基于热敏电阻温室温度检测系统设计

成绩

南京工程学院

课程设计说明书(论文)

题 目 基于热敏电阻温室温度检测系统设计

课 程 名 称 检测技术课程设计 院 系 康尼学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 K电气111 学 生 姓 名 殷浩 学 号 240102218 设 计 地 点 工程中心8-315 指 导 教 师 许大宇

设计起止时间： 2014年06月03日至2014年06月12日

南京工程学院

课程设计任务书

课 程 名 称 检测技术与系统课程设计 院（系、部、中心）

专 业 电气工程及其自动化 班 级 起 止 日 期 13.06.03—13.06.12 指 导 教 师

目录

课程设计任务书......................................................................................2 正文..........................................................................................................6

原理介绍..........................................................................................6 系统设计...........................................................................................7 源程序..............................................................................................11 实验心得..................................................................................................16 参考文献..................................................................................................17 附录..........................................................................................................18

1．课程设计应达到的目的 通过对本课程的设计，使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术，了解国内外对这些工程量进行测控的系统组建原理，通过对检测系统的设计与分析，增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力,逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。 2．课程设计题目及要求 题目：基于热敏电阻的温室温度检测系统设计 要求： （1）可测温度范围0~100℃，测温精度：±0.1℃； （2）根据题意，明确被控对象的功能及性能指标； （3）根据系统要求，选择合适的传感器； （4）设计传感器测量电路； （5）选择单片机的品种、型号，设计单片机的外围测量电路； （6）计算有关的电路参数，有条件的情况下，根据实验室现有设备进行实验数据的测取，明确测量电路输出与被测非电量的关系； （7）画出系统原理框图（此部分放在说明书的开始）； （8）画出系统电路图，最好用PROTEL画； （9）在说明书中详细说明本系统工作原理。

3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕 (1)给出设计说明书一份； (2)有条件的情况下尽量给出必要的实验数据； (3)在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。 4．主要参考文献 1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009 2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001 3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000

5．课程设计进度安排 起 止 日 期 13年06月03日 13年06月04日 13年06月05日 13年06月06日 13年06月07日 13年 06月 08日 13年 06月 09日 13年 06月 10日 13年 06月 11日 13年 06月 12日 工 作 内 容 布置设计任务，熟悉课题，查找资料； 结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能； 设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路； 设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系； 继续设计论证电路参数，完善系统设计方案； 查找资料，理解系统各部分工作原理； 理清系统说明要点，着手设计说明书的书写； 书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用； 完善设计说明书，准备设计答辩。 设计答辩。 6．成绩考核办法 平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%. 教研室审查意见： 教研室主任签字： 年 月 日 院（系、部、中心）意见： 主管领导签字： 年 月 日 方案设计

1.理论分析

根据任务要求，要求制作一个基于NTC热敏电阻的温度测量和控制系统。测量范围为0-100℃。测量精度为±0.1℃，能够记录24小时内每隔三十分钟温度值，并能够用数码管回调固定时刻的温度值，能够显示24小时内的温度平均值、最大值、最小值、和最大温差，具有报警功能当温度超过设定阈值时能够报警（要求有1摄氏度的回差）。在扩展部分要求制作一个温度控制元件，能够用LED显示设定温度值和实际测量值，设定温度范围为：40-60℃。并要求采用适当的方法，当设定温度或者环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量，温度控制的静态误差≤0.2℃。

分析任务要求，该系统要用NTC温敏电阻作为测温元件，NTC热敏电阻是一种负温度特性的热敏电阻，其阻值随温度的变化曲线如下所示：

图表 1

由图可知，NTC的阻值随温度的上升而下降，其阻值和温度呈非线性特性，因此必须采用一定的方法对曲线进行线性化处理。其测量原理是利用通过测量其阻值，通过其温度特性曲线便可求的环境温度。但因为温度不便于测量且不便于其他电路处理。通常是将电阻的变化转化为电压的变化通过测量电压变化测得温度的变化。

由于采集到的电压信号是模拟信号，不能被数字系统处理，因此必须通过AD转换器，将模拟信号转换成数字信号。一般AD转换器的基准电压要求为2.5v，

而采集到的电压信号很微弱，必需经过放大后才能送给AD转换器，因此在系统中还必须有信号放大的信号调理电路。

该系统要求具有报警和控温功能，因此必须有报警装置和控温元件，报警装置可以蜂鸣器和发光二极管来实现。而控温可以制作一个加热器作为控温元件，系统要求能采用适当的方法来实现改变系统的超调量和调节时间，因此可以采用脉冲宽度调制来实现。报警装置和控温装置可以通过三极管来驱动。

该系统应该有一个控制器，用以控制温度的显示报警和温度控制等功能。该控制器可以采用单片机，FPGA，或者DSP来实现。

2.系统设计及其原理图

根据以上分析可知，该系统应该包括用NTC热敏电阻制作的温度传感器，对传感器信号放大的信号调理电路，加热器，显示电路，报警电路，按键和控制器组成。由于单片机作为控制器价格便宜，控制性能好，电路方便，已能完全满足该系统的要求，因此综合考虑用单片机作为该系统的控制器。

该系统通过NTC热敏电阻制作的传感器采集温度，将采集到的值送给单片机处理后通过LED显示出来，并可将处理后的值与设定的温度值进行比较看是否超过设定范围来实现报警。在控制温度模式下，可以通过单片机控制加热器来加热，实现温度控制。

1.总的系统原理框图如下：

LED显示电路 STC89C52 温度采集电路 信号调理电路 AD 报警电路 加热器 KEY 系统原理图

总的原理图：proteus中没有现成的光电传感器元件，仿真时用滑动变阻器代替，实际接线时要用传感器。

2.总的电路原理图如下：

3.AD0804的采样原理的连接方法

AD的片选功能和单片机的P2^4相连，当P2^4为低电平时AD选通。AD的读信号RD和写信号WR和单片机的P3^6和P3^7相连。由于AD采用的是直通方式，当P3^7为0时启动AD,开始转换数据。当P3^6为1时便可以读取AD转换的数据。

4.LED显示电路及与单片机的连接方法

5.单片机复位电路及晶振电路：

3.载入程序后仿真运行结果

开始运行：

各个量之间的对应关系如下： （电阻跟电压之间是非线性关系）

电阻值和温度变化的关系式为：

其中，RT为在温度T(K)时的NTC热敏电阻阻值，RN为在额定温度TN(K)时的NTC热敏电阻阻值。(TN取25℃，RN=1．20 kΩ)，T为规定温度(K)，B为NTC热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。而且，

通过公式(1)、(2)以及表1，可求得B=3 900 K，从而可以得出电阻值和温度变化的关系式为：

4.程序

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P2^5; sbit lcden=P2^7; sbit wr=P2^6;

sbit WRR=P3^6; sbit RDD=P3^7; sbit CS=P2^0;

uchar love=0; void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }

void write_com(uchar com) { rs=0; wr=0; lcden=0; delay(1); P0=com; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; }

void write_date(uchar date) { rs=1; wr=0; lcden=0; P0=date; delay(1); lcden=1;

delay(1); lcden=0; }

void init_lcd() { lcden=0; write_com(0x38); delay(1); write_com(0x0c); delay(1); write_com(0x06); delay(1); write_com(0x01); delay(1); write_com(0x80); delay(1); write_date('L');

write_com(0x81); delay(1); write_date('o'); write_com(0x82); delay(1); write_date('v'); write_com(0x83); delay(1); write_date('e'); write_com(0x84); delay(1); write_date(' '); write_com(0x85); delay(1); write_date('D'); write_com(0x86); delay(1); write_date('o'); write_com(0x87);

delay(1); write_date('n'); write_com(0x88); delay(1); write_date('g'); write_com(0x89); delay(1); write_date(' '); write_com(0x8a); delay(1); write_date('S'); write_com(0x8b); delay(1); write_date('h'); write_com(0x8c); delay(1); write_date('e'); write_com(0x8d); delay(1); write_date('n'); write_com(0x8e); delay(1); write_date('g'); }

void write_sfm(uchar add,uchar date) { uchar ge,shi; shi=date/10; ge=date%10; write_com(0x80+0x40+add); write_date(0x30+shi); write_date(0x30+ge); }

void init_ad() {

P1=0; P0=0; CS=0; }

void start() { WRR=0; WRR=1; }

void main() { uchar result; init_ad(); init_lcd(); P1=0xff; while(1) { //P1=0; CS=0; start(); delay(5); RDD=0; delay(8); result=P1; RDD=1; delay(20); //lcdinit(); P0=~result; //while(1); //result=result/256*5; /* lcdwritetable(0x83,\"AD Convert\ lcddisplay(0x80+0x40+5,result*5/256+48); lcddisplay(0x81+0x40+5,'.'); lcddisplay(0x82+0x40+5,result*5*10/256%10+48); lcddisplay(0x83+0x40+5,result*5*100/256%10+48); lcddisplay(0x84+0x40+5,'V'); delay(1000); */ //P0=P1; write_com(0x80+0x40+5); write_date(result*5/256+'0'); write_com(0x80+0x40+6); write_date('.');

}

write_com(0x80+0x40+7);

write_date(result*5*10/256%10+'0'); write_com(0x80+0x40+8);

write_date(result*5*100/256%10+'0'); write_com(0x80+0x40+9); write_date('V');

delay(10); }

5.课设心得：

回顾起此课程设计，感慨颇多，从理论到实践，这段时间里可以说是苦多于甜。但是我从这次的课设中的确学到了很多东西，不仅仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识，增强了自己的动手操作能力。这次课设也让我明白了理论与实践相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在整个过程中我们也遇到了不少问题。比如，我们对单片机的工作原理不是很了解，更不用说怎么用了。于是我到图书馆查阅了相关的资料，了解了单片机的工作原理以及每个端口能实现的功能，这些都给我带来了很大的帮助，使我很快的完成了单片机与AD转换器及LED电路的链接。之后电路链接起来，但运行总是出错，一开始我特别烦躁，但后来慢慢静下心来查找原因，经过一遍又一遍的思考，多次的检查，最后终于发现了错误之处，完成了这一部分的内容。 本次课程设计让我明白最多的是团队的作用，一个人的力量是有限的，掌握的知识也不全面，在团队合作中，我们互相取长补短一步一步完成我们单个无法完成的任务，我们做的不仅仅是课程设计，我们更是在相互学习，进步！

6.主要参考文献

1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009 2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001 3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000