數字溫度傳感器測溫顯示系統畢業設計開題報告
(報告內容包括課題的意義、國內外發展狀況、本課題的研究內容、研究方法、研究手段、研究步驟以及參考文獻資料等。)
1)課題的研究意義
隨著現代信息技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統應用於諸多領域，使得溫度控制在生產生活領域有著廣泛的應用。
溫度是日常生活、工業、醫學、環境保護、化工、石油等領域最常用到的壹個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。最常見到的測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如：水銀 玻 璃溫度計，酒精溫度計。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。利用單片機和溫度傳感器構成的電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數字值，既簡單方便，有直觀準確。本設計所介紹的數字溫度計與傳統的溫度計相比，具有讀數方便，測溫範圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數字顯示，主要用於對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機AT89S51，測溫傳感器使用DS18B20，采用LCD1602液晶顯示能準確達到以上要求。
2)國內外發展狀況
目前溫度計的發展很快，從原始的 玻 璃溫度計管溫度計發展到了現在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數字溫度計、電子溫度計等等。主要溫度儀表，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計等在技術上已經成熟，但是它們只能在傳統的場合應用，尚不能滿足簡單、快速、準確測溫的要求，尤其是高科技領域。因此，各國專家都在有針對性地競相開發各種新型溫度傳感器及特殊與實用測溫技術，如采用光纖、激光及遙感或存儲等技術的新型溫度計已經實用化。
2008年起中國數字溫度計及恒溫器市場發展迅速，產品產出持續擴張，國家產業政策鼓勵電子溫度計及恒溫器產業向高技術產品方向發展，國內企業新增投資項目投資逐漸增多。投資者對電子溫度計及恒溫器行業的關註越來越密切，這使得電子溫度計及恒溫器行業的發展需求增大。本文研究壹種基於單片機溫度控制系統，以克服傳統方法的不足。
3)研究內容和方法
采用數字式溫度傳感器為檢測器件，進行單點溫度檢測。用LCD1602液晶直接顯示溫度值，單片機系統作為電子溫度計的控制、顯示系統。
本系統從以下三個方面來考慮：
(1)檢測的溫度範圍：0℃～100℃，檢測分辨率 0.5℃。
(2)用LCD1602來顯示溫度值。
(3)超過警戒值(自己定義)要報警提示。
主要采用DS18B20溫度傳感功能，檢測當前的溫度值，通過液晶將當前溫度值顯示出來，當檢測的溫度值超過所設定的溫度範圍時，報警提醒，達到精確檢測的目的。
本系統主要由四部分組成：
1)傳感器數據采集部分即溫度檢測模塊，如果采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度的測量範圍，但是熱敏電阻精度、重復性，可靠性差，對於檢測1攝氏度的信號是不適用，可以采用智能集成數字溫度傳感器DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產的壹線式數字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測量範圍為-55℃～+125℃,可編程為9位～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出;其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生;多個DS18B20可以接在壹根線上，CPU只需壹根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。
2)溫度顯示部分可選用LED數碼管顯示，也可選用LCD液晶顯示。此模塊選用LCD1602。
3)上下限報警調整模塊通過按鍵設置報警溫度，采用蜂鳴器報警。
4)單片機主板部分智能模塊主要指單片機部分，它主要完成傳感器信號的接收以及處理工作，本模塊的設計首先要做好單片機的選型，考慮到性能以及成本選用AT89S52。
整個系統是以AT89S52控制下工作的。其工作過程是：首先溫度按鍵設定上下極限溫度範圍，然後溫度傳感器DS18B20采集當前溫度信號，單片機接收此信號，通過處理在液晶LCD1602顯示當前溫度值。若測得溫度超過所設定的範圍時，蜂鳴器發出報警信號。
鑒於此，本畢業設計所要完成的任務目標是：
(1)設計電子溫度計的信號檢測部分
(2)設計電子溫度計的信號處理部分
(3)設計電子溫度計的主控制器部分
(4)設計電子溫度計的顯示部分及報警部分
(5)編寫調試相關軟件設計
(6)實驗平臺的搭建
(7)整機調試
4)全球傳感器未來發展趨勢及4大重要領域(轉)
近年來，傳感器技術新原理、新材料和新技術的研究更加深入、廣泛，新品種、新結構、新應用不斷湧現。其中，?五化?成為其發展的.重要趨勢。
壹是智能化，兩種發展軌跡齊頭並進。壹個方向是多種傳感功能與數據處理、存儲、雙向通信等的集成，可全部或部分實現信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通訊，以及內部自檢、自校、自補償、自診斷等功能，具有低成本、高精度的信息采集、可數據存儲和通信、編程自動化和功能多樣化等特點。如美國淩力爾特(LinearTechnology)公司的智能傳感器安裝了ARM架構的32位處理器。另壹個方向是軟傳感技術，即智能傳感器與人工智能相結合，目前已出現各種基於模糊推理、人工神經網絡、專家系統等人工智能技術的高度智能傳感器，並已經在智能家居等方面得到利用。如NEC開發出了對大量的傳感器監控實施簡化的新方法?不變量分析技術?，並已於今年面向基礎設施系統投入使用。
二是可移動化，無線傳感網技術應用加快。無線傳感網技術的關鍵是克服節點資源限制(能源供應、計算及通信能力、存儲空間等)，並滿足傳感器網絡擴展性、容錯性等要求。該技術被美國麻省理工學院(MIT)的《技術評論》雜誌評為對人類未來生活產生深遠影響的十大新興技術之首。目前研發重點主要在路由協議的設計、定位技術、時間同步技術、數據融合技術、嵌入式操作系統技術、網絡安全技術、能量采集技術等方面。迄今，壹些發達國家及城市在智能家居、精準農業、林業監測、軍事、智能建築、智能交通等領域對技術進行了應用。如，從 MIT獨立出來的VoltreePowerLLC公司受美國農業部的委托，在加利福尼亞州的山林等處設置溫度傳感器，構建了傳感器網絡，旨在檢測森林火情，減少火災損失。
三是微型化，MEMS傳感器研發異軍突起。隨著集成微電子機械加工技術的日趨成熟，MEMS傳感器將半導體加工工藝(如氧化、光刻、擴散、沈積和蝕刻等)引入傳感器的生產制造，實現了規模化生產，並為傳感器微型化發展提供了重要的技術支撐。近年來，日本、美國、歐盟等在半導體器件、微系統及微觀結構、速度測量、微系統加工方法/設備、麥克風/揚聲器、水平/測距/陀螺儀、光刻制版工藝和材料性質的測定/分析等技術領域取得了重要進展。目前，MEMS傳感器技術研發主要在以下幾個方向：(1)微型化的同時降低功耗;(2)提高精度;(3)實現 MEMS傳感器的集成化及智慧化;(4)開發與光學、生物學等技術領域交叉融合的新型傳感器，如MOMES傳感器(與微光學結合)、生物化學傳感器(與生物技術、電化學結合)以及納米傳感器(與納米技術結合)。
四是集成化，多功能壹體化傳感器受到廣泛關註。傳感器集成化包括兩類：壹種是同類型多個傳感器的集成，即同壹功能的多個傳感元件用集成工藝在同壹平面上排列，組成線性傳感器(如CCD圖像傳感器)。另壹種是多功能壹體化，如幾種不同的敏感元器件制作在同壹矽片上，制成集成化多功能傳感器，集成度高、體積小，容易實現補償和校正，是當前傳感器集成化發展的主要方向。如意法半導體提出把組合了多個傳感器的模塊作為傳感器中樞來提高產品功能;東芝公司已開發出晶圓級別的組合傳感器，並於今年3月發布能夠同時檢測脈搏、心電、體溫及身體活動等4種生命體征信息，並將數據無線發送至智能手機或平板電腦等的傳感器模塊?Silmee?。
五是多樣化，新材料技術的突破加快了多種新型傳感器的湧現。新型敏感材料是傳感器的技術基礎，材料技術研發是提升性能、降低成本和技術升級的重要手段。除了傳統的半導體材料、光導纖維等，有機敏感材料、陶瓷材料、超導、納米和生物材料等成為研發熱點，生物傳感器、光纖傳感器、氣敏傳感器、數字傳感器等新型傳感器加快湧現。如光纖傳感器是利用光纖本身的敏感功能或利用光纖傳輸光波的傳感器，有靈敏度高、抗電磁幹擾能力強、耐腐蝕、絕緣性好、體積小、耗電少等特點，目前已應用的光纖傳感器可測量的物理量達70多種，發展前景廣闊;氣敏傳感器能將被測氣體濃度轉換為與其成壹定關系的電量輸出，具有穩定性好、重復性好、動態特性好、響應迅速、使用維護方便等特點，應用領域非常廣泛。另據BCCResearch公司指出，生物傳感器和化學傳感器有望成為增長最快的傳感器細分領域，預計2014至2019年的年均復合增長率可達9.7%。
未來值得關註的四大領域
隨著材料科學、納米技術、微電子等領域前沿技術的突破以及經濟社會發展的需求，四大領域可能成為傳感器技術未來發展的重點。
壹是可穿戴式應用。據美國ABI調查公司預測，2017年可穿戴式傳感器的數量將會達到1.6億。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴設備是最受關註的硬件創新。谷歌眼鏡內置多達10余種的傳感器，包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器、磁力傳感器、線性加速傳感器等，實現了壹些傳統終端無法實現的功能，如使用者僅需眨壹眨眼睛就可完成拍照。當前，可穿戴設備的應用領域正從外置的手表、眼鏡、鞋子等向更廣闊的領域擴展，如電子肌膚等。日前，東京大學已開發出壹種可以貼在肌膚上的柔性可穿戴式傳感器。該傳感器為薄膜狀，單位面積重量只有3g/m2，是普通紙張的1/27左右，厚度也只有2微米。
二是無人駕駛。美國 IHS公司指出，推進無人駕駛發展的傳感器技術應用正在加快突破。在該領域，谷歌公司的無人駕駛車輛項目開發取得了重要成果，通過車內安裝的照相機、雷達傳感器和激光測距儀，以每秒20次的間隔，生成汽車周邊區域的實時路況信息，並利用人工智能軟件進行分析，預測相關路況未來動向，同時結合谷歌地圖來進行道路導航。谷歌無人駕駛汽車已經在內華達、佛羅裏達和加利福尼亞州獲得上路行使權。奧迪、奔馳、寶馬和福特等全球汽車巨頭均已展開無人駕駛技術研發，有的車型已接近量產。
三是醫護和健康監測。國內外眾多醫療研究機構，包括國際著名的醫療行業巨頭在傳感器技術應用於醫療領域方面已取得重要進展。如羅姆公司目前正在開發壹種使用近紅外光(NIR)的圖像傳感器，其原理是照射近紅外光LED後，使用專用攝像元件拍攝反射光，通過改變近紅外光的波長獲取圖像，然後通過圖像處理使血管等更加鮮明地呈現出來。壹些研究機構在能夠嵌入或吞入體內的材料制造傳感器方面已取得進展。如美國佐治亞理工學院正在開發具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內嵌入式傳感器，該器件由導電金屬和絕緣薄膜構成，能夠根據構成的***振電路的頻率變化檢測出壓力的變化，發揮完作用之後就會溶解於體液中。
四是工業控制。2012年，GE公司在《工業互聯網：突破智慧與機器的界限》報告中提出，通過智能傳感器將人機連接，並結合軟件和大數據分析，可以突破物理和材料科學的限制，並將改變世界的運行方式。報告同時指出，美國通過部署工業互聯網，各行業可實現1%的效率提升，15年內能源行業將節省1%的燃料(約660億美元)。2013年1月，GE在紐約壹家電池生產企業***安裝了1萬多個傳感器，用於監測生產時的溫度、能源消耗和氣壓等數據，而工廠的管理人員可以通過iPad獲取這些數據，從而對生產進行監督。
此外，荷蘭殼牌、富士電機等跨國公司也都在該領域采取了行動。
傳感器產業化發展的重要趨勢
近年來，隨著技術研發的持續深入，成本的下降，性能和可靠性的提升，在物聯網、移動互聯網和高端裝備制造快速發展的推動下，傳感器的典型應用市場發展迅速。據BCCResearch公司分析指出，2014年全球傳感器市場規模預計達到795億美元，2019年則有望達到1161億美元，復合年增長率可達 7.9%。
亞太地區將成為最有潛力的市場。目前，美國、日本、歐洲各國的傳感器技術先進、上下遊產業配套成熟，是中高端傳感器產品的主要生產者和最大的應用市場。同時，亞太地區成為最有潛力的未來市場。英泰諾咨詢公司指出，未來幾年亞太地區市場份額將持續增長，預計2016年將提高至38.1%，北美和西歐市場份額將略有下降。
交通、信息通信成為市場增長最快的領域。據英泰諾咨詢公司預測，2016年全球汽車傳感器規模可達419.7億歐元，占全球市場的22.8%;信息通信行業至2016年也可達421.6億歐元，占全球市場的22.9%，且有可能成為最大的單壹應用市場。而醫療、環境監測、油氣管道、智能電網等領域的創新應用將成為新熱點，有望在未來創造更多的市場需求。
企業並購日趨活躍。美國、德國和日本等國的傳感器大型企業技術研發基礎雄厚，各企業均形成了各自的技術優勢，整體市場的競爭格局已初步確立(附表)。需要指出的是，大公司通過兼並重組，掌控技術標準和專利，在 ?高、精、尖?傳感器和新型傳感器市場上逐步形成壟斷地位。在大企業的競爭壓力下，中小企業則向?小(中)而精、小而專?的方向發展，開發專有技術，產品定位特定細分市場。據統計，2010年7月至2011年9月，傳感器行業中大規模並購交易多達20多次。如美國私募股權公司 VeritasCapitalIII以5億美元現金收購珀金埃爾默公司的照明和檢測解決方案(IDS)業務;英國思百吉公司以4.75億美元收購美國歐米茄工程公司的溫度、測量設備制造業務。目前，越來越多的並購交易在新興市場國家出現。
5)參考文獻
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[7]孫煥銘. 51單片機C語言程序應用實例詳解.北京：北京航空航天大學出版社，2011
設計題目
摘要：(內容為宋體四號字)
隨著現代信息技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現，溫度自動檢測和顯示系統在很多領域得到廣泛應用。人們在溫度檢測的準確度、便捷、快速等方面有著越來越高的要求。而傳統的溫度傳感器已經不能滿足人們的需求，其漸漸被新型的溫度傳感器所代替。
本文設計並制作了壹個簡易溫度計。本設計采用了單片機AT89S52和溫度傳感器DS18B20組成了溫度自動測控系統，可根據實際需要任意設定溫度值，並進行自動控制。在此設計中利用了AT89S52單片機作為主控制器件，DS18B20作為測溫傳感器通過LCD數碼管串口傳送數據，實現溫度顯示。通過DS18B20直接讀取被測溫度值，進行數據轉換，能夠設置溫度上下限來設置報警溫度。並且在到達報警溫度後，系統會自動報警。
本文設計是從測溫電路、主控電路、報警電路等幾個方面來分析說明的。該器件可直接向單片機傳輸數字信號，便於單片機處理及控制。另外，該溫度計還能直接采用測溫器件測量溫度。從而簡化數據傳輸與處理過程。此設計的優點主要體現在可操作性強，結構基礎簡單，擁有很大的擴展空間等。
關鍵詞：單片機;溫度傳感器;溫度計;報警
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