自动检测技术课程设计.doc

自动检测技术课程设计

题目自动温度检测系统设计
姓名许冠林
学号20071701220
专业测控技术与仪器
年级2007级
指导教师朱洁

第一章设计背景
1.1系统背景
温度是表现物体特征的重要因素，在生产、生活中是一项重要的参数。在工业控制过程中需要对控制对象进行温度监测,有很多环境温度需要控制在某个范围或者恒定在某个温度点上，促使促使某些工业生产的顺利进行。另外，温度检测还广泛应用于我们的日常生活中，例如病人的体温检测和室温检测。无论在工业、农业、科学研究、国防和人们日常生活的各个方面,温度测量和环境控制都是非常重要的。
温度概念的建立及温度的测量都是热平衡为基础的，当两个冷热不同的物体接触后，就会出现热传递，热传递结束后，两个物体处于同一个温度。因此，温度的检测分为接触式测温和非接触式测温两大类。接触式测温是，温度敏感元件与被检测对象接触，进行温度检测，如膨胀式温度计、热电阻温度计和热电偶温度计等，这种测温方法由于与被测物体的接触破坏了被测物体的温度场，从而造成误差，但是此种测温精度较高；非接触式测温就是在敏感元件不与配测对象接触的情况下，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度，如辐射式温度计、光线式温度计，这类温度及一般精度不高，但是适合运动状态下的测温[1]。
随着科技的发展,对各种新型的热敏元件及温度传感器要求结构先进、性能稳定,以满足对温度测控技术提出的越来越高的要求。因此，一个精度高、稳定性强、价格合适的温度计的设计就尤为重要。
1.2系统概述
本次设计的目的是设计出价格低廉的而精度可以满足使用的基于单片机的电子温度表。本系统为经典温度检测方式，以MSP430F149单片机系统为核心组成、以PT100作为检测元件的单点检测系统，由MSP430F149控制信号的采集，并在控制数码管显示，实现温度的实时检测。本系统作为一个基础系统可以进行更深一层的开发，不仅可以数码管显示，还可以利用MSP430F149的通讯接口与上位机连接，实现数据处理和系统控制。本次设计主要完成以下工作：
第一、熟悉PT100和AD620的使用方法，掌握PT100电桥原理。
第二、熟悉MSP430的使用方法，了解MSP430的编程系统。
第三、制作完整的温度检测系统，并实现温度的实时检测和本地显示。

第二章方案论证
整个系统遵循模块化原则，并尽可能选用典型、常用、易于替换的芯片和电路，为系统的开放性、标准化、模块化打下了良好的基础。自动温度检测系统硬件部分按功能大致可分为以下几部分：单片机主控模块、温度检测模块、显示模块等。硬件总体结构框图如图1所示[2]。
显示模块
单片机主控模块
温度检测模块

图1硬件结构框图

检测系统设计过程中，需要考虑平衡各种关系，比如精确度与元件价格的问题、元件寿命与价格的问题、不稳定因素和元件的选择问题等。只有对各种元件的组和搭配才能形成一个稳定的检测系统。
2.1温度检测模块
方案一：使用DS18B20作为温度检测元件[3]。
随着科学技术的发展，一些温度检测系统采用数字温度芯片DS18B20测量温度。DS18B20为美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，具有耐磨耐碰，体积小，封装形式多样的特点，输出信号全数字化。此种方法适用于各种狭小空间设备数字测温和控制，便于单片机处理及控制，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很稳定。其独特的单线借口接口方式，可实现与微处理器的双向通信，并支持多点组网功能，从而实现多点测试。其广泛应用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。其内部结构如图2所示。

图2DS18B20内部结构

虽然这种数字温度传感器技术较为先进，精度相对较高，稳定性较强的特点，但其存在操作困难，较难理解等缺点，不能很好的适用于一个简单的温度检测系统。
方案二：利用传统热敏电阻PT100温度传感器。
热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。铂电阻温度传感器属于正温度系数热敏电阻器，分为装配式铂电