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1、武威职业学院2012届专科毕业设计LCD数字显示体温计设计摘 要LCD数字体温计电路的设计研究开发对涉及到的相关技术理论和方法进行了深入的研究讨论给出了电路的详细设计过程并结合实际工作方面的经验给出了工程设计上的一些指导思想和原则.在各种传感器的温度变换曲线中存在着一个共同的问题即输出特性与温度的变化呈现非线性关系这一问题是温度测量误差的一个主要来源另一个造成测量误差的主要原因是测量系统的不稳定性在本课题的研究中对这两个问题作了着重分析和研究.LCD数字显示体温计系统采用AT89C51为控制器件，单线数字温度传感器DS18B20采集温度，LCD液晶显示，增设有高低报警和实时时钟及数据记录功能。
2、关键词：单片机；温度传感器；液晶显示；目录引言21 体温计的正确选择与使用.42 案论证与比较43 硬件系统设计53.1电路设计83.2 时钟处理电路83.3 温度检测电路93.4显示电路94 软件设计9结束语11参考文献12致谢13引言在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通
3、信手段，系统的安全性较差，不便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。随着计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行机构已远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀门的开与关。通过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明，该执
4、行机构工作稳定，性能可靠。温度是存在于客观世界的一个基本物理量它与人类的生活和生存有着密切的联系早期人类对温度的认识只能处于自身感知器官去定性地感知它的存在长期以来人类一直通过各种努力来认识温度表达温度但都没有很好的方法实现直到十七世纪随着物理学的兴起人类认识温度的努力才有了突破性的进。从60 年代开始由于红外技术和电子技术的发展出现了利用各种新型光敏或热敏检测元件的辐射温度计(包括红外辐射温度计) 此外现代还研制出多种其他类型的温度测量表如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表采用热象扫描方式的热象仪可直接显示和拍摄被测物体温度场的热象图可用于检查大型炉体发动机等的表面温度分布对于节能
5、非常有益另外还有利用激光测量物体温度分布的温度测量仪器等从而扩大了它的应用领域1 体温计的正确选择与使用 目前体温计的种类很多，在性能和使用方式上差别较大，广大消费者可以根据自身特点，正确选择和使用体温计。 体温计无论是在日常保健和临床诊断上，都是必不可少的医用计量器具，最常见的体温计是玻璃体温计。它的工作过程是人们熟悉的热胀冷缩的原理，与普通玻璃温度计不同的是玻璃体温计的毛细管有一个特殊结构，可以使随温度升高的水银柱保持原有位置，即使温度下降，水银柱位置也不变化，可以保证使用者随时观测到准确的体温。由于玻璃的结构比较致密，水银的性能非常稳定，所以玻璃体温计具有示值准确、稳定性高的特点，还有价
6、格低廉、不用外接电源的优点，深受人们特别是医务工作者的信赖。但玻璃体温计的缺陷也是比较明显的，在使用和保存中易破碎，存在水银污染的可能；测量时间比较长，对急重病患者、老人、婴幼儿等使用不方便，读数比较费事等。着科学技术的发展，目前已经出现很多类型的新式体温计。电子式体温计利用某些物质的物理参数（如电阻、电压、电流等）与环境温度之间存在的确定关系，将体温以数字的形式显示出来，读数清晰，携带方便。电子式体温计的不足之处在于示值准确度受电子元件及电池供电状况等因素影响，不如玻璃体温计。体温计一般使用在腋下、口腔、直肠等处，在实际应用中，人们普遍感觉不方便或不舒服。耳式体温计是通过测量耳朵鼓膜的辐射亮
7、度，非接触地实现人体温度测量的仪表。只需将探头对准内耳道，按下测量钮，仅有几秒种就可得到测量数据，非常适合急重病患者、老人、婴幼儿等使用。但在使用初期，使用者由于不太熟悉这种操作方式，可能会得到几个不同的测量数据，一般来讲实测最大值既是所要数据。经过一段时间的熟悉后，使用者会比较满意这种体温计。不断发展的新技术又为我们带来了一种非常奇特的体温计，可以叫片式体温计或点阵式体温计。这种体温计仅有一张名片的厚度，长6cm-7cm，宽0. 5 cm左右（因此可称为片式体温计）。在上面布满了一些附有数字的排列整齐的圆点（所以又叫点阵式体温计）。在进行体温测试后 ，会发现某一数值以下的圆点全都变暗，而其余
8、圆点颜色不变。使用者即可根据上述变化确定体温。这种片式温度计体积非常小，携带和储存非常方便。由于价格不高，体积小，本身污染非常小，特别适用于医疗机构，可以一次性使用，避免交叉感染。玻璃体温计属于国家强制检定计量器具，而且生产和使用历史较长，无论是在产品质量还是在监督管理方面基本上比较规范。但是很多数字温度计、耳温计以前是以保健用品和礼品的形象出现在市场上，一直未受到国家有关部门严密有效的监督管理。如果消费者想选用数字、耳式等体温计进行体温测量，应该注意以下几个方面。（1）由于体温测试要求比较严，一般要求体温计的示值误差为0.1，消费者所选购体温计的准确度必须满足此项要求。（2）仔细阅读使用说明
9、书，注意操作要点。在开始使用时可以与玻璃体温计对比使用，以确定使用方式是否正确。另外，体温计在使用中还有一些问题要注意。采用腋下测量方式时，一定要用力加紧，保证体温计与人体充分接触。采用口腔测量方式时，一定要将体温计放在舌下，稍用力压住，测量后必须清洗消毒。无论选用那一种体温计，最好一人一支，以避免交叉感染。2 案论证与比较LCD数字显示体温计系统AT89C51实现对传感器检测的温度进行处理并进行处理并送入到LCD，另外还需要完成时钟的计时，数据记录的的存储等功能。温度测量范围3541，测量误差为0.5，显示部分远离传感器部分50cm左右。为实现上述功能，可采用一下方案实现；方案1：采用热偶，
10、热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成。热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。热电偶的优点是工作温度范围宽，且体积小。但是，它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点。方案2：采用NTC,热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的，是低成本温度传感器，是线性最差的温度传感器。通常将两个热敏电阻组合起来使用，以使输出具有较好的线性。热敏电阻可靠性差、测量温度准确度低，且必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。普通的热敏电阻可在有限的
11、工作温度范围内呈现出上佳的稳定性，而在较宽的温度范围内工作时则表现出中等水平的稳定性。方案3：采用单线数字温度传感器DS18B20,他具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器的优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号并且可存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入信息仅需一根端口线，其读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接DS18B20供电，而无需任何外围硬件即可，方便的构成温度监测系统。综上所述，我们采取方案三.系统图如
12、图1所示；AT89C51 ATO定时器时钟处理模块 T1 温度获取模块1602LCD显示模块温度检测DS18B20数据存储模块 图1 系统组成框图3 硬件系统设计系统中，AT89C51为主控制器，P0口与LCD的8位数据线相连，在AT89C51的控制下，由DS18B20采集且经过转换的温度信号，由PO口输出送液晶显示模块LCD显示。琴键开关S8按下，使得RST端为高电平，AT89C51被复位。琴键开关S9按下时，可以进行光标的移位操作。琴键开关S11按下时，可进行存入或者加操作。琴键开关S12按下，可以实现删除或者减功能。琴键开关S13合上时，允许进行调解。琴键开关14合上时，启动闹钟功能。当
13、温度超过设定的值时，由P2.4脚输出报警信号去驱动锋鸣器，或者输出闹钟报时信号。通过温度传感器采用单线数字温度传感器DS18B20,在AT89C51的控制下DS18B20能将温度转换成数字信号，通过串行通信方式由单总线经P3.5输入到AT89C51中后，由PO口输出送LCD显示。整机电路图如图2所示 0 1 2 3 41 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1vcc21 CONZ GND GND RB U2 VCC1 P1.0 VCC40 POT22 p1.1 P0.039VCC 1OK R33 p1.2 P0.138 4 p1.3P0.237 5 p1.4 P0.3 366 p1
14、.5 P0.4 35 7 p1.6 P0.5 348 p1.7 P0.6 339 R6T P0.7 32 10 p3.0 EANPP31 VCC 11 p3.1 ALEPROG 30 S0 12 p3.2 PSEN 2913 p3.3 P2.7 28 S11 GND 14 p3.4 P2.6 27S12 S815p3.5 P2.5 26 S13 VCC16 p3.6 P2.4 25 S14 C3 17 p3.7 P2.3 24S10DS18B20 Y 18 XTAL2 P2.2 GND10U 19 XTAL1 P2.1 R1O C2 GND P2.0LS2 VCC GND 10KSRE2 C4
15、 VCC GND 3DP GND 10U SPEAKER采用的器件主要有三个；其中DS18B20是温度传感器，检测和完成温度的转换；AT89C51控制信号采集过程及实现系统的实时显示和闹钟功能；LCD显示当前的温度数据及系统时钟。3.1电路设计1 功能设计根据用户提出的电路功能和性能指标以电路设计的角度和语言依据有关的理论和模型从原理上对目标电路所含各种功能进行分离归类以及添加为完成要求功能和生产所必须的附加功能2 功能定义将原理上划分的各项功能具体成相对应的各个功能模块规定各个功能模块应完成的任务及相互之间功能连接关系3.2 时钟处理电路时钟处理电路主要由内部计时器TO来完成时钟定时功能，在
16、外部电路中主要涉及到对时钟的调整，主要功能由软件完成。实际电路如图3； 3.3 温度检测电路 温度处理电路如图4所示，先有单片机通过DS18B20的3脚（DQ）对DS18B20进行初始化，然后从DS18B20中按位读取数据，以8位组成一个字节，然后在单片机中转换成温度值，送到LCD显示或者储存起来。 U1 DS18B20GND VCC DQ P3.51 2 3 图4 温度检测电路3.4显示电路显示电路采用了液晶显示器LCD1602，PO与LCD的8位数据线连接，在AT89C51的控制下，由DS18B20采集且经过转换的温度信号，由PO口输出送液晶显示模块LCD显示。4 软件设计该程序的功能主要
17、是使用单片机和温度传感器DS18B20及液晶显示模块LCD完成对温度的检测及显示，且具有时钟及闹钟功能。通过AT89C51完成对DS18B20和LCD芯片的数据传输进行控制。程序的功能是查询当前的DS18B20温度采集和转换是否完成，并且完成对转换后数据的显示开始程序流程图初始化 DS18B20读DS18B20的序列号 DS18B20存在？发送跳过ROM指令读取温度数据发送DS18B20编码等待DS18B20复位温度转换 图5 程序流程图结束语随着人们生活水平的提高人们希望开发出更小更准更方便的体温计，从方便用户使用和提高市场竞争力的角度出发采用成熟的液晶显示技术和低功耗电路设计的成果数字显示
18、温度一直以来都缺少精度高而成本低的解决方案。文正设计的LCD数字显示体温计解决了这以问题，此方案不但电路结构简单、体积小、功耗较低、易集成，还能在较小的成本的情况下较大幅度的提高LCD数字显示器的精度.而且受外界影响较小。参考文献1.白泽生.MCS51单片机实现温度的检测.现在电子技术.2005（10）；1-3.2张开生,郭国法.MCS51单片机温度控制系统设计.微计算机信息.2005.21（7）；68-693谢佳庚.电子线路（M）.4版.北京；高等教育出版社.20004于丽丽，王剑华.NTC热敏电阻器在高精度温度测量中的应用.传感技术.2004（12）；75.775薛宏熙，边际年苏明数字系统设计自动化北京清华大学出版社19966 .刘丽华，辛德禄，李本俊，专用集成电路设计方法北京北京邮电大学出版社2000致谢在本次论文设计过程中，李花老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。 13
