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传感器论文_

发布日期:2020-06-14 02:43

  传感器论文_电子/电路_工程科技_专业资料。传感器论文 基于 ds18b20 传感器的数字温度 目录 摘要 一,设计课题介绍 二,设计目的 三,基本要求 四,电路设计方案 五,实验的器材选择 六,设计流程图 七,电路设计图 八,各部分电路分

  传感器论文 基于 ds18b20 传感器的数字温度 目录 摘要 一,设计课题介绍 二,设计目的 三,基本要求 四,电路设计方案 五,实验的器材选择 六,设计流程图 七,电路设计图 八,各部分电路分析 1 电源电路 2 单片机电路 3 接口电路 4 数字显示电路 5 蜂鸣器电路 6 DS18B20 温度传感器 九,原理图的制作 十,电路的制作与调试 摘 要 :温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一,随着传感器在 生产和生活中的更加广泛的应用, 利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试 与控制得到更快的开发,随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工 作,科研 , 各个 领域 。 一种 数字式温度计以数字温度传感器作感温元件 , 它以单总线 的连接方式, 使电路大大的简化。 传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器, 这类传感 器可靠性差,测量温度准确率低且电路复杂。因此,本温度计摆脱了传统的温度测 量方法,利用单片机对传感器制这样易于智能化控制。 基于 DS18B20 温度传感器设计 一. 设计课题 介绍在生产和生活的很多地方需要对环境的温度有一定的要求, 当温度超过某一 定的范围时,需要自动或人为的调节环境温度,以达到生产和生活的需要。温度传 感器可以感知环境的温度,并将感知的环境温度通过显示电路将其显示出来,如果外 感知温度超出单片机程序内面设计的温度的范围。 则由蜂鸣器发出声音,365bet, 提出警告。 从而调整环境温度。 二. 设计目的 1.使用度传感器 DS18B20 以及围绕该传感器设计的一些电路。 2.每个模块电路的工作理。 3.学会原理图的画法和 PCB 板的制作。 三.基本要求 1.设定一个温度范围,与温度传感器感知的温度进行比较,从而控制蜂鸣器提 出警告。 2.当温度超出设定的范围时由蜂鸣器发出警报声。从而调整环境的温度已达到 需求。 3.设计电路要采用简单,精确的方案。尽量降低设计的成本。 四.电路设计方案 1.该电路主要是利用 5 个模块电路组成:1 单片机模块电。用单片机电路来接收 温度传感器的感知温度,并将温度通过显示电路显示出来,并与设定的初值进行比较控 制蜂鸣器发出警报声。 2.温度传感器模块。主要采用该芯片组接电路。 3.显示电路模块。主要采用四个共阴极的数码管和 74LS164 组接的显示电路。 4.接口电路。该电路是用来连接单片机与显示电路的。 5.电源电路。电路模块是用来为单片机以及相关的元器件提供工作电源的。 五.实验的器材选择 DS18B20 一 个 ,80C51 芯 片 , 74LS164 芯片一个,4 位共阴极数码管一个,电阻若干个 (根据实验的需要) , 电容若干个 (根据实验的需要) ,LED (若干个) , 稳压管, 二极管, 220V 的电源。 六.设计流程图 环境温度 感知 温度传感 温度 单片机电路 温度控制 控制 蜂鸣器报警电路 温度 数字显示电路 图 1 DS18B20 的工作设计流程图 七.各部分电路分析 1.电源电路电源电路是采用的市电压 220V 通 过R 和 C 阻容降压后,然后再由 VD1 和 VD2 二极管进行整流,C 进行滤波.VDZ 进行稳压后得到一个+5V 的电压,为各工 作电路提供电源。 2.单 片 机 电 路 单片机是采用的 MCS51 单片机 , 该单片机具有四十 个引脚 , 分别为 P0, P1 ,P2, P3 端口作为 数 据 的 输 入 和 输 出 接 不 通 的 电 路 ,同 时 由 晶 振 和 电 容 所 构 成 的 振 荡 电 路 ,该 电 路 接 在 A X T A L 1和 A X T A L 2两端,还有由电阻和电容以及按钮开关所构成的 复位电路接在 RST 端 。 EA 引脚接上高电平就组成了一个完整的单片机电路,在单片 机的内部 ROM 中编写相应的语言程序即可控制不同的模块工作。 3.接口电路该接口电路是采用基本元器件搭接而成,由两个不同的 PNP 管控制 53,2 端口从而控制单片机读和写端口数据的输出,该电路简单方便,同时也给制作 者降低了制作的成本。因此备受广大制作爱好者得青睐。 4.数字显示电路 数字显示电路主要是采用的四位共阴极的数码管和 74LS164 芯片组成。共阴极 的数码管是由八个 LED 按不同的方式将其阴极接在一起构成,根据其亮灯的情况可以 读出对应的数字和符号,该数据情况主要是由阳极端输入的信号来控制。74LS164 芯 片有十四个引脚其中的七号引脚和十四号引脚分接地和电源的正极。八号引脚接上时 钟脉冲信号 8 位 串 入 , 并 出 移 位 寄 存 器 74HC164 、 74HCT164 是 高 速 硅 门 CMOS 器件,与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164、 74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器, 串行输入 数 据 , 然后并行输 出 。 数据通 过两个输入端 ( DSA 或 DSB) 之 一串行输入 ; 任 一输入端可以用作高电平使能端, 控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起,或者把不用的输 入端接高电平,一定不要悬空。 时钟(CP) 每次由低变高时,数据右移一位,输入到 Q0,Q0 是两个数据输入 端(DSA 和 DSB)的逻辑与,它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。 主复位(MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效,同时非门控 串行数据输入。 5蜂鸣器电路 蜂鸣器电路是由蜂鸣器,三极管和电阻所构成,蜂鸣器的上端接高电平,下端与 三极管的 C 极相接,E 端接地,B 端通过一个电阻接在单片机的某一个输出引脚上,当 输入的是高电平时 , 三 极管此 时截止 , 此时 三极 管相当于一 个 断路 , 蜂 鸣器 不工 作 。 当输 入 低 电 平 时此时 三 极管处于饱和状态,此时的三极管相当于一根导线,蜂鸣 器接通后开始工作。 6. DS18B20 温 度 传 感 器 该 传 感 器 是 DALLAS 公 司 生 产 的 一 线 式 数 字 温 度 传 感 器 。市 场 报 价 15 元 工作原理:DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同,只是得到的温 度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理如图 3 所示。图中低温度系数晶振的振荡频率 受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系 数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器 2 的脉冲 输入。 计数器 1 和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器 1 的预置值 减到 0 时,温度寄存器的值将加 1,计数器 1 的预置将重新被装入,计数 器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到 计数器 2 计数到 0 时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数 值即为所测温度。图 2 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线 性,其输出用于修正计数器 1 的预置值。 图2 DS18B20 测温原理框图 (1).该温度传感器由三个引脚分别是 VCC 引脚,GND 引脚,I/O 引脚。 (2).电路从 DQ 和 VDD 为高电平时“偷取”能量,当特定的时间和电压适合时, 可以给电 路 提 供 充 足 的 能 量 。 寄生 电源的优势有 二 : 无需提供遥 远 的电 源 ; 在缺少 正 常 供电 时 , 可 以读取 ROM.为 了 使芯片 能够精 确的对温 度进行 转换 , 当转换 温度 时确保 供电充 足 。 值得 重视 的 是,如果运行电 流 到达 1.5mA, 由 于5K 的上拉电 阻,DQ 不能得到足够的能量,这对单总线上连接多个芯片同时进行转换是很不利的。 这里有两种方法确保温度转换时有足够的能量, 第一种方法是无论什么时候转换温度 线直接提供能量,如下所示:在这里值得注意的是 DQ 线us 内完成上拉操作,当使用这种模式的时候确保 VDD 接地。 (3).温度测量或者从 EEPROM 拷贝数据给 DQ 提供一个强上拉电阻这种方法可以通 过使用一个场效应管上拉 DQ DS18B20 的核心功能是指示数字的温度传感器,其方案可以由用户设置(9,10, 11,1 位 ) ,默认情况使用 12 位。这相当于现实不同的精度。通过温度转换命令执行操作 后温度数据被保存在 16 位高速缓存中,信号分为两种不同的格式保存,通过执行 读缓存的命令返回采集到的温度。传送时最低有效位 LSB 优先,最高加权位包含了 标识温度正负的“s”位。 左边的图描述了输出数据的格式,在这里使用 12bit,如果想设置为更低位解决方 案,可以在空位处补零。如果采用华氏温度显示,则需要查找表或者是查找路径。 (4).温度转换完成后,温度将和 TH 与 TL 进行比较,如果不在这个范围之内则会 返回一个警示标志。允许多芯片同时并行惊醒温度测量,如果某处芯片超出了此范 围,此芯片可以被辨别出并立即读取没有别警示的芯片。5.64 位 激 光 ROM: 每一片芯片 提供了一个特定的系列号,前 8 位为 DS18B20 的家族系列,后 面48 位表征不同的芯片系 列。在通过单线对芯片进行配置后,放可以执行下面的操作。 八,原理图的制作 1.根据原理图在元件库中找到与之对应的元件,当某些元件在元件库中找不到 时,需要自己在元件库中做库,将其加入,然后再调用。 2.将所有的元件加入完后,在画图工具栏中找到导线并对该电路图进行连接。 3.在 PCB 封装库中找到每个元件与之对应的封装形式, 并将该封装形式复制粘贴 到原理图中与之对应的 FOOTPRINT 中,完成对该元器件的封装。 4.连接完后在菜单栏中选择 TOOLS 工具栏中的 ERC 进行原理图的检测。 若发现有错误, 则需要修改,然后再重新检测,直至没有错误。 5 生成网络报表。在 DESIGN 菜单栏中选择 CREATE NETIST.生成网络报表。 6.转换成 PCB 图 。 Design 中选择 Update PCB . 7.PCB 图的布局。根据美观性和一些约束条件对该电路板进行整体和局部布局。 8.布局完成后,对该图进行布线。可以按照一定的规则进行自动布线,同时对于 比较小的电路一般最好采用手动布线 完成后对布线进行 DRC 检测。 在自动布线以及手动布线%的正确, 此 时需要不显得情况进行一个检测。 10.覆铜操作。给印制电路板上没有布线的地方进行覆铜,这样可以奸笑电路的 发热量同时也可以起到屏蔽作用。 12 级电气自动化一班 李托弟 2014 年 10 月 28 日星期二

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