多点一线式数字温度测量系统的设计.doc

1绪论 1.1传感器技术的发展及智能传感器的含义 现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术，即传感器技术、通讯技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。作为获取信息工具的传感器，它位于信息系统的最前端，其特性的好坏、输出信号的可靠性对整个系统至关重要。其应用遍及军事、科研、工业、农业、商业、交通等各个部门与领域。它是生产自动化、科学测试、计量核算、检测诊断等系统中不可缺少的基础环节。以广阔技术领域为基础所形成的传感技术，实际上由传感器元件及其应用技术构成。传感器元件以前也称为“信号转换器”或“换能器”，它把外界的温度、压力、流量等信号转换为电信号的功能器件。它所利用的是在物理意义上称为“效应”的各种物理现象。但是传感器得到信号大部分不能直接利用，这就需要用到计算机为基础的信号处理，即将得到的信号根据使用要求进行加工。 智能传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代传感器技术，它涉及微电子技术、计算积技术、信号处理技术、电路和系统、传感器技术等诸多学科的综合技术。传统传感器一般是指能感知某一物理量或化学量、生物量等信息，并能将该信息转化为有用的信息装置，通常由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。随着人工智能技术特别是微型计算机技术的迅速发展，在许多智能高新技术应用领域提出了智能传感器。其主要特点是具有从信号测取到信号处理、分析、进入控制、调节及显示的在线性、过程系统与装置，可编程性、可记忆性，进行许多复杂计算、数据处理及自校正、自诊断、自学习、多种控制功能。 1.2 智能传感器的优点 测量精度高 由于智能传感器的中心控制系统是微机，微机的主频率在1MHz以上，即主时钟周期在1us以下，一条指令若平均4个字节，也只需执行十几个微秒。 能够进行间接测量 一台智能传感器可以利用CPU通过测量几种容易测量的参数，间接地求出某种难以测量的参数。 能够自动校准 一般的传感器在使用前都要进行刻度校准，而智能传感器不仅可以自动校准，而且还可以在测量过程中定期进行校准，测量的一致性条件较好，减少了误差。 具有自动修正误差的能力 实时地修正测量误差是较为复杂的功能，智能传感器只要编入相应 的程序就可以解决。 有自诊断能力 智能传感器若发生故障，可以自检出来，传感器本身还可以协助诊断发生故障的根源。 够实现复杂的控制功能 传感器实现智能化以后，一些常规传感器不宜实现的功能，在智能传感器中很容易实现。如带有显示功能的传感器。 允许灵活地改变仪表功能 智能传感器是由硬件模块和软件模块组成，硬件模块可以作成插式的，当更新一块模块时，传感器的功能可以改变。 便于通过标准总线组成一个多仪器的复杂控制系统 1.3课题的背景 DS18B20数字式温度传感器是美国DALLAS公司必威体育精装版推出的只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成单总线（1-Wire Bus）技术，它采用单根信号线，只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。） 2.3.2 主机模块的设计 智能温度传感器的硬件电路设计包括微处理器与存储器的选择及其电路设计，以及外部电路设备的选择与电路设计。在设计功能模块时，要保持技术上的可行、逻辑上正确，并要注意布局合理，包括信号、辐射等干扰（电磁干扰、热源干扰），操作的方便性，可维修性等。下来的绘制逻辑电路图，经反复核对，线路无差错后绘制成PCB图。 2.3.2.1 单片机的概述 随着大规模集成技术的不断发展，导致微型机向两个主要方向发展：一个是向高速度、高性能的高档方向发展；另一个是向稳定可靠、小而廉的单片机方向发展。 所谓的单片机，就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、定时器/计数器以及I/O（Input/Output）接口电路等主要计算机部件，集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一个芯片，但是从组成和功能上看，它已经具备了微机系统的含义。 自1976年Intel公司推出MCS-48单片机之后，许多半导体公司和计算机公司竞相研制和开发自己的单片机系列，但是其中最具典型性的是Intel公司的MCS-51单片机系列。MCS-51单片机虽然只是8位的单片机，但其功能比较强大。此外它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此应用非常广泛，直到现在仍然不失为单片机的主流机型。 2.3.2.2 单片机的软硬件系统 严格的说，单片机