温度测量仪机械仪表工程科技专业资料.docx
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温度测量仪机械仪表工程科技专业资料
西安工程学院
实训报告
实训科目电子技术实训
系部机械工程系
专业机械制造与自动化
班级机电12-2班
姓名赵子龙
实训地点实验楼四楼电器实验室
指导教师吴凤英
完成日期2012.12-2012.14
西安工程学院教务处
西安工程学院
电气与信息工程系电子实训任务书
2011/2012学年上学期2012年12月日
专业
电气自动化
班级
电气化12-2班
实训名称
电子技术实训
设计题目
室温测量仪
指导教师
吴凤英
起止时间
2012.1.12-2012.14
周数
1
设计地点
实验楼四楼电子实验室
实训目的:
1、贯彻理论联系实际的教学原则,巩固和扩大已学过的电子技术的基础知识,为技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力。
2、掌握电路板的设计的基本方法。
3、了解电子产品的设计过程及工艺要求,电子元器件的识别、老化、筛选、测试、焊接、装配及调试,掌握电子线路的安装、焊接和调试的基本技能。
4、了解一种电子设备主要零部件加工过程的技术要求、结构原理以及装配调试工艺。
5、培养学生的劳动观念,加强组织性和纪律性,促进学生综合素质的全面提高。
实训任务或主要技术指标:
1、利用单片机设计一个数字温度计,要求选择合适的温度传感器,及相应的A/D转换芯片,通过传感器采集室内温度,并由LED进行显示。
2、电子电路设计能力训练,熟悉所制作电路的工作原理,能画出原理图和安装图。
3、按照设计任务书的要求,完成设计说明书一份,系统原理图、程序清单、仿真结果。
实训进度与要求:
第一天、查找资料,确定方案
第二天、设计硬件电路,选择所需器件,绘制电路原理图
第三天、软件设计,并调试通过
第四天、处理结果后的最终数据,以及回收产品。
第五天、编写课程设计报告,答辩或成绩考核
主要参考书及参考资料:
1张艳兵.计算机控制技术,国防工业出版社,2006
2孙涵芳.MCS-51/96系列单片机原理及应用,北京航空航天大学出版社,1994
3李朝青.单片机原理及接口技术(第三版).北京航空航天大学出版社,2005.9
4王力虎.李红波.PC控制及接口程序设计实例.科学出版社,2004
教研室主任(签名)系(部)主任(签名)年月日
西安工程学院电子实训成绩表
学生姓名
专业班级
设计题目
温度测量仪
考核项目
考核内容
满
分
评
分
考
核
项
目
1、工作态度与纪律
15
2、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平
10
3、独立工作能力、分析和解决问题能力
10
4、完成任务的情况与水平(产品质量)
20
5、实训报告质量(正确性、条理性、创造性和实用性)
20
6、完成任务书所规定的内容和要求
5
7、设计内容的讲述
10
8、回答问题的正确性
10
指导教师签字:
年月日
摘要:
……………………………………………………………….1
Abstract:
…………………………………………………………….1
第一章引言…………………………………………………………….2
第二章设计题目及要求
2.1设计要求………………………………………………………………………..3
2.2设计题目………………………………………………………………………..3
2.3设计所需器件及元件清单……………………………………………………..3
第三章电路的设计及元器件识别和检测
3.1电路组成及工作原理……………………………………………………….....4
3.2所需元器件功能介绍………………………………………………………….4
3.2.1万用板
3.2.23pin圆孔母座
3.2.32.2K电阻*4
3.2.4stc89C51单片机
3.2.540脚IC座
3.2.6DS18B20温度传感器
3.2.710K电阻*2
3.2.810uF电容
3.2.912MHz晶振
3.2.1030pF瓷片电容*2
3.2.119012三极管*4
3.2.12四位一体共阳数码管0.56
3.2.13DC电源插座
3.2.14USB电源线
3.2.15自锁开关
3.3所需元器件的识别及检测……………………………………………………..9
3.3.1电阻器的识别及检测…………………………………………………………9
3.3.2电容器的识别及检测………………………………………………………..10
第四章电路的装配及焊接
4.1组装前的准备工作…………………………………………………………….11
4.2装配说明……………………………………………………………………….11
4.3焊接方法及技巧……………………………………………………………….11
第五章电路功能的介绍及调试
5.1电路功能介绍………………………………………………………………….12
5.2电路调试……………………………………………………………………….12
总结…………………………………………………………………...13
致谢…………………………………………………………………..14
参考文献………………………………………………………………….16
温度测量仪
摘要:
在日常生活及工农业生产中经常要检测温度,传统的方式是采用热电偶或热电阻。
其硬件电路和软件调试比较复杂,制作成本较高。
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正不断走向深入。
所以我们选用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生,用单片机本生的优势节约成本,使电路更简单。
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。
在这里介绍了一种基于STC89C51单片机的温度测量及控制系统的硬件结构以及C语言程序设计,该系统设计和布线简单,结构紧凑,体积小,重量轻,抗干扰能力强,性价比高,扩展方便,在大型仓库,工厂,智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。
关键词DS18B20STC89C51温度测量
Temperaturemeasuringinstrument
Abstract:
ofteninthedailylifeandindustrialandagriculturalproductiontotestthetemperature,thetraditionalwayistousethethermocoupleorheatresistance.Thehardwarecircuitandsoftwaredebuggingismorecomplex,higherproductioncosts.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,SCMapplicationsareconstantlygoahead.Sowechosetousesinglechipmicrocomputerasthecorecomponents,logiccontrolandsignalwiththeadvantageofmicrocontrollerBunsencostsavings,makethecircuitmoresimple.Temperaturedetectionandcontrolisoneoftypicalapplicationinindustrialproductionprocess,asthesensormorewidelyapplicationinproductionandlife,usingnewtypesinglebusdigitaltemperaturesensorfortemperaturetestandcontrolgetfasterdevelopment.HereintroducesakindofSTC89C51microcontrollerbasedtemperaturemeasurementandcontrolsystem,hardwarestructureandtheClanguageprogramming,thesystemdesignandthewiringsimple,compactstructure,smallvolume,lightweight,stronganti-interferenceability,highcostperformance,convenientextension,inlargewarehouses,factories,themultipointtemperaturetestofintelligentbuildingandotherfieldshavebroadapplicationprospects.
KeywordsDS18B20STC89C51temperaturemeasurement
第一章引言
温度的测量对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
近年来,温度检测领域发展迅速,并且随着数字技术的发展,温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台,能够在工业、农业等各个领域中广泛使用。
温度的测量的关键之处是温度传感器,其往往决定着一个温度检测系统的性能。
传统的温度检测以热敏电阻和AD590为温度敏感元件。
热敏电阻虽成本低,但需信号处理电路,电路复杂,可靠性较低,测温准确度及抗干扰能力也有一定的不足。
近年来,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。
新型的温度传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它提高了抗干扰能力和可靠性,而且使系统结构更简洁,维护方便,缩小了空间。
单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优于一般CPU的优点,因此往往采用单片机作为数字控制器取代模拟控制器。
温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。
成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。
随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的发展。
第二章设计题目及要求
2.1设计要求
主要实现实时温度测量及显示。
本温度测量仪是基于51单片机及温度传感器DS18B20来设计的,温度测量范围-55到125摄氏度,精度为0.1摄氏度,可见测量温度的范围广,精度高的特点。
2.2设计目的
数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻,热电偶,半导体,热敏电阻等),将温度的变化转换成电信号的变化,如电压和电流的变化,温度变化和电信号的变化有一定的关系,如线性关系,一定的曲线关系等,将电信号转换成数字信号。
如单片机或者PC机等,处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来,成为可以显示出来的温度数值,如25.0摄氏度,然后通过显示单元,如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。
这样就完成了数字温度计的基本测温功能。
该系统利用STC89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行时温度检测并显示,能够实现快速检测环境温度。
2.3设计所需器件及元件清单
万用板7*9
3pin圆孔母座
2.2K电阻*4
stc89C51单片机
40脚IC座
DS18B20温度传感器
10K电阻*2
10uF电容
小按键
12MHz晶振
30pF瓷片电容*2
9012三极管*4
四位一体共阳数码管0.56
DC电源插座
USB电源线
自锁开关
导线
焊锡
第三章电路的设计及元器件识别和检测
3.1电路组成及工作原理
本温度测量仪采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。
便于单片机处理和控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。
且该芯片的物理化学性质稳定,它温用作工业测温元件,此元件线性较好。
在0-100摄氏度时,最大线性偏差小于1摄氏度。
DS18B20的最大特点之一是采用了单总数的数据传输,由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C51构成温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接和计算机连接。
这样温度系统的结构就比较简单,体积也不大。
采用51单片机控制软件编程的自由度大,而且体积小,硬件实现简单,安装方便。
该系统利用STC89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行温度的实时检测并显示,能够实现快速测量环境温度。
硬件以微控制器为核心,外接时钟电路、复位电路、温度测量电路、LED显示电路组成。
硬件设计方案如下图所示。
LED显示电路
时钟电路
微控制器模块
复位电路
温度传感器
图2.1系统硬件框图
微处理器模块
单片机STC89C51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
STC89C51是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的STC89C51提供了高性价比的解决方案。
STC89C51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图2.2STC89C51单片机的管脚图
兼容MCS-51指令系统
4k可反复擦写(>1000次)FlashROM
32个双向I/O口
可编程UARL通道
两个16位可编程定时/计数器
全静态操作0-24MHz
1个串行中断
128x8bit内部RAM
两个外部中断源
共6个中断源
可直接驱动LED
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
表2-1STC89C51单片机的管脚功能
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
复位电路
为确保两点间温度控制系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的一部分,复位电路的第一功能是上电复位。
一般电路正常工作需要供电电源为5V±5%,即4.75~5.25V。
复位是单片机的初始化操作,其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。
如:
把PC的内容初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要复位以使其恢复正常工作状态。
RST端的外部复位电路有两种操作方式:
上电自动复位和按键手动复位。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种,本系统设计采用上电复位,如图2.3所示。
上电复位是直接将RST端通过电阻接高电平来实现单片机的复位。
图2.3复位电路
时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准,时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡。
本系统设计采用内部振荡方式,如图2.2.4所示。
MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端,由于采用内部方式时,电路简单,所得的时钟信号比较稳定,实际使用中常采用这种方式。
温度传感器
温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号(以十六位补码形式,占两个字节)在通过单片机发出命令送给显示器。
它的输出脚I/O直接与单片机相连,并接一个上拉电阻,传感器采用外部电源供电。
传感器控制程序是按照DS18B20的通信协议编制。
系统的工作是在程序控制下,完成对传感器的读写和对温度的显示。
DS18B20特点采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位);
(2)测温范围为-55℃~+125℃,测量分辨率为0.0625℃;
(3)内含64位经过激光修正的只读存储器ROM;
(4)适配各种单片机或系统机;
(5)用户可分别设定各路温度的上、下限;
(6)内含寄生电源。
其管脚图如图2.2.5
图2.5
LED显示电路
通过排阻与LED显示器相连组成,电路图如图2.2.6
图2.6
整机电路
当接通电源以后,温度传感器正常工作,温度传感器将根据被测温度的不同来采集不同的数据,然后将所采集到的数据传送到比较器到中,然后由比较器将采集到的数据转变成高低电平,在送入单片机,单片机通过控制各个引脚电平的高低来来控制温度的显示输出。
整机电路图如图3.1
图3.1
工作原理图
3.2所需元器件功能介绍
万用板:
万用电路板是一种按照标准IC间距(2.54mm)布满焊盘、可按自己的意愿插装元器件及连线的印制电路板,俗称“洞洞板”。
3pin圆孔母座:
面板电源插座
2.2K电阻:
上拉电阻输入为空时经钳位后为高电平,输入为高时经钳位后为高电平,输入为低时经钳位后为低电平。
保证了不符合高低电平的其它信号被错误接收进来。
STC89C51单片机:
STC89C51单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
40脚IC座:
可编程键盘/显示接口8279的引脚功能
DS18B20温度传感器:
该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成,具有耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
12MHz晶振:
标准的51单片机晶振是1.2M-12M,一般由于一个机器周期是12个时钟周期,所以先12M时,一个机器周期是1US,好计算,而且速度相对是最高的(当然现在也有更高频率的单片机)
30pF瓷片电容:
30PF瓷片电容,又称瓷介电容,是高频电路或单片机电路中的常用元件
9012三极管:
它是一种低电压、大电流、小信号的PNP型硅三极管
四位一体共阳数码管0.56:
用来实现动态显示,也在学数码管的动态显示。
3.3所需元件的识别及检测
电阻器的识别及检测:
电阻器的主要参数(标称值与允许偏差)要标注在电阻器上,以供识别。
电阻器的参数表示方法有直标法、文字符号法、色环法三种。
测量前的准备工作
(1)检查万用表电池
方法如下:
将档位旋钮依次置于电阻档R×1档和R×10K档,然后将红、黑测试笔短接。
旋转调零电位器,观察指针是否指向零。
如R×1档,指针不能回零,则更换万用表的1.5V电池。
如R×10档,指针不能回零,则U201型万用表更换22.5V电池:
MF47型万用表更换9V电池。
(2)选择适当倍率档
测量某一电阻器的阻值时,要依据电阻器的阻值正确选择倍率档,按万用表使用方法规定,万用表指针应在该度的中心部分读数才较准确。
测量时电阻器的阻值是万用表上刻度的数值与倍率的乘积。
如测量一电阻器,所选倍率为R×1,刻度数值为9.4,该电阻器电阻值为R=9.4×1=9.4。
(3)电阻档调零
在测量电阻之前必须进行电阻档调零。
其方法如检查电池方法一样,在测量电阻时,每更换一次倍率档后,都必须重新调零。
2.测量电阻
测量电阻器时,要注意不能用手同时捏着表笔和电阻器两引出端,以免人体电阻影响测量的准确性。
电容器的识别及检测:
电容(Electric capacity),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。
电容器在电子线路中的作用一般概括为:
通交流、阻直流。
电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用,是电子线路必不可少的组成部分。
在集成电路、超大规模集成电路已经大行其道的今天,电容器作为一种分立式无源元件仍然大量使用于各种功能的电路中,作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域,同电池等储能元件相比,电容器可以瞬时充放电,并且充放电电流基本上不受限制,可以为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。
电容器的检测方法主要有两种:
一是采用万用表欧姆档检测法,这种方法操作简单,检测结果基本上能够说明问题;
二是采用代替检查法,这种方法的检测结果可靠,但操作比较麻烦,此方法一般多用于在路检测。
修理过程中,一般是先用第一种方法,再用第二种方法加以确定。
第四章电路的装配及焊接
4.1组装前的准备工作
首先要有BOM表,BOM表上有元器件的位号,型号;然后根据位号图,找到电路板上的具体位置,电路板上有丝印的再看BOM表,找到U1是哪个型号的元器件,然后把U1元器件实物放到电路板的焊盘上。
.很多元器件都有位置和方向,例如集成电路、二极管、LED灯、电解电容不能搞错方向。
4.2装配说明
正确使用电烙铁
1、电烙铁使用前要上锡,具体方法是:
将电烙铁烧热,待刚刚能熔化焊锡时,涂上助焊剂(松香),再用焊锡均匀地涂在烙铁头上,使烙铁头均匀的吃上一层锡(亮亮的薄薄的就可以)。
2、在进行普通焊接的时候(比如在万能板上焊接直插式元件),一手烙铁,一手焊锡丝,靠近根部,两头轻轻一碰,一个焊点就形成了。
焊点理想的形状是一坨屎那种。
3、在万能板上焊接直插元件时,要将引脚尽量插到底。
4、焊接时间不宜过长,否则容易烫坏元件,必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。
5、焊接完成后,要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净,以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。
4、电烙铁应放在烙铁架上。
元件焊接顺序
先难后易,先低后高,先贴片后插装。
宗旨:
焊接方便,节省时间。
先焊接难度大的,这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片。
如果把这些难度大的放于最后焊接,一旦焊接失败把焊盘搞坏,那就会前功尽弃。
先低后高,先贴片后插装。
这样焊接起来方便。
如先把高的元件焊接了,有可能妨碍其他元件的焊接,尤其是高大的元件密集众多的时候。
如果先焊接插装的元件,电路板就会在焊台上放不平,影响焊接心
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