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远程智能温度采集和显示系统设计
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2011-08-07
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远程智能温度采集和显示系统设计 远程智能温度采集和显示系统设计 一、设计任务与要求 1.掌握PCB制板技术、焊接技术、电路检测以及集成电路的使用方法; 2.掌握远程智能温度采集显示系统的设计,组装与调试方法; 3.设计一个小型温度采集系统,具体要求如下:数字温度传感器把检测到的温度数据传给单片机STC89C52并由数码管显示,单片机再把数据传给MAX232进行电平转换,MAX232把转换后的数据传给PC机,数据可以双向进行,PC机可以接收数据,也可以发送数据,并且设置温度上下线报警系统。 二、方案设计与论证 1.时钟选择 方案一:无源晶振12M,提供稳定的时钟信号。 方案二:无源晶振11.05926M,提供稳定并且便于计算的时钟信号。 结论:由于采用51单片机,需要一个频率稳定精确的时钟信号。两者均采用石英晶体
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电子技术课程设计报告
设计课题:远程智能温度采集和显示系统设计
专业班级: 07
电子工程信息( 1 )班
学生姓名:
指导教师:
设计时间: 2010.4.28-2010.5.28
物理与电子工程学院
远程智能温度采集和显示系统设计
一、设计任务与要求
1.掌握 PCB 制板技术、焊接技术、电路检测以及集成电路的使用方法;
2.掌握远程智能温度采集显示系统的设计,组装与调试方法;
3.设计一个小型温度采集系统,具体要求如下:数字温度传感器把检测到的温度数
据传给单片机 STC89C52 并由数码管显示,单片机再把数据传给 MAX232 进行电
平转换,MAX232 把转换后的数据传给 PC 机,数据可以双向进行,PC 机可以接
收数据,也可以发送数据,并且设置温度上下线报警系统。
二、方案设计与论证
1.时钟选择
方案一:无源晶振 12M,提供稳定的时钟信号。
方案二:无源晶振 11.05926M,提供稳定并且便于计算的时钟信号。
结论:由于采用 51 单片机,需要一个频率稳定精确的时钟信号。两者均采用石英晶
体做为振荡器,输出频率稳定,在性价比相等的前提下,11.05926M 的晶振所得到的定时
时间更便于计算,更精确。所以,选择选择 11.05926M 的晶振作为晶振源。
图 1.晶振电路
2.温度传感器以及温度采集电路选
择
方案一:使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值的电阻相串联分压,利
用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行 A/D 转
换。此设计方案的优点是应用较广泛,技术成熟:缺点是需用 A/D 转换电路,增加硬件成
本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测温误差。
方案二:采用数字式温度传感器 DS18B20。它体积更小,适用电压更宽,而且仅需要
一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,能够直接读出被测温度,不需要 A/D 转换
模块,降低硬件成本,简化系统电路。另外,数字式传感器
还具有测量温度高,测量范围广等优点。
结论:鉴于方案二的电路更简单,并且性能较好,故本设计采用方案二的设计。
图
2.
数
C1
30p
C2
30p
Y1
CRYSTAL
字温度传感器电路
3.显示模块的选择 1
方案一:液晶显示(电路如下所示)
方案二:数码管显示(电路如下所示)
结论:利用 LCD1602 液晶显示,电路简单,且不需要动态显示,程序也相对简单。利
用四联体数码管显示,电路相对复杂,但是对学习单片机有益,并且价格相对便宜易得,
基于学习,我选择用数码管显示。
图 3.液晶显示电路 图 4.数码显示电路
4.显示模块的选择 2
方案一:采用 NPN 三极管进行放大电流来驱动数码管,如图 3 所示。
方案二:采用 PNP 三极管放大电流驱动数码管,如图 4 所示。
结论:我们用三极管共射电路来放大电路,由于单片机的输出电流很小 ,但它的灌电流相
对来说大很多,所以我们才用方案二。
图 5.NPN 放 大
电路 图 6.
PNP 放大电路
5.芯片选择
方 案 一 : 采 用
AT89C52 芯片,该芯片内部有 8K 的 ROM。
方案二:采用 STC89C52 芯片,该芯片内部有 8K 的 ROM, STC89C52 系列单片机是宏
晶推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机,这个系列单片机在片内含有 FLASH
存储器,因此有十分广泛的用途。特别是在便携式、省电和特殊信息保存的仪器中显得更
为有用。
结论:由于 STC89C52 系列单片机的 ISP 在线编程功能优势在于改写单片机存储器
的内的程序而不需要把芯片从工作环境中剥离,这是一个强大易用的功能,易于调试和修
改,所以本设计采用方案二。
6.DS18B20 寄生电源供电方式电路选择
方案一:为了使 DS18B20 在温度转换周期中获得足够的电源供应,可以有两种方法
解决这个问题,第一个就是在每个 DS18B20 节点上都单独为其供电,如图 7 所示。但是
这种办法需要每个节点处都有单独的电源,使得寄生电源的优越荡然无存,实际应用中当
节点处没有单独电源时基本不采用。
方案二:另一种方法是当进行温度转换或复制到 E2 储存操作时,用低导通电阻三极
管或者 MOSFET 把数据线直接拉到 VCC 就可提供足够的电流,在发出任何涉及复制到 E2
储存器或启动温度的指令后,必须在最多 3μS 内把 I/O 线转换到强上拉状态。在强上拉方
式下可以解决电流供应不走的问题,因此也适合于多点测温应用,缺点就是要多占用一根
I/O 口线进行强上拉切换。这种使用低导通电阻三极管或者 MOSFET 进行强上拉的电阻在
应用非常广泛,其中电路如图 8 所示。
结论:本设计没有远距离传输信号,不需要加强上拉来使温度转换获得足够的电源供
应,I/O 线已经保证了在温度转换期间提供足够的能量,4.7K 上拉电阻可以提供足够的能
量,且方案一电路简单。所以本设计采用方案一的 DS18B20 寄生电源供电方式电路。
图 7.节点单独供电的电路连接 图 8.使用强上拉的电路连接
三、硬件电路与程序流程设计
1.电路设计的总体方框图
本设计的硬件电路主要包括以下几个部分:单片机、DS18B20 测温电路、串口通信电
路模块、MAX232 电平转换电路、按键电路、蜂鸣器指示灯报警、数码管显示电路以及电
源电路。
图 9.电路设计总体方框图
对于硬件电路的各部分:
1.单片机使整个设计的核心,用来控制各部分的电路正常工作;
2.温度传感器用来获取温度;
STC89C52
MAX232 电 平
转换
蜂鸣器 / 指示灯
晶振
复位电路
DS18B20
数码管显示
按键
PC 机
电源部分
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sunli5108
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