料等成為研發(fā)熱點，生物傳感器、光纖傳感器、氣敏傳感器、數(shù)字傳感器等新型傳感器加快涌現(xiàn)。如光纖傳感器是利用光纖本身的敏感功能或利用光纖傳輸光波的傳感器，有靈敏度高、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、絕緣性好、體積小、耗電少等特點，目前已應(yīng)用的光纖傳感器可測量的物理量達70多種，發(fā)展前景廣闊;氣敏傳感器能將被測氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出，具有穩(wěn)定性好、重復性好、動態(tài)特性好、響應(yīng)迅速、使用維護方便等特點，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。另據(jù)bccresearch公司指出，生物傳感器和化學傳感器有望成為增長最快的傳感器細分領(lǐng)域，預計XX至2019年的年均復合增長率可達9.7%。 　　未來值得關(guān)注的四大領(lǐng)域 　　隨著材料科學、納米技術(shù)、微電子等領(lǐng)域前沿技術(shù)的突破以及經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，四大領(lǐng)域可能成為傳感器技術(shù)未來發(fā)展的重點。 　　一是可穿戴式應(yīng)用。據(jù)美國abi調(diào)查公司預測，XX年可穿戴式傳感器的數(shù)量將會達到1.6億。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴設(shè)備是最受關(guān)注的硬件創(chuàng)新。谷歌眼鏡內(nèi)置多達10余種的傳感器，包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器、磁力傳感器、線性加速傳感器等，實現(xiàn)了一些傳統(tǒng)終端無法實現(xiàn)的功能，如使用者僅需眨一眨眼睛就可完成拍照。當前，可穿戴設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域正從外置的手表、眼鏡、鞋子等向更廣闊的領(lǐng)域擴展，如電子肌膚等。日前，東京大學已開發(fā)出一種可以貼在肌膚上的柔性可穿戴式傳感器。該傳感器為薄膜狀，單位面積重量只有3g/m2，是普通紙張的1/27左右，厚度也只有2微米。 　　二是無人駕駛。美國ihs公司指出，推進無人駕駛發(fā)展的傳感器技術(shù)應(yīng)用正在加快突破。在該領(lǐng)域，谷歌公司的無人駕駛車輛項目開發(fā)取得了重要成果，通過車內(nèi)安裝的照相機、雷達傳感器和激光測距儀，以每秒20次的間隔，生成汽車周邊區(qū)域的實時路況信息，并利用人工智能軟件進行分析，預測相關(guān)路況未來動向，同時結(jié)合谷歌地圖來進行道路導航。谷歌無人駕駛汽車已經(jīng)在內(nèi)華達、佛羅里達和加利福尼亞州獲得上路行使權(quán)。奧迪、奔馳、寶馬和福特等全球汽車巨頭均已展開無人駕駛技術(shù)研發(fā)，有的車型已接近量產(chǎn)。 　　三是醫(yī)護和健康監(jiān)測。國內(nèi)外眾多醫(yī)療研究機構(gòu)，包括國際著名的醫(yī)療行業(yè)巨頭在傳感器技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域方面已取得重要進展。如羅姆公司目前正在開發(fā)一種使用近紅外光(nir)的圖像傳感器，其原理是照射近紅外光led后，使用專用攝像元件拍攝反射光，通過改變近紅外光的波長獲取圖像，然后通過圖像處理使血管等更加鮮明地呈現(xiàn)出來。一些研究機構(gòu)在能夠嵌入或吞入體內(nèi)的材料制造傳感器方面已取得進展。如美國佐治亞理工學院正在開發(fā)具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內(nèi)嵌入式傳感器，該器件由導電金屬和絕緣薄膜構(gòu)成，能夠根據(jù)構(gòu)成的共振電路的頻率變化檢測出壓力的變化，發(fā)揮完作用之后就會溶解于體液中。 　　四是工業(yè)控制。XX年，ge公司在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧與機器的界限》報告中提出，通過智能傳感器將人機連接，并結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，可以突破物理和材料科學的限制，并將改變世界的運行方式。報告同時指出，美國通過部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，各行業(yè)可實現(xiàn)1%的效率提升，XX年內(nèi)能源行業(yè)將節(jié)省1%的燃料(約660億美元)。XX年1月，ge在紐約一家電池生產(chǎn)企業(yè)共安裝了1萬多個傳感器，用于監(jiān)測生產(chǎn)時的溫度、能源消耗和氣壓等數(shù)據(jù)，而工廠的管理人員可以通過ipad獲取這些數(shù)據(jù)，從而對生產(chǎn)進行監(jiān)督。 　　此外，荷蘭殼牌、富士電機等跨國公司也都在該領(lǐng)域采取了行動。 　　傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要趨勢 　　近年來，隨著技術(shù)研發(fā)的持續(xù)深入，成本的下降，性能和可靠性的提升，在物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)和高端裝備制造快速發(fā)展的推動下，傳感器的典型應(yīng)用市場發(fā)展迅速。據(jù)bccresearch公司分析指出，XX年全球傳感器市場規(guī)模預計達到795億美元，2019年則有望達到1161億美元，復合年增長率可達7.9%。 　　亞太地區(qū)將成為最有潛力的市場。目前，美國、日本、歐洲各國的傳感器技術(shù)先進、上下游產(chǎn)業(yè)配套成熟，是中高端傳感器產(chǎn)品的主要生產(chǎn)者和最大的應(yīng)用市場。同時，亞太地區(qū)成為最有潛力的未來市場。英泰諾咨詢公司指出，未來幾年亞太地區(qū)市場份額將持續(xù)增長，預計XX年將提高至38.1%，北美和西歐市場份額將略有下降。 　　交通、信息通信成為市場增長最快的領(lǐng)域。據(jù)英泰諾咨詢公司預測，XX年全球汽車傳感器規(guī)?？蛇_419.7億歐元，占全球市場的22.8%;信息通信行業(yè)至XX年也可達421.6億歐元，占全球市場的22.9%，且有可能成為最大的單一應(yīng)用市場。而醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、油氣管道、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用將成為新熱點，有望在未來創(chuàng)造更多的市場需求。 　　企業(yè)并購日趨活躍。美國、德國和日本等國的傳感器大型企業(yè)技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)雄厚，各企業(yè)均形成了各自的技術(shù)優(yōu)勢，整體市場的競爭格局已初步確立(附表)。需要指出的是，大公司通過兼并重組，掌控技術(shù)標準和專利，在“高、精、尖”傳感器和新型傳感器市場上逐步形成壟斷地位。在大企業(yè)的競爭壓力下，中小企業(yè)則向“小(中)而精、小而?！钡姆较虬l(fā)展，開發(fā)專有技術(shù)，產(chǎn)品定位特定細分市場。據(jù)統(tǒng)計，XX年7月至XX年9月，傳感器行業(yè)中大規(guī)模并購交易多達20多次。如美國私募股權(quán)公司veritascapitaliii以5億美元現(xiàn)金收購珀金埃爾默公司的照明和檢測解決方案(ids)業(yè)務(wù);英國思百吉公司以4.75億美元收購美國歐米茄工程公司的溫度、測量設(shè)備制造業(yè)務(wù)。目前，越來越多的并購交易在新興市場國家出現(xiàn)。 　　5）參考文獻 　　[1]胡燁， 姚鵬翼. protel 99 se 電路設(shè)計與仿真教程.北京：機械工業(yè)出版社， XX 　　[2]強錫富．傳感器[m]．北京：機械工業(yè)出版社，XX 　　[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.北京：高等教育出版社，1998 　　[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，1998 　　[5]劉守義.單片機應(yīng)用技術(shù)[m].西安：西安電子科技大學出版社，XX. 　　[6]李廣弟．單片機基礎(chǔ)．北京航空航天大學出版社，1994年 　　[7]孫煥銘. 51單片機c語言程序應(yīng)用實例詳解.北京：北京航空航天大學出版社，XX 　　設(shè)計題目 　　摘要：（內(nèi)容為宋體四號字） 　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，溫度自動檢測和顯示系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。人們在溫度檢測的準確度、便捷、快速等方面有著越來越高的要求。而傳統(tǒng)的溫度傳感器已經(jīng)不能滿足人們的需求，其漸漸被新型的溫度傳感器所代替。 　　本文設(shè)計并制作了一個簡易溫度計。本設(shè)計采用了單片機at89s52和溫度傳感器ds18b20組成了溫度自動測控系統(tǒng)，可根據(jù)實際需要任意設(shè)定溫度值，并進行自動控制。在此設(shè)計中利用了at89s52單片機作為主控制器件，ds18b20作為測溫傳感器通過lcd數(shù)碼管串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。通過ds18b20直接讀取被測溫度值，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，能夠設(shè)置溫度上下限來設(shè)置報警溫度。并且在到達報警溫度后，系統(tǒng)會自動報警。 　　本文設(shè)計是從測溫電路、主控電路、報警電路等幾個方面來分析說明的。該器件可直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。另外，該溫度計還能直接采用測溫器件測量溫度。從而簡化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。此設(shè)計的優(yōu)點主要體現(xiàn)在可操作性強，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)簡單，擁有很大的擴展空間等。 　　關(guān)鍵詞：單片機；溫度傳感器；溫度計；報警