多通道温度测量仪教案分析.doc

1 绪论 1.1 论文研究的目的与意义 温度是表示物体冷热程度的物理量，它是和我们生活息息相关的物理量之一。在自然界中，任何化学过程和物理过程都紧紧地与“温度”二字联系着。温度的测量与温度的控制不管是在农业（如大棚蔬菜）上，还是在工业（如冶金行业）上，还是在国防等行业上都有着很广泛的应用。在很多的生产工艺中，温度的测量和控制的技术的好坏直接影响到能否安全生产、能否提高生产效率、能否保证产品质量、能否节约资源等重大技术经济指标。因此，在国民经济的各个领域中都非常注重温度的测量和温度的控制。 随着经济的迅速发展，对温度测量的精度要求越来越高，各种电子技术、通信技术和计算机技术等快速发展，温度的测量技术也从以前的刻度温度计、指针温度计向现代化的数字显示智能温度测量仪发展。在一般的工业生产和日常生活中，温度是最有可能遇到的测试参数，如每天的温度参数的检测，看病时人体体温的测量，设备的过热保护等等。在特定的市场上，各种普通的温度测量控制仪器有很多，国内与国外界定一种温度测控仪器的先进与否主要考核以下几个技术指标参数： （1）温度测量的精度；（2）仪器的智能化水平；（3）仪器的功耗如何；（4）温度的测量范围。 1.2 温度测量技术的研究情况 最近这些年来，温度的检测在理论上取得较多的成果，发展的比较成熟。但是，在实际应用（温度测量和温度控制）中，怎么样保证实时地快速地对相应场合的温度进行采样，怎么样保证采样的温度数据的正确传输，并且怎么样能对该场合的温度进行比较准确地控制，依然是眼下急需解决的问题之一。该问题包括两个方面：温度测量技术的提高和温度控制技术的提升。 在温度的测量技术中，接触式测量发展较早，这种测量方法的优点是：简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度，但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确地测量，并且该方法不适于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测量方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是：不破坏被测温度，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表现温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入[2]。 另外，还有一个需要解决的问题就是温度测量的精度问题。目前，国内生产的温度测量仪器的测量精度很少有高于0.1摄氏度的。 1.3 论文主要研究内容和章节安排 本论文所研究的多通道温度测量仪的主要内容有：（1）测量的精度不低于1℃；（2）采样频率不低于10Hz；（3）测量的温度范围：20～30℃；（4）测量的路数：8路；（5）显示出测量的数据；（6）测量的温度超过上下限发出报警。 本论文的主要内容是阐述基于DS18B20的温度测量仪的各部分子电路的设计、各部分子电路程序的设计和系统仿真。另外，还研究了其他两种方案的多通道温度测量仪的电路系统，并进行三种方案的比较。本论文一共有五章。第一章是绪论，本章主要是叙述研究温度的重要性和测温技术与控温技术目前的发展情况。第二章是方案论证，本章主要叙述了方案一、方案二和方案三的总体设计以及应用到的主要元器件的简介。第三章是方案三的具体硬件设计，即基于DS18B20的多通道温度测量仪的各部分子电路的设计，本章主要介绍了方案三各部分子电路和总电路的设计以及它们在电路中起到的作用。第四章是方案三的软件设计，本章主要介绍了各部分子程序的流程框图、各部分子程序和方案三的系统仿真，本章主要介绍了在不同模式下仿真到的结果。 2 方案的论证与确定 本课题的设计的多通道温度测量仪是应用在蔬菜大棚中的温度监测中。设计的方向是研究出一个成本低、耐用和精确度较高的8路通道温度测量仪。随着单片机技术和传感技术的迅速发展，温室环境自动监测控制方面的研究也有了明显的进步，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的温度控制措施。所以，本课题的目的是设计出一个成本低、耐用和精确度较高的多通道（8路）温度测量仪，这对提高检测效率、经济效益、可靠性还是在方便实用等方面都有重要意义。 因为本课题的测量精度不低于1℃，测量路数为8路，所以用8位的单片机作为CPU就已经足够了。为此，我提出了三种设计方案。方案一、方案二和方案三的大体设计将在本章中介绍。 2.1 方案一 本方案应用线性度较好的热电阻Pt100作为温度传感器，8位单片机AT89S51作为处理数据的CPU,具有串行控制和11个输入端的12位开关电容逐次逼近A/D转换器TLC1543作为A/D转换器,4位的LED数码显示器作为显示器。 这个方案的系统的原理框图2.1所示：