基于单片机的温度检测和光照强度指示系统设计.doc

基于单片机温度检测和光照强度指示系统设计
学生姓名: 姜高阳 学号: 5043006
物理电子工程学院 电子科学与技术专业
指导老师: 余大庆 职称: 讲师
摘 要: 温度和光照强度检测被广泛应用仓储、 工业生产及日常生活中。对于温度检测能够使用DS18B20进行, 使用光敏电阻再辅以电压比较电路能够实现对于光照强度指示功效。对于温度检测, 由DS18B20温度传感器芯片测量目前温度并将结果送入单片机, 然后经过单片机对送来温度进行计算和转换, 并将此结果送入四位八段码数码管, 由四位八段码数码管将温度显示出来。而对于光照强度检测, 光敏电阻阻值因为光照强度影响而改变从而产生电压改变, 经过电压比较电路LM339将这一改变电压与基准电压相比较产生输出电压改变, 将这一改变电压信号传送至单片机中进而实现光照强度检测。
关键词: 温度检测; 光照强度指示; DS18B20温度传感器; 单片机

Abstract: Temperature and light intensity detection is widely application storage, industrial production and daily life. For temperature detection can use DS18B20, using photoconductive resistance again complementary with voltage circuit can realize compared to light intensity instruction function. For temperature testing by DS18B20, measuring current temperature and chip microcontroller, then the results into through the monolithic integrated circuit to the temperature calculation and brought the transformation and the results into four paragraphs yards by four paragraphs digital tube, digital tube will temperature display code out. For light intensity detection, photoconductive resistance value because of light intensity and changes resulting voltage change, through the voltage LM339 will compare circuit voltage and the change in the benchmark voltage compared to produce output voltage change, will this change in voltage signals to SCM realize light intensity detection.
Keywords: temperature testing; Light intensity instructions; The temperature sensor DS18B20; microcontroller
引言
伴伴随科技发展和现代工业技术需要, 温度测量技术也在不停地改善与提升。因为测温范围越来越广、 测温条件越来越复杂, 依据不一样要求, 又制造出不一样需要测温仪器。而出于节能和方便控制考虑, 对于光照强度检测或者说基于光照强度改变而实现控制系统也应运而生。
1 温度检测技术和光照强度控制技术概述
1.1 温度检测技术介绍
伴随中国外工业日益发展, 温度检测技术也有了不停进步, 现在温度检测使用方法种类繁多, 应用范围也较广泛, 大致包含以下多个方法:
1、 利用物体热胀冷缩物理原理制成温度计。如体温表, 温度计等。
2、 利用热电效应技术制成温度检测元件
利用此技术制成温度检测元件关键是热电偶。热电偶是发展较早、 比较成熟、 应用最广泛检测元件, 其含有结构简单、 制作方便、 测量范围宽、 精度高、 热惯性小等特点。
3、 利用热阻效应技术制成温度计
用此技术制成温度计大致都是利用测温元件或者热敏元件因为温度改变引发阻值改变从而实现温度测量功效。
4利用其她测温原理制成温度计
这其中包含利用热辐射原理及红外测温技术制成高温计
在温度检测技术领域, 新检测技术层出不穷取得了重大进展, 产生了部分比较成熟测温元件。本设计关键介绍以DS18B20为基础温度测量方法。
1.2 光照强度控制技术介绍
光照强度控制是经过把光强度改变转换成电信号改变来实现控制。光敏元件因为周围环境光照强度改变而引发本身阻值改变, 将这一阻值改变转化为电压改变再经过电压比较等方法后经过单片机处理达成光照强度控制目。本设计关键介绍经过光敏电阻实现光照强度控制方法。
1.3电路总体方案设计
本文关键工作是研究与设计一个基于AT89S51温度检测系统, 该温度测量系统能够实现对温度实时测量、 显示以及对于光照强度高低指示作用。系统含硬件设计和软件设计两部分。硬件设计部分包含单片机控制芯片, 温度测量电路, 温度显示电路, 光照强度测试电路。软件设计部分包含对应信号采集与处理程序等, 实现实时测温、 显示与光照强度指示。
系统原理框图如图1

图1 原理框图
2 设计思绪
单片机接口信号是数字信号。要想用单片机获取温度或者是光照强度这类非电信号信息, 对于温度测量必需使用温度传感器, 对于光照强度测量需要使用光敏电阻, 将温度信息和光照强度转换为电压或电流输出。假如转换后电流或电压输出是模拟信号还必需经过部分手段将其转化成数字信号, 以满足单片机要求。本文介绍是采取DS18B20温度传感器和光敏电阻做成温度测量与光照指示电路。
2.1 处理芯片AT89S51
AT89S51是美国ATMEL企业生产低功耗, 高性能CMOS8位单片机。片内含4k字节可系统编程Flash只读程序存放器, 128字节内部RAM, 32个I／O 口线, 看门狗, 两个数据指针, 两个16 位定时／计数器, 一个5 向量两级中止结构, 一个全双工串行通信口, 片内振荡器立刻钟电路。器件采取ATMEL企业高密度、 非易失性存放技术生产, 兼容标准8051指令系统及引脚亦可使用C语言进行编程设计。掉电方法保留RAM 中内容, 但振荡器停止工作并严禁其它全部部件工作直到下一个硬件复位。AT89S51能够很好完成设计所需处理功效。AT89S51引脚图如图2。

图2 AT89S51引脚图
2.2 温度传感器DS18B20
本设计选择是DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体企业推出一款数字化单总线器件, 是新一代适配微处理器改善型智能温度传感器。DS18B20温度传感器能够直接读出被测温度, 无需A/D转换模块就能够依据实际要求经简单编程实现9到12位温度读数。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出, 所以从单片机到DS18B20仅需连接一条信号线, 这就大大提升了系统抗干扰性, 适合于恶劣环境现场温度测量。另外每片DS18B20都设有唯一产品序列号, 存存放在它内部ROM中, 单片机经过简单协议就能识别这个序列号。DS18B20测量温度范围为-55—125, 在-10—85范围内精度能够达成。引脚图如图3所表示。

图3 DS18B20管脚图
DS18B20有六条控制命令, 如表3-2所表示:
表3-2 DS18B20控制命令
指令
约定代码
操作说明
温度转换
44H
开启DS18B20进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器TH、 TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器TH、 TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
把E2RAM中TH、 TL字节写到暂存器TH、 TL
读电源供电方法
B4H
开启DS18B20发送电源供电方法信号给主CPU
CPU对DS18B20访问步骤是: 先对DS18B20初始化, 再进行ROM操作命令, 最终才能对存放器操作, 数据操作。DS18B20每一步操作都要遵照严格工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程, 依据DS18B20通讯协议, 须经三个步骤: 每一次读写之前都要对DS18B20进行复位, 复位成功后发送一条ROM指令, 最终发送RAM指令, 这么才能对DS18B20进行预定操作。
2.3 光敏电阻
本设计选择是一般常见两引脚光敏电阻。在黑暗环境下, 它阻值很高; 当受到光照而且光辐射能量足够大时, 光导材料禁带中电子受到能量大于其禁带宽度ΔEg 光子激发, 由价带越过禁带而跃迁到导带, 使其导带电子和价带空穴增加, 电阻率变小。光敏电阻如图4所表示。

图4 光敏电阻

3 硬件设计
3.1 温度传感器接线电路
DS18B20只有三个引脚, 外形类似于三极管, 其接线方法极为简便VCC接外部电源, GND接地, I/O与单片机相连。I/O口线接一个4.7K电阻。如图5所表示。

图5

3.2 光强测量电路
4 软件设计

5 电路板制作

6 总结