Разработка аппаратных и программных средств для реализации цифрового термометра. Выбор способа измерения температуры. Функциональные возможности преобразователя DS18B20. Возможность использования LCD дисплея без подсветки и семисегментного индикатора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "ВСТ"

Курсовой проект

по дисциплине "МПС"

"Разработка цифрового термометра"

Выполнил: Елькин Александр,

студент гр. 09-В1

Проверил: Киселев Ю.Н.

Нижний Новгород 2012

Оглавление

• Введение
• 1. Выбор и обоснование основных технических решений
• 1.1 Техническое задание
• 1.1.1 Источники информации
• 1.1.2 Приемники информации
• 1.2 Возможные варианты решения поставленной задачи, обоснования выбора
• 1.2.1 Выбор способа измерения температуры
• 1.2.2 Выбор устройства отображения информации
• 1.2.3 Выбор микроконтроллера
• 2. Структурная схема
• 2.1 Описание принципа действия и общий алгоритм работы
• 2.2 Блок-схема работы микроконтроллера
• 3. Разработка функциональной и принципиальной схем устройства
• 3.1 Принципиальная схема устройства
• 3.2 Функциональная схема устройства
• 4. Разработка алгоритмов
• 4.1 Алгоритм инициализации датчика
• 4.2 Алгоритм отправки байта данных датчику
• 4.3 Алгоритм получения одного байта от датчика
• 4.4 Структура программы
• 4.5 Код программы
• 5. Технология отладки программы
• 6. Моделирование
• Список литературы

Введение

Измерение, контроль и регулирование температуры является одной из неотъемлемых и важных задач в современном мире. Такая задача стоит и перед промышленностью, и перед сельским хозяйством, и в быту и даже в области высоких технологий. В разных случаях задача регулирования температуры имеет свою индивидуальную цель и метод решения.

Главное преимущество использования электронного термометра является возможность контролировать температуру на расстоянии. Если нужно контролировать температуру, например, в подвале дома, на чердаке или в любом подсобном помещении, обычный ртутный (спиртовой) или механический термометр вряд ли подойдет, т.к. будет проблематично постоянно выходить из комнаты, только чтобы взглянуть на шкалу термометра. Более пригоден в подобных случаях электронный термометр, позволяющий измерять температуру дистанционно - на расстояниях в сотни метров. Причем в контролируемом помещении будет располагаться лишь миниатюрный термочувствительный датчик, а в комнате на видном месте - ЖКИ, отображающий текущую температуру.

1. Выбор и обоснование основных технических решений

1.1 Техническое задание

Разработать аппаратные и программные средства для реализации цифрового термометра. Термометр должен соответствовать требованиям:

Ш сфера применения: измерение температуры воздуха (или воды при доработке защиты датчика от влажности);

Ш диапазон измеряемой температуры: -50… +99? С;

Ш погрешность измерений: ±0.5 ? С (в диапазоне от -10 до +85 ? С);

Ш напряжение питания: 3 - 5 В;

Ш использование доступных, энергоэкономичных, дешевых элементов для возможности последующей реализации разработанного устройства.

1.1.1 Источники информации

Основным источником информации в данной конструкции является термодатчик. Он должен в зависимости от величины аналогового сигнала (температуры) формировать определенный цифровой код, который должен быть доступен для считывания микроконтроллером.

Еще один источник информации - кнопка старта/останова измерений.

1.1.2 Приемники информации

Для случая получения информации от термодатчика приемником информации является контроллер, который обрабатывает входные данные и периодически отправляет их на цифровой индикатор.

А для случая считывания данных с цифрового индикатора приемником информации можно считать пользователя, который получает данные температуры и обрабатывает их , принимая какие-либо решения.

1.2 Возможные варианты решения поставленной задачи, обоснования выбора

1.2.1 Выбор способа измерения температуры

В ходе проектирования данного устройства было рассмотрено несколько способов измерения температуры. Первый основан на использовании терморезистора или термопары, протекающий ток которых пропорционален величине температуры. Для оцифровки данного сигнала нужен дополнительный аналогово-цифровой преобразователь. Полученный результат нужно еще масштабировать в соответствии со шкалой Цельсия. Наибольшая сложность в том, что зависимость измеренной величины от температуры могла бы получиться не прямой. Вряд ли данный способ дал хорошую точность. Еще и нужно реализовать устройство передачи данных от АЦП микроконтроллеру. Так как большая часть выходов портов занята под цифровой индикатор, то параллельный способ передачи данных возможен только при введении дополнительных адресных селекторов или при последовательной передаче данных, что значительно усложняет устройство. Еще и невозможно было бы подключать несколько датчиков к одной линии, что ограничивает возможности усовершенствования прибора.

В термометре было решено использовать датчик температуры DS18B20.

Данное устройство хорошо согласуются с микроконтроллером. Термодатчик DS1820 имеет следующие технические характеристики:

Ш индивидуальный 64-битный идентификационный номер;

Ш напряжение питания от +3 до +5,5 В;

Ш измеряемая температура от -55 до +125°С;

Ш погрешность измерения температуры в диапазоне -10...+85°С не более 0,5°С;

Ш в остальном диапазоне температур погрешность измерения не превышает 2°С;

Ш информация о температуре выдается 9-битным кодом;

Ш максимальное время преобразования температуры в код 750 мс;

Ш возможность питания от высокого уровня шины данных;

Ш термодатчики не требуют индивидуальной настройки при замене. Термодатчик типа DS18B20 отличается от DS1820 способностью измерять температуру с четырьмя уровнями погрешности -- 0,5; 0,25; 0,0625°С. При этом максимальное время измерения для каждого уровня составляет соответственно 93,75; 187,5; 375; 750 мс. Необходимая погрешность измерения может быть задана при инициализации термодатчика.

Термодатчики выпускают в двух типах корпусов: ТО-92 и SOIC.

DS18B20 обменивается данными по 1-Wire шине и при этом может быть как единственным устройством на линии так и работать в группе. Это также послужило ключевой особенностью в пользу выбора датчика, т. к. позволяет впоследствии модернизировать устройство путем добавления новых датчиков.

Другая особенность DS18B20 - способность работать без внешнего питания. Эта возможность предоставляется через подтягивающий резистор. Высокий сигнал шины заряжает внутренний конденсатор (CPP), который питает прибор, когда на шине низкий уровень. Этот метод носит название "Паразитное питание". При этом максимальная измеряемая температура составляет + 100 °C. Для расширения диапазона температур до + 125 °C необходимо использовать внешнее питание.



Основные функциональные возможности DS18B20 - его температурный преобразователь.

Чтобы начать температурное измерение и преобразование, ведущий должен подать команду начала конвертирования температуры [0х44]. После конвертирования, полученные данные запоминаются в 2-байтовом регистре температуры в оперативной памяти, и DS18B20 возвращается к неактивному состоянию. Если DS18B20 включен с внешним питанием, ведущий может контролировать конвертирование температуры (после команды [0х44]) по состоянию шины. DS18B20 будет формировать (ответ на слот времени чтения от устройства управления) логический "0" когда происходит температурное преобразование. И логическую "1", когда конвертирование выполнено. Если DS18B20 включен с паразитным питанием, эта технология уведомления не может быть использована, так как шину нужно подать высокий уровень (напряжение питания) в течение всего времени температурного преобразования. В этом случае устройство управления должно самостоятельно контролировать время конвертирования.

Выходные температурные данные DS18B20 калиброваны в градусах Цельсия. Температурные данные запоминаются как 16-битовое число со знаком (см. рис. 2). Биты признака (S) указывают, является ли температура положительная или отрицательная: для положительных S = 0, а для отрицательных чисел S = 1. Если DS18B20 будет настроен для конвертирования 12-битной разрешения, то все биты в температурном регистре будут содержать действительные данные. Для 11-битной разрешающей способности, бит 0 неопределен. Для 10-битной разрешающей способности, биты 1 и 0 неопределенны, и для 9 битной разрешающей способности 2, 1 и 0 неопределенны.

цифровой термометр преобразователь индикатор

1.2.2 Выбор устройства о...