设计温度

设计温度（精选12篇）

设计温度 篇1

一、背景和教学任务简介

“温度”是苏科版《物理》教材八年级上第三章“物态变化”第一小节的内容,在学习这部分内容之前,学生在小学科学课堂已经初步学习了关于物体冷与热的判断和摄氏温度的相关内容,并且与温度相关内容在日常生活中经常涉及,学生对温度既熟悉也陌生,学生对温度的认识仅仅停留在“温度数值越大,物体越热,反之则越冷”,对温度计也仅仅会初步使用而已。中学阶段关于“温度”的教学应该在以下几个方面有所拓展和深入:(1)关于物体冷热程度的判断更趋于科学合理,通过活动让学生知道仅靠“感觉”判断物体的冷热程度是不科学的;(2)通过对测量装置的演变能让学生对温度计的理解深度更进一步;(3)温度计的规范使用;(4)了解其他温度计的使用。

二、教学目标

知识与技能:

(1)了解温度的定义;

(2)知道温度计的使用方法;

(3)了解不同温度计的相同和不同之处。

过程与方法:

(1)学会用自制器材比较物体的冷热;

(2)学会用温度计测量物体的温度;

(3)通过对测温装置的体验和改进,了解研究物理问题的重要方法——“转化法”和“放大法”。

情感态度与价值观:

通过了解温度计的发展过程,体验人类认识并改变世界的无穷力量。

三、教学重点、难点

教学重点及突破策略:

教学重点:认识并使用温度计。

突破策略:通过学生依靠感觉判断物体的冷和热这一活动让他们认识到要科学判断物体的冷热程度必须使用温度计,对于如何正确使用温度计,可以通过学生先汇报自制温度计的使用方法,然后学生阅读温度计的使用说明,并结合自己对温度计使用的理解评价课本提供的使用方法的科学性和必要性,然后通过学生活动(温度计测量液体温度)和常见错误使用方法的纠正,加深温度计使用方法的理解。

教学难点及突破策略:

教学难点:温度标准的提出及摄氏温度的规定和应用。

突破策略:通过用自制测温装置不能测量物体具体温度,激发冲突,并通过和实验用温度计的对比,引出刻度的必要性,然后通过学生自学摄氏温度,在学生明确温度规定的情况下,提出如何在测温装置上刻画出相应的温度。通过这个活动既理解了摄氏温度,也理解了温度计上的刻度。

四、设计思路

通过国庆出游关注天气预报引入课题“温度”,利用“手指辨别冷热”这一活动让学生感知科学准确地辨别温度需要使用温度计,在温度计的演变过程中学生逐渐了解并理解温度和温度计的使用方法,接着用“测量水的温度”这一学生活动既巩固了使用方法也纠正了原先对温度计使用的错误认识,在此基础上进一步加深对温度计的认识并拓展到对其他温度计的认识。

五、教学资源

(1)学生分组实验器材:3只烧杯(分别盛热水、冷水和温水)、自制测温装置、煤油温度计、体温计;(2)多媒体课件。

六、教学设计

环节1:新课引入以及温度概念的建立。

师:同学们好,很高兴能和大家一起交流学习。课前老师对今天的天气状况也作了一些了解。(点击天气预报图)

师:哪位同学能播报一下本市今天的天气情况?

(学生播报。)

师:我国幅员辽阔,哈尔滨的天气情况又是怎样的呢?(点击天气预报图)

师:请同学们一起来播报。

师:广州呢?哪个地方更冷一些?

生:哈尔滨。

师:你是怎么知道的呢?

生:温度值低的冷,温度值高的热。

师:物理中用“温度”表示物体的冷热程度。

<多媒体>温度表示物体的冷热程度

师:与人类认识其他事物一样,人们对“温度”的认识过程也并非是一帆风顺的,下面我们就一起来重温这段科学史。

【设计意图】物理源于生活。

环节2:比较物体的冷与热。

师:桌上有三杯水,你知道哪杯水的温度更高一些吗?

师:你是怎么知道的呢?

(学生用手摸。)

师:凭借感觉的确能够帮助我们判断温度的高低。

师:是不是我们的感觉一定是可靠的呢?下面我们一起来做个活动。

师:请每个小组先选出一名同学跟着老师一起做,其他同学注意观察活动过程,等这位同学完成体验后再来做,听清楚了吗?准备好了吗?

<教师演示>请跟老师一起做,学生模仿着完成

师:其他同学也去试试看。

师:两个手指感觉一样吗?

师:大家是否都有这样的感觉呢?

师:由此课件,我们知道仅凭感觉来判断物体的温度是不可靠的。

【设计意图】通过体验活动,激发认知冲突,引出课堂的研究主体——测温装置。

环节3:温度计的原理。

师:同学们能否利用这样的一个装置帮助我们较准确地判断物体的温度,请同学们试试看?

(学生实验)

(可以放入热水中,也可以放入冷水中,温水中温度变化不大)

师:同学们在刚才的实验过程中发现了什么?

(学生分组实验并汇报实验现象)

师:这种现象就是热胀冷缩现象,液体温度计就是利用了液体的热胀冷缩现象制作而成的。

【设计意图】通过实验体验,理解温度计的原理。

环节4:了解摄氏温度的规定。

师:利用这个测温装置能有效地帮助我们判断物体的温度高低,下面我想请一个同学帮我一个忙,谁愿意来尝试一下,你能用这个测温装置测量出那杯热水的温度吗?

生:不能。

师:有困难吗?在什么地方遇到困难,你有解决的办法吗?(其他同学有解决问题的办法吗?)

生:没用刻度值。

师:那通常温度计的刻度值是怎么规定的?请同学们自学课本中关于摄氏温度的规定。

学生汇报,媒体呈现

师:我们已经初步制作完成一只温度计,同学们请从抽屉里把实验室用温度计取出来,对比一下,这两者有什么区别,科学家又为什么要这样改进呢?

(介绍温度计的结构)

【设计意图】从定性到定量。

环节5:学会使用温度计。

师:虽然我们对温度计有了初步了解,但“温度计的使用”可是大有学问。

请同学们先阅读课本中P78“常用温度计”使用方法,再去测量烧杯中水的温度。

<多媒体>呈现实验中的错误情况,让学生纠正。

(视频播放,学生抢答纠错)

<多媒体>正确使用方法

师:下面我们来比比看,谁估计的水的温度更准,请同学们先估计一下烧杯中水的温度,再进行测量。

<学生实验>

师:我看到一部分同学露出了胜利的微笑,其他同学不要气馁,我们若了解了自然界的一些温度,对提高我们的估测能力是大有帮助的。

<多媒体>自然界的一些物体的温度(课本中还有很多,同学们如有兴趣,可以下课以后去了解一下)

【设计意图】先阅读,后尝试,再纠错,最好规范使用。

环节6:形形色色的温度计。

师:日常生活中除了实验室用的温度计,还有很多温度计。<多媒体>

师:体温计和寒暑表也很常见,请同学们仔细观察课本P77图,比较一下,它们有区别吗?

(学生阅读课本并汇报)

<介绍人体的温度和体温计>

【设计意图】知识的迁移——实验用温度计到其他温度计的使用

环节7:课堂小结

今天我们学习了关于温度的有关知识,并学会了正确使用温度,了解了形形色色的温度计,同学们若有问题可以下课后再与老师进行交流。

六、板书

七、教学反思

本节课以知识为载体,以学生能力发展为切入点,以测温装置的发展与改进为课堂教学主线,把简单的生活问题升华成值得研究的物理现象,在此过程中学生以解决问题为目标,激活了思维,锻炼了能力,获得了知识,体验了探索后成功的积极的情感。本节课是一节活生生的符合学生身心发展的有温度的物理课。

设计温度 篇2

春天冰融化，夏天水长流，秋天云高远，冬天雪封河。以四幅美丽的图片引入本章的物态变化内容。四季交替变化的同时，也伴随着气温的变化，而物质状态之间的变化也都与温度有关。我们这一章的探究就从大家所熟悉的温度开始。

（以学生熟知的自然现象引入新课，体现了从生活走向物理这一理念。）

（二）探索新知

1、温度计

（1）实验体验：让学生把两只手分别放入热水和冷水里，然后同时抽出手插入温水中。让学生通过实验知道，凭感觉判断物体的冷热是靠不住的，从而引出测量温度的仪器——温度计。

（2）自制温度计：初二学生的直观形象思维仍占有一定的地位，部分学生对温度计有一定的认识，但并不全面。因此，我将通过与学生一起自制温度计的过程，让学生了解温度计的构造及工作原理。

2、摄氏温标

摄氏温度是本节课的一个难点，为了突破这一难点，我设计了多媒体演示：再配以适量的练习，用温度计量一杯水的温度，让学生读数。此时，学生在读法或单位上可能会出现错误，教师及时更正错误并向学生介绍摄氏温度的定标及读法、写法，让学生通过阅读“小资料”了解自然界的一些常见温度，并通过适当的练习加深学生对知识的理解。此难点通过读、讲、练，逐步突破。

3、温度计的使用

在此环节，我首先让学生通过阅读课本了解在使用温度计前要注意的问题，然后让学生以小组合作的学习方式，通过动手操作实验，掌握正确使用温度计测量液体的温度的方法。再配以多媒体，把常见的错误集中展现，让学生印像深刻。

4、体温计

学生的生活体验是丰富多彩的，学生对体温计也有一定的认识，让学生通过观察体温计，更加深刻地了解体温计的结构特点、基本性能和使用须知，使学生养成良好的学习习惯，让学生体验从物理走向生活这一理念。

（三）、巩固新知

为了巩固本节课的重点内容，加深学生对本节知识点的记忆，我设计了有针对性的练习题。通过练习了解学生的学习情况。

（四）、课堂小结

“通过这节课的学习你有什么收获？”让学生对知识进行概括总结，培养学生的概括总结能力。

（五）、布置作业

花房温度控制电路设计 篇3

【关键词】DS18B20 AT89C51 PC 温度测量与控制

前言：随着经济的发展，人们对生活质量的要求显著提高，对花卉的需求量也急剧上升，尤其是作为观赏和礼品的花卉，为他们提供一个更适宜其生长的生存环境，以提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。

传统的花房由人工通过简单的仪器仪表来测量各个环境的状态参数，并根据经验手动开启和关闭各种花房调节装置，效率低、控制效果不好[1]，而温室智能控制设备价格昂贵、成本高，而且操作复杂，不适合我国广大花农尤其是一些不太发达地区花农的情况，在中低档花房控制中应用不普遍，不能满足广大花农的需求；而采用单片机对他们进行控制不仅方便、简单、灵活性大，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标。符合农民的消费水平，适合我国的国情。

一、系统设计

本设计以AT89C51单片机作为控制核心，通过DS18B20传感器模块采集温度，控制器通过温度传感器实时监测各点的温度变化，并在LCD1602上同时显示各点的温度，将检测到的温度值与花房温度的设定值比较，根据比较结果开启报警装置和加热装置、降温装置，并通过串口将检测到的温度信息发送到上位机，从而远程实现对环境的整个监测。大部分花房内的最适宜温度为10度到30度，设置报警温度时，可以将下限温度设为15度，上限温度设为25度，这样可以将最佳温度设定在一定范围内，而不是某一点，避免了继电器的频繁开关，延长了元器件的寿命。

用以AT89C51为核心的单片机控制方案，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的温度检测和控制功能，还能利用其具有串行口的功能，将检测到的温度送到上位机。系统框图如图1所示。

图1系统框图

系统框图说明：（1）温度采集模块采集花房内多点的温度值。（2）显示模块中采用LCD1602用来实时显示当前的温度值和温度值上下限。（3）显示模块中的按键用来设定报警温度的上下限，并在LCD1602上显示。（4）AT89C51处理来自温度传感器的数据，并通过异步串行通信送上位机显示。（5）如果采集的温度值在设定的温度上下限范围内，则继电器和执行机构不工作，否则继电器接通，执行机构工作。（6）通过上位机可以实现键盘一样的操作，并有很好的人机交互界面，方便远程和实时监控。

二、硬件电路设计

硬件电路设计包括温度采集模块的设计、按键模块的设计、显示模块的设计、报警模块的设计、继电器控制电路的设计、通信模块的设计。温度采集模块采用两个DS18B20数字温度传感器组成，DS18B20为数字温度传感器，内部已经集成了模数转换器，使用它可以节省很多外围电路。按键模块由四个独立式按键组成。要用于初始化时报警温度上下限的设定。显示模块采用LCD1602显示。报警模块由红绿LED灯和蜂鸣器组成，如果温度高于设定温度的上限，则红灯亮，蜂鸣器发出声响；如果温度低于设定温度的下限，则黄灯亮，蜂鸣器发出声响。继电器控制控制电路分为控制电路和主电路，控制电路通过三极管组成放大电路，二极管用来保护三极管，防止电流过大损坏元器件。当花房内的温度高于设定温度的上限时，继电器闭合，电机转动，开始降温。随着计算机技术特别是单片机技术的发展，串口通信在诸多领域上得到了广泛的应用，计算机可以通过串口来获取单片机的各种数据，然后利用计算机强大的功能进行处理，再根据处理的结果发送数据到单片机，实现远程控制设备[3]。本设计的通信模块采用虚拟终端实时显示采集到的温度，模拟串口通信。

三、软件设计

采用Keil C51[2]软件编写C语言程序，在Proteus内搭建仿真环境，将编写成功的.hex文件下载到仿真环境内的单片机内，即可看到仿真结果。

四、仿真结果

图2为系统仿真图，仿真中实现了单片机向PC机发送数据的仿真，在虚拟终端上显示了单片机向PC机发送的两路数据。模拟了数据的远程传输。

图2系统仿真图

五、结语

本次设计在Proteus平台上设计整个电路，并仿真将得出的数据进行显示，验证了设计的正确性，实现的功能可以达到设计要求，虚拟终端显示的数据只能是整数，不能显示LCD1602上数据的小数，有着一定的差距，但这种差距并不影响设计结果，只是模拟数据的远程传输。采用单片机设计实现可以减小成本、灵活性大等优点。所以单片机在节约成本方面具有不可替代的作用。

参考文献：

[1]李增详，史国兴，杨霞等.温室花卉智能管理系统的设计[J].广东农业科学，2010，（7）： 197-198.

[2]金杰.MCS-51单片机C语言程序设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2011： 66-70.

作者简介：

路盼（1988.4-），河南省邓州市，硕士研究生，专业：信息与通信工程。

设计温度 篇4

为了满足现代工、农业对温度监测和控制的要求, 温度采集器必须朝着小型、高速和高稳定性的方向发展。而传统的温度采集系统一般是基于模拟的温度传感器, 得到模拟信号处理后再经过周A/D转换得到数字信号。一方面, 模拟信号在处理和传输过程中极易受到干扰而影响温度采集的精度和稳定性;另一方面, 高精度A/D转换器价格较高而影响系统的成本, 使得整个温度采集系统的性价比降低。随着现代科学技术的飞速发展, 特别是大规模集成电路设计技术的发展, 微型化、集成化、数字化、智能化正成为温度传感器发展的一个重要方向。针对这种情况, 研究和改进多点温度的监测具有现实的意义。

2. 硬件组成

数字温度传感器可通过串行口, 也可通过其它I/O口线与微机接口, 无须经过其它变换电路, 直接输出被测温度值。因此, 利用数字温度传感器对多点温度进行测量时非常好的解决方案。本设计以AT89S52单片机为控制单元、温度传感器DS18B20为主要检测器件, 实现多路温度的测量、显示、存储和报警。本设计使用C语言进行设计开发, 采用Proteus7.4进行电路的设计并仿真, 实现:八路温度循环检测, 超限自动报警还可固定其中一路检测, 测量温度的同时, 还能记录当时的时间, 并存储到EEPROM中, 温度测量范围为-10℃～+100℃, 精度为±0.5℃。系统设计的总框图如图1所示。

3. 软件设计

系统程序主要包括主程序, 读DS18B20序列号程序, 读出温度子程序, 写温度子程序, 温度换命令子程序, 计算温度子程序, 存储子程序, 液晶显示子程序等。主程序主要是对DS18B20进行匹配, 读取温度, 显示温度, 存储信息以及报警, 系统设计主流程图见图2。

4. 结论

由于温度传感器逐渐向着数字化、智能化的方向发展, 目前基于温度探测的监控或者报警系统也产生了深刻的变化。电路设计得更简单, 也部分简化了软件的编写。另外, 无论是响应速度、系统运行周期、抗干扰能力、支持总线功能等等指标, 都大大优于传统的、基于模拟传感器的测温系统。

参考文献

[1]祁伟, 杨婷.单片机C51程序设计教程与实验[M].北京航空航天大学出版社.2006

[2]赵建领, 薛园园.51单片机开发与应用技术详解[M].电子工业出版社.2009

[3]邓智坚, 倪远平, 基于ARM7和数字温度传感器的多点温度测量系统设计[J], 中国仪器仪表, 2007年第04期

[4]张毅刚, 修林成, 胡振江.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2005.

[5]蒋鸿宇, 王勇, 植涌.由DS18B20构成的多点温度测量系统[J].应用天地.2006.09

设计温度 篇5

班 级 学生姓名 实习时间

课程设计报告

——温度超限报警系统设计

一、设计目的：

1、掌握热电式传感器工作原理并了解热敏电阻与温度变化的关系；

2、熟练应用直流电桥，放大器等基本电路；

3、自拟电路，充分体会热电式传感器的实际应用；

4、学习使用PROTEUS系统进行电路仿真，PROTEL软件绘制原理图。

二、设计内容：

温度上下限报警系统的设计

三、设计要求：

1、温度高于80摄氏度时，红灯亮，并发出鸣叫声。

2、温度低于30摄氏度时，绿灯亮。

3、在30摄氏度到80摄氏度之间，两个灯都不亮。

四、器件选择：

使用工具：直流稳压电源（5V）一台、电烙铁一把、万用电路板一块、泰坦万用表一台、温度计一个、加热杯一个

元件选择：热敏电阻NTC 5D-11一个（负温度系数）、放大器LM324一个、C9013两个、红色发光二极管一个、绿色发光二极管一个、蜂鸣器一个、100欧电阻四个、10欧电阻两个、10K欧电阻三个、470欧电阻两个、390欧电阻两个、导线若干

五、设计思路：

温度上下限的确定：根据热敏电阻对于不同温度有不同的电阻值的特性来得到。通过实际侧量，得到所要求温度上下限对应的电阻值（本次使用的热敏电阻为负温度系数即温度越高阻值越低）。

电路的实现：主要通过NTC传感器的作用，将温度引起的阻值变化转化为电势的变化，再经过集成运算放大器来控制输出，从而得到对温度上下限的控制。最后经过后续电路，完成亮灯和报警系统。

电路整体的组成如图所示：

六、设计原理：

1、热敏电阻：

热敏电阻的基本特性是电阻—温度特性。我们使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，特别适用于-100~300℃之间测温，在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，即随着温度的升高阻值不断减小。由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值岁温度的升高将按指数规律迅速减小。这和金属中自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。热敏电阻有正温度系数，临界温度系数与负温度系数之分，本实验所用的101为负温度系数（NTC）,在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为RT=e

T式中，RT为温度为T时的电阻值，与β为与半导体性能有关的常数，T为热敏电阻的热力学温度。经实际测量，30摄氏度时热敏电阻阻值达到95欧姆，而80摄氏度时达到22欧姆。

2、集成运算放大器

我们采用了LM324四运放集成电路。它采用14脚双列直插塑料封装，其内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用以外，四组运放相互独立。每一组运放都可以用图一所示的符号来表示，它共有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号出入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，V-（-）为反相入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。

（图一）

（图二）

当去掉运放的反馈电阻，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大，此时运放变成、形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。

我们选择第一组与第二组进高低温比较：当环境温度高于80℃时，5管脚电位高6管脚电位，7管脚输出高电平，C9013导通，红灯亮且蜂鸣响，否则红灯不亮蜂鸣不响；当环温度低于30℃时，3管脚电位高于2管脚电位，1管脚输出为高电平，C9013导通，绿灯亮，否则输出绿灯不亮。

3、报警装置：

我们采用了蜂鸣器与红色发光二极管并联的方式接入电路中，当红色二极管亮时蜂鸣响，实现高温报警。

七、制作步骤：

1、仿真

电路基本设计出来后，在计算机上用PROTEUS系统仿真软件实现仿真。对元器件的取值应严格按照设计的电路及实际情况来确定，以减少在硬件操作时的麻烦。以下为仿真后的截图效果：

2、电路板设计

我们先在面包板上连接好电路，控制传感器温度，使温度上下限确定位在30℃及80℃。

焊接前对万用电路板进行了电路设计，以整洁美观为原则。对布线，元件的放置都有明确位置。

3、焊接

严格按照上图所示连接电路图，LM324的4脚接+5V，11脚接地。焊接时应注意以下几个方面：

（1）发光二极管的极性不能搞混，脚长的一端为正极，另一端为负极。或使用万用表测量。

（2）LM324不能直接焊接在电路板上，那样的话既不容易调试，还容易烧坏片子，应焊接8脚的集成电路管座，在焊接完成后将LM324插于管座上。

（3）扬声器的极性已标出，注意不能反接。

（4）

焊接完成后的电路基本不用调试，用给NTC传感器加热，其电阻发生变化，使管脚2、3与管脚5、6的电压发生变化，从而使LM324的第一组或第二组导通或截止，进而实现红灯或绿灯亮，实现温度超限报警。

八、心得体会：

在此次为期两周的课程设计中，我觉的自己在很多个方面都获得了较为显著的提高。

首先是对理论知识的理解。通过自身对传感器的设计、仿真、组装，将在课堂上学到的理论知识用以解决这一系列过程当中出现的种种问题。不仅使理论正确的指导了实践，更在实践的过程中深化了对理论的认知，真正将课堂上的知识变为了自己的。

其次是团队合作与交流能力。在这次的实习中采取了以小组为单位的合作形式，这就需要小组中的每个成员都要有一个明确的分工。我在小组中主要负责电路的设计与焊接，但这个过程并非只由我一人完成，小组的其他成员也给了我很大的帮助。整个设计、制作过程也可以说是一个互相交流的过程。例如，在设计的最初我采用了课本里出现过的一个电路，但在仿真的过程中却发现无法实现设计所要求的功能，之后我便和其他同伴互相交流了各自的想法，认定此电路只能实现部分要求。随后我们重新设计了新的电路并成功的进行了仿真。之后的焊接与调试同样是在小组成员默契的配合与坦诚的交流中逐步完成的。

再次是展示自我的能力。由于这次的实习添加了答辩的环节，因此也就给了我们一个展现自己的舞台。我们阐述自己的设计原理并对自己在整个过程中的工作进行总结，这对我们每一个人而言都是一种新的体验。也为我们在更大的舞台上展示自己打下了基础。

总而言之，这次的课程设计确实使我受益匪浅，为以后的学习和工作都奠定了坚实的基石。

——吴航航

回顾进行课程设计的这段时间，我们共同亲身见证了实验作品的成功诞生：在设计电路的过程中我们遇到了许多问题，但经过我们的共同努力各个击破，一开始拿到设计题目时，只知道使用热敏电阻来实现，但就其电阻与温度的变化关系并不清楚，所以只能采取实际测量的方法确定在30、80摄氏度使得阻值来实现仿真。但在实际硬件操作中出现了误差，在不到低于30摄氏度时绿灯就暗了，这就需要我们重新更换电阻，调节使其接近理想值。

通过这次课程设计我也收获了许多：首先，针对温度上下限报警系统的设计，我和小组成员一起共同经历了从一头雾水、毫无头绪到最终制作出比较精确的、达到设计要求的作品这样一个过程，并从中体会到团队的合作以及成功的喜悦。其次，我认为这次课程设计最困难的地方也是收获最大的一点就是使用PROTEUS系统进行电路的仿真以及PROTEL软件绘制原理图。之前从来没有接触过这样的软件，不懂如何使用。经过翻阅资料，同学的指导，初步的掌握了仿真软件的使用，并可以进行一些较为简单的电路仿真，同时我也意识到测控专业的学习离不开这些工具软件的辅助，接下来，我也会进一步学习，争取熟练掌握仿真软件的使用。再次，我感觉进行课程设计一方面提高了我们的动手能力，理论与实际相结合；另一方面通过答辩环节，锻炼我们的口语表达，如果不能很好的表达，设计的再出色，也很难得到他人的认可。

总之，这次课程设计是我今后学习工作的一个很好的教材。

——李园园 这一次的课程设计一共持续了两周，我觉得我在这段时间内学到了很多的东西，这一次的实验主要是针对传感器来设计一定的电路，我们的实验要求是用热敏电阻设计出有温度上下限的报警系统。

刚拿到这个课题的时候，我不知道该从何下手，上这门课的时候我们都是在学一些理论知识，对于我还不知道该怎么把理论应用于实际中。我们小组的成员经过讨论后决定先查一些相关的资料，应该先了解一下老师，给我们提供的元器件，然后才能根据元器件设计出符合要求的电路。当我们有了一定的设计思路的时候，我们利用仿真软件对我们的电路进行仿真，看我们的思路是否可行。在这个过程中我们学会了如何使用仿真软件。在焊接电路的时候，我们小心的焊接尽量不让两个焊点连接到一起。而且在布线的时候，尽量不要让两根线重叠在一起，这样才可以保证清晰和美观。由于实际和理论之间是有差别的，在仿真的时候我们曾确定过电阻的阻值，但应用到实际的时侯出现了偏差，不能在30度和80度的时候红灯或绿灯放生准确的变化，我们经过讨论最后决定用电阻串并联实现，所以我们的最后结果还是比较成功的。

从这次的课程设计中我学到了好多的东西：首先，我学会了怎么样去用仿真软件去画电路图，明白了作为一个工科生，我们不能只学习书上的知识就觉得足够了，我们要充分的利用好课余时间，把握好机会去多接触些实际模型，争取做到理论与实际相结合的学习方式。其次，我懂得了团队合作精神的重要，在这次试验中，我们每个人都付出了好多的努力，我知道，从设计电路到最后焊接的成功，一个人是不能完成的。在整个实验的过程中我们小组的成员都可以做到互相帮助，互相学习。我觉得这就是所谓的团队精神，我相信这也是实验的一个要求与目的吧。总之我在这个实验中是受益匪浅的，我相信给我以后的生活和学习带来很多帮助。

——裴佩

九、参考文献：

《传感器与传感器技术》

科学出版社

何道清

2006年

《电子技术基础 模拟部分》 高等教育出版社

《传感器应用及其电路精选》电子工业出版社

康华光

张福学

设计温度 篇6

数显温度计设计与制作项目是以单片机为核心器件，采用软硬件相结合的方法来实现对实时温度的数字化显示。数显温度计电路的种类非常多，既可以用专用集成电路实现。又可以用通用数字电路实现，还能用单片机来控制。

通过数显温度计设计与制作项目教学来承载单片机向前通道中的A／D转换电路控制的教学任务，同时巩固向后通道中的数码显示电路控制技术。这种以完成一个实用项目来实施教学的形式，能够让学生产生兴趣，并带着成功的渴望去学习知识和技能，有利于培养学生的分析能力、综合应用能力和团队合作的意识。

数显温度计电路的设计与制作教学项目在五年制高职应用电子技术专业三年级《单片机应用技术》课程中实施，项目所需教学时数共22学时，包括任务布置和必要知识学习4学时。项目实施计划制定与交流4学时，项目实施10学时，作品展示、评价与总结4学时。

二、项目分析

数显温度计教学项目是以学生完成一个单片机控制的数字显示温度计的设计和制作为目标的教学过程。在教学实施过程中，学生在老师的指导下分工合作完成单片机控制的数显温度计电路的设计与制作。

实施本项目教学的教师应当具有现代职业教育理念和组织实施项目教学能力，掌握单片机电路的硬件电路设计和软件编程技术，具有模拟电路、数字电路的基本知识和技能以及通用集成电路应用能力，同时还应具有电路的产品意识、工艺意识和生产意识。

实施本项目教学需要必备的软硬件条件支持，需要具有焊接、装配和调试条件的理实一体化教室，并配备高低压电源、编程器或在线编程设备等，同时，还需要有安装编译软件和仿真软件并能够上网的多媒体教室。

本项目教学针对五年制高职应用电子技术专业三年级的学生，学生已经学习了电工技术、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计基础、PROTEL等课程。并经过了电子技术技能实训。具备了实施本教学项目的知识和技能上的条件。

数显温度计的设计与制作教学项目的重点：一是学生制定项目工作计划：二是学习训练完成本项目设计与制作所必需的知识和技能，主要是温度传感器知识、单片机向前通道编程基本知识、MD芯片基本知识和A／D取数编程的基本方法；三是电路的制作、编程和调试。数显温度计的设计与制作教学项目的难点：硬件电路设计、软件编程和电路调试。

三、项目实施

数显温度计设计与制作的项目教学实施，首先是让学生接受工作任务书，然后由学生以小组为单位研究制订项目实施计划，教师组织各小组研讨交流并进一步修改完善项目实施计划，各项目小组通过分工协作组织实施，完成产品制作，最后教师再组织学生进行产品展示和作品评价，并对项目实施进行总结反思。

1.下达项目工作任务书

教师可以通过日常生活中的一些小故事来引出本项目任务书，同时要讲清工作任务具体的功能和工艺要求，分析完成项目设计与制作的知识和技能，带领学生回顾已经学过的知识，指导学生查找相关资料，并组织学生进行分组分工。在布置工作任务时要尽量做到让学生明确要他们做什么，做到什么程度，完成工作任务需要哪些知识和技能，如何去查找有关的资料，如何去制定项目实施计划，等等。

2.制订项目实施计划书

学生在明确了工作任务后。学生可以按照小组分工查找相关资料，包括图书馆、书店、网络资源等。然后利用收集来的资料，根据项目的目标和任务，进行研讨，制订完成项目实施计划书的草案。在这一过程中教师主要是引导和咨询，组织学生按小组进行交流，相互学习，取长补短，进一步修订完善项目实施计划书。

3.电路设计、制作与调试

电路设计。项目实施计划确定好后。各小组学生要依据实施计划进行具体的电路设计。电路设计应当考虑软硬件相结合，既要考虑到硬件电路简明，又要使得编程容易。原理图的设计宜用通用的电路设计软件，如PROTEL等，按照原理图设计的规范进行绘制。程序编写要用KEIL-C等移植性强的编程工具。用C语言或汇编语言进行结构化的程序编写。电路设计及程序编程完成后，或用搭接试验电路，或用仿真软件进行仿真，以确保功能上可靠。在传统的教学中，功能实现即意味着教学过程的结束，但实际上，学生虽然完成了功能仿真，但他们对实验的实质内容并没有完全理解，特别是对在仿真巾用到的典型电路还是一知半解。更不知道电路设计和装配工艺以及电路优化等环节，也缺少电路的产品意识。

PCB板制作。PCB板的设计能力是电子类学生的基本技能之一，也是企业十分注重的能力。要培养学生单片机综合应用的能力，学生在教师的指导下完成一个实际产品PCB的设计是必不可少的。学生应该根据自己设计的电路用PROTEL软件，按照电路板设计的规范，绘制出实用的PCB图，然后或外协加工，或自行制版，制成所需的PCB板。

焊接组装。PCB板制成后，就可以按照设计的要求，选择适当的元器件，进行焊接组装。焊接组装应该由学生自行完成，元器件的选择和采购也应该是由学生完成。教师担当咨询角色，同时在焊接组装的方法和工艺上，给予适当的指导。

电路调试。调试的过程是检测设计是否可行的过程，也是把理论知识转化为实际产品的过程。由于运行环境不同，在电路仿真时能够实现的电路功能，在整机实际调试时可能不能实现。在调试电路的过程中，学生应当发挥主观能动性，加深对理论知识的理解，同时掌握常用电子仪器的使用，如万用表、电烙铁、示波器等，培养学生分析问题与解决问题的能力。单片机电路调试一般采用软硬件相结合的方法，通过调试找出软硬件中存在的问题，最终实现设计的电路功能。

资料整理、撰写产品报告。完成设计及调试任务后，整理技术文档是整个产品设计过程中一个重要组成部分。在电子企业中，技术文档是产品销售、维护、维修及技术更新的基础，通过这个环节培养完成项目后进行资料归档的习惯。撰写产品报告也是一项重要的工作，各小组要组织成员对项目实施情况进行总结，在此基础上撰写项目报告书，包括产品的设计思路、设计依据、功能特点、应用条件和使用方法等。项目报告书实际上相当于一个小型的设计论文。

4.电路作品展示与评价。

作品的展示与评价在项目教学中是一个非常重要的环节，完成这个环节一般要用到2～4学时，教师在这一环节中要精心组织。才能够达到良好的效果。在各小组完成任务，调试完成电路，整理好资料，撰写好产品报告后，教师就可以组织各小组展示自己的作品，演示说明自己的设计思路和产品特点，并对自己的作品做出自评。教师引导学生一起对展示的作品作出公平公正的评价。

在这个环节中，展示者要展示自己完成项目的整个过程，尽量让自己设计的优点展示在大家面前。而评判者则应根据评分标准和自己的判断，对项目的整体实施方案、产品的功能和质量、项目完成的整体情况，作出客

观公平的评价，对优点和亮点给予充分的肯定，对缺点和不足提出中肯的改进意见，教师要在大家评议的基础上对各小组的项目实施做出综合评定。

四、教学反思

在数显温度计设计与制作项目教学实施过程中，学生既学习到教学目标所规定的知识和技能。同时综合能力和素质也得到很大提高。但也有一些普遍性的问题需要进一步反思。

1.项目选取是否适当。首先，所选取的项目要能够承载教学目标规定的知识和技能。挑选教学项目时要注意，学生在完成工作任务时应涉及一些新的知识和技能。而这些知识和技能又是学生必须掌握而且是能够掌握的，这些知识和技能还是教学目的中所规定的；其次，项目的选取不宜过难、过大。既要考虑实际的应用性又要考虑学生工作能力，以学生通过努力能够达到为原则。项目过大过难会让学生失去信心，产生畏难情绪，不利于教学的开展。

2.要注重教学过程的设计。在项目教学中。重要的不是最终的结果，而是完成项目的实施过程。要让学生在项目实施过程中，探求新知识，掌握新技能，培养分析问题和解决问题的能力。在单片机项目教学中。教师教学过程的设计对课程的教学效果起到至关重要的作用。在教学过程中要加强各环节的组织，注重教学过程中的引导，突出规范性和安全性，让学生自己分析问题，解决问题。当学生亲手完成项目的设计与制作，看到实际效果时就会充满喜悦与成就感，这会大大激发学生学习的积极性和创造性。

3.实施项目教学应当具有必备的实验实训条件。单片机项目教学对实验设备提出了较高的要求，实验设备要便于学生的实践创新而不能局限于理论知识的验证，要有开发功能的设备，如仿真机、用户板等，实验设备最好采用模块化结构，将单片机及其外围硬件电路分成各自独立又能相互连接的多种模块，学生按项目内容及自己的设计方案搭接硬件电路，同时下载自己编写的软件，进行项目调试，直到完成项目功能。当然，实施单片机项目教学时还必须有专业机房，用以软件设计和电路制版设计。实验室最好能够具备制版条件。

温度检测与控制设计 篇7

当今计算机, 软件, 网络, 微电子, 现代测量技术行业的技术飞速发展, 新型的先进虚拟仪器成为当前系统研究的热点。虚拟仪器的出现使得仪器技术的发展进入到了一种新层次, 虚拟仪器是多门技术与计算机技术结合的产物, 它的发展趋势是逐步代替仪器完成某些功能, 如数据的采集、分析、显示和存储等, 并最终达到取代传统电子仪器的目的。

虚拟仪器通过软件开发平台将计算机硬件资源与仪器硬件巧妙地合为一体, 把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起, 通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理, 并通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据, 最后再通过框图模块指定各种功能。采用集成电路温度传感器和虚拟仪器可以很方便地构建一个测温系统, 且此测温系统有外围电路简单, 易于实现的有点, 能实现系统硬件维护、功能扩展和软件升级的功能。本设计将利用labview语言开发平台, 设计一个简单的兼具温度测量与温度控制的系统。

1 设计的目的及任务

1.1 设计的目的

依托LABVIEW完善的硬件驱动, 图形显示和便捷快速程序设计功能, 通过整合外部硬件设计, 可以实现两路水温相互独立自动采集和自动控制, 同时控制上限和下限温度之差。

1.2 设计的任务

利用labview8.6编写的程序, 程序通过输入随机数, 判断是否在设定的温度范围内。如果温度低于初始设定值, 系统就会开始加热并且点亮低温报警灯, 当温度提升到初始设定温度范围内时, 停止报警, 但继续加热, 当温度高于初始设定温度, 此时停止加热, 此时开始报警, 点亮高温报警灯, 等到温度降到初始设定范围之内时, 停止报警, 点亮正常灯。直到温度低于初始设定值时, 系统则开始进入到下一次循环中。

1.3 设计的要求和技术指标

1) 系统控制模块

主窗口操作界面, 数据采集模块, 数据曲线显示模块, 输出控制模块, 报警模块, 数据存档模块

3 各基本单元的原理及设计

3.1 前面板

前面板主要由高温设定旋钮, 低温设定旋钮, 温度计, 波形图表, 状态指示灯和数据文件保存等组成。温度计用于直接测量显示水温;而波形图用于显示实际水温上下限温度之间的关系;状态指示灯用与指示被控温度是否在设定温度范围内。

3.2 程序框图

程序框图是一个典型的多通道连续数据采集和信号输出流程图。框图上面有两路温度采集和控制。温度1和低温1是两路监控, 作用是设定所需最低最高温。

3.3 数据采集模块

温度1由0~100的随机数赋值为随机温度, 高温1、低温1、温度1捆绑输出温度给温度1;

当温度>高温1时, 高温报警灯1亮;当低温1<温度<高温1, 正常灯1;当温度<低温1时, 低温报警灯1亮。

3.4 输出控制模块

当温度升到温度设定范围之内时, 停止报警, 但继续加热, 一直到温度高于高温设定值时, 才停止加热, 但此时又开始报警高温报警灯亮, 直到温度降到与温度设定范围之内时, 才停止报警正常灯亮。

温度2由0~100的随机数和0~1随机数与运算产生的温度赋值为随机温度, 高温2、低温2、温度2捆绑输出温度给温度2;

当温度>高温2时, 高温报警灯2亮

当低温2<温度<高温2, 正常灯2亮

当温度<低温2时, 低温报警灯2亮

3.5 数据存档部分

将得到的6路温度组成数组, 存入电子表格

4 总结心得

本次设计是一个让我从课堂的理论知识到走到了实际操作的难得机会, 通过这次设计让我对虚拟仪器有了更深的理解, 对labview软件的使用与应用也更加熟练了, 从理论到实际操作上也遇到许多困难, 许多看似很简单的问题, 很简单的电路, 需要自己动手使其发挥功能也不是件简单的事。通过这次经历, 让我明白了不断实践是学好电子信息专业的必由之路, 只有自己动手才能将学到的知识和实际电路联系起来。同时, 这次设计还让我意识到自学能力的重要性, 有些没有学到的知识, 通过互联网络搜集、查阅相关文献资料, 组织材料就能化为己用。在实验中暴露的问题学到的经验都会让我在今后的学习与工作中受益, 助我前行。

参考文献

温度测量系统的设计 篇8

在工业生产及日常生活中, 温度检测及控制技术被广泛使用。传统的温度测量系统中, 测温元件有热电偶和热电阻, 但是热电偶和热电阻的输出一般为电压, 而将电压转换为温度还需要一些外部硬件电路, 硬件电路的设计及软件的调试都比较复杂。

本文介绍一种采用数字温度传感器DS18B20实现的基于STC89C52单片机的数字温度计的设计方法。此电路可简化硬件设计、方便单片机读取数据、节约成本。

2 系统功能

该测温系统采用DS18B20作为温度传感器, STC89C52作为控制核心。该系统由DS18B20采集被控对象的实时温度, 并将数据传给单片机, 单片机处理后, 在数码管上显示测出的温度值。

3 硬件电路设计

整个系统的硬件电路分为以下几个功能模块:电源模块、主控制模块、温度采集模块、数码管显示模块。

3.1 电源模块

系统中DS18B20和STC89C52都是采用5V直流电源。

电源模块部分采用变压器, 将市电220V交流变为9V交流, 然后经过整流桥, 将9V交流整流为9V直流, 芯片LM7805将9V的直流变换为5V直流, 为了得到稳定平滑的直流信号, 又加了电容进行滤波, 和二极管进行保护。

3.2 主控制模块

主控制模块采用单片机最小系统, 选用的单片机芯片是STC89C52, 此芯片完全可以满足系统中要求的采集、控制和数据处理的需要。

3.3 温度采集模块

温度采集模块采用的芯片是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20, 它可直接将被测温度转换为串行数字信号, 供单片机处理。通过编程, DS18B20可以实现9~12位的温度读数。其与单片机交换信息仅需一根I/O线, 其读/写及温度转换的功率也可来源于数据总线, 而无需额外电源。

3.4 温度显示模块

温度显示模块采用七段数码管显示电路, 数码管选用共阳极数码管, 以动态方式显示。显示数据由单片机的P0口送出, 位选信号由P2口送出, 经三极管8550放大, 以产生足够大的电流驱动数码管显示。

4 软件程序设计

4.1 系统程序流程图

系统程序分传感器控制程序和显示程序两部分。传感器控制程序必须严格地按照DS18B20的时序进行, 另外STC89C52还要对LED进行动态显示驱动, 因而软件相对比较复杂。

4.2 温度采集

在系统中, 温度传感器DS18B20的输出脚直接与单片机的P1.3脚相连。

控制器对DS18B20操作流程如下:1复位, 2存在脉冲, 3发送ROM指令, 4发送存储器操作指令, 5执行或数据读写。

当DS18B20接收到温度转换命令后, 开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式 (高5位是符号位) 存储在高速暂存器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据, 读数据时低位在先, 高位在后, 数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。当符号位为S=0时, 表示测得的温度值为正值, 可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时, 表示测得的温度值为负值, 要先将补码变成原码 (取反加1) , 再计算十进制数值。

温度读取主要程序语句如下:

4.3 温度显示

温度显示采用数码管动态显示方式, 由P2口送出位选信号, 然后由P1口送出该位的段码显示信号。温度显示子程序主要语句如下。

4.4 主函数

5 结语

本系统以STC89C52单片机为开发平台, 采用温度传感器DS18B20, 设计的温度测量系统, 与传统装置相比, 结构简单, 维护方便, 只用一根线就可传输温度数据, 传输距离远且抗干扰性好, 结构灵活, 调试方便, 转换速度快, 精度高, 抗干扰能力强, 价格低廉。温度的测量范围大, 此系统可广泛应用于工厂工业过程、大型粮仓、酿酒厂、食品加工厂的温度检测以及宾馆、仪器仪表等处的温度检测和控制。此外, 在原有系统的基础上进行扩展和修改就可实现DS18B20的多点测量, 还可实现高低温报警, 使用方便。

摘要：本文介绍了以数字温度传感器DS18B20和STC89C52单片机为核心的温度测量系统的设计。包括单片机与温度传感器、显示电路的接口电路的设计, 以及实现温度数据采集和数据传输的软件设计。此系统线路简单、体积小, 适于人们日常生活、工业生产和科学研究领域对温度测量的需要, 具有推广应用价值。

关键词：DS18B20,STC89C52,温度测量

参考文献

[1]沙占友, 王晓君, 马洪涛等.智能化集成温度传感器原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[2]张培仁.MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社, 2003.

现场无线温度记录设备设计 篇9

工业现场温度是工业现场生产的一个重要参数。实时准确地记录现场环境的温度, 为现场管理人员提供现场温度预警, 温度趋势变化是现代工业现场管理的一个重要环节。传统的工业现场温度管理一般采用现场人工记录或有线测温系统。现场人工记录温度数据不利于对多环节的、较大的工业现场温度管理, 而且实时性较低。有限测温系统的铺设费用较高;测温节点的可调整性较低;系统维护较为复杂。本设计针对目前测温系统所存在的问题, 采用Zig Bee无线通信技术实现了工业现场测温系统, 提高了测温系统的实时性和测温节点的可调整性, 降低了构建测温系统的费用, 而且整个系统的维护较为简单。为工业现场的正常生产提供了必要的保障。

1 现场无线温度记录系统整体设计

1.1 系统功能

该系统主要运用于工业现场温度实时监测和记录。用户通过终端显示屏就可以了解工业现场各个关键节点的温度变化情况, 保证整个工业现场生产的顺利进行。该系统通过现场温度数据的及时采集、分析和存储, 实现了现场关键节点温度的实时监测和趋势走向预测, 为管理、技术人员提供了决策服务和技术支持。

1.2 系统整体结构设计方案

系统的结构框图如图1所示。该系统由三部分组成:数据采集装置 (下位机) , 数据接收装置 (上位机) , 数据分析处理装置 (PC机) 。

现场温度采集装置实时采集存储现场温度, 然后打包, 定时通过无线收发系统发送给数据接收装置。数据收集装置收到信号后解包还原温度值并传给数据分析处理装置, 如果数据分析处理装置正常接收数据, 则返回成功接收数据。如果数据分析处理装置暂时不能正常接收数据, 数据接收装置会返回错误信息, 并发布广播数据, 通知所有终端模块等待数据分析处理装置恢复正常后再回传数据。

2 现场无线温度记录设备总体框图

本设计主要完成数据采集终端的硬件设计。其硬件系统如图2所示。

2.1 系统供电电路

本系统采用锂离子电池为整个系统供电, 使用集成的线性锂离子电池充电器ADP5062对锂离子电池的充放电进行管理。

ADP5062是一款完全可编程的I2C充电器, 用于单元锂离子或锂聚合物电池充电。该线性充电器架构采用系统电源时, 最高可提供2.1 A输出电流和4.3 V~5.0 V的可编程输出电压;采用合适充电器时, 可向电池提供最高1.3 A的充电电流。ADP5062输入电压范围为4 V~6.7 V, 最高可耐受20 V电压。此耐受度缓解了断开或连接外部电源时尖峰脉冲问题。ADP5062在线性充电器输出和电池间集成了内部FET。这一特性可提供电池隔离, 使系统可在电池无电或无电池情况下供电, 直接通过外部输入电源执行系统功能。

2.2 Zig Bee无线收发电路

Zig Bee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据传输速率, 主要适合用于自动控制和远程控制领域。

本系统采用NXP公司推出的JN5168[1]芯片作为实现Zigbee无线通信的主控芯片。JN5168是一款超低功耗的高性能无线微控制器, 支持Jen Net-IP、Zig Bee Smart Energy、Zig Bee Light Link、RF4CE和IEEE802.15.4网络协议栈。该控制器具有一个增强型32位RISC处理器, 带256 k B嵌入式闪存、32 k B RAM和4 k B EEPROM存储器, 通过可变宽度指令提供高编码效率;一条多级指令流水线, 通过可编程时钟速率实现低功耗运行。JN5168芯片通过UART接口与系统主控芯片交换数据。

2.3 温度采集电路设计

本设计中选用内部带有冷端补偿电路的集成K型热电偶测温芯片MAX6675[2]和K型热点偶实现对现场的温度测量。

MAX6675是MAXIM公司的K型热电偶串行模数转换器, 它能独立完成信号放大、冷端补偿、线性化、A/D转换及SPI串口数字化输出功能。MAX6675内部集成有冷端补偿电路, 冷端补偿的温度范围为-20℃~80℃, 可以测量的温度范围为0℃~1023.75℃。芯片内部带有简单的串行SPI接口, 可将温度信号转换成12位数字量, 温度分辨率达0.25℃。芯片内部还设计有热电偶断线检测电路。

2.4 数据存储电路设计

本设计中采用SST25串行Flash芯片作为系统的数据存储芯片。可以根据实际需求选用不同存储容量的芯片和最多两片的扩展需求。

SST25串行Flash芯片采用四线制SPI接口, 占用较少电路板空间, 并最终降低系统总成本。SST25芯片采用SST专有的高性能CMOS Super Flash技术制造。可以显著提高性能和可靠性, 同时降低功耗。该芯片采用2.7-3.6V的单电源进行写操作 (编程或擦除) 。对于任何给定的电压范围, Super Flash技术的编程电流更低、擦除时间更短。

2.5 系统主控制器电路设计

本系统采用Freescale推出的基于Crotex M0内核的Kinetis KL1x系列微控制器中的MKL5Z128VFM4[3]作为系统的主控制器。该系列微控制器具有超低功耗, 以及丰富的模拟、通信、计时和控制外设。主控制器与其它模块的电路结构设计如图3所示。

3 现场无线温度记录设备软件设计

温度记录设备的软件设计主要包括温度采集程序、数据采集程序、初始化程序、异常处理程序等。整个系统的程序设计如图4所示。

3.1 温度采集程序设计

在系统完成初始化, 系统组网成功或进入单机工作模式后, 开始采集现场温度数据。数据采样周期可以根据现场需要来设定, 最快可以达到0.01s的采用周期。在采集一定周期温度数据后, 系统将经过数字滤波处理的数据经无线模块发送给上位机, 同时存入系统数据存储芯片中。

3.2 数据传输程序设计

系统上电复位完成后, 首先将本节点的位置信息发送给上位机, 得到上位机的应答后, 进入周期性的数据发送程序。数据发送周期可以根据现场需求来设定。如果无法得到上位机的应答信号, 则进入通信异常处理程序。

3.3 系统异常处理程序设计

本系统中的异常处理程序主要包括温度采集异常处理、通信异常处理和运行异常处理三部分。

3.3.1 温度采集异常处理

本系统可以根据现场设计需求, 周期性检查所采集的温度数据。如果发现异常数据, 系统将通过数据传输模块向上位机报告异常, 等待管理人员到现场查看, 确认故障原因。同时记录故障数据。

3.3.2 通信异常处理

在本设计中, 上位机会周期性地向下位机发出指令, 要求下位机返回现场温度数据和设备状态。如果某个节点的设备多次未返回正常的应答信号, 或返回数据为异常数据。系统会发出异常信号, 要求现场管理人员到相应的节点位置查看设备状态。

下位机向上位机传输现场温度数据后会收到上位机返回的接收正常信号。如果下位机无法收到上位机接收正常的信号, 下位机会先把现场的温度数据存储在Flash芯片中, 等待上位机能够正常接收数据时重新向上位机传输数据。上位机在一个固定的周期内没有接收到测温节点反馈的数据时会向管理人员发出信息, 提醒现场管理人员检查数据接收装置的工作状态。

3.3.3 系统运行异常处理

为了防止主控程序进入死循环或者出现异常, 系统使用集成看门狗定时器的复位芯片SP706。在初始化程序中设置了看门狗的定时时间。在主程序中不断地给看门狗计数器清零。当主控程序出现异常进入死循环时无法清零看门狗计数器时, 看门狗计数器溢出, 系统复位, 使主控制器恢复正常运行状态。

4 结语

本设计采用基于Crotex M0内核的微控制器MKL5Z128-VFM4和Zigbee无线通信芯片JN5816实现了工业现场无线温度记录设备。该设备具有功耗低, 易于携带, 便于组网的特点, 为工业现场温度记录和监控提供了一个可靠的解决方案。

摘要：该无线现场温度记录设备采用Zig Bee无线通信技术作为数据传输载体, 采用Crotex-M3内核单片机作为系统主控芯片, 使用集成的K型热电偶测温芯片和K型热电偶实现现场温度采集。实践表明该系统可靠性高, 成本低、体积小、重量轻、耗电省。此外, 该系统可以用于其它无线数据监测领域。

关键词：无线,温度记录,设备,设计

参考文献

[1]NXP Ltd.Data Sheet:JN516X IEEE802.15.4 Wireless Microcontroller[J/OL].http://www.nxp.com.

[2]Maxim Integrated Ltd.Data Sheet:Cold-Junction-Compensated K-Thermocouple-to-Digital Converter (0℃to 1024℃) .Rev1[J/OL].http://www.maximintegrated.com.

温度智能检测系统设计 篇10

温度是物理学中的基本物理量,它表示了物体内分子热运动的剧烈程度,温度只能通过物体随温度变化的特征物理量来间接测量,无法直接获取,对它的精确检测和控制,随着科学的发展越发重要。近年,温度检测发展迅猛,由最初的分散传感集中控制结构,到现在的智能化、简单化的分散控制;由于虚拟技术在智能化仪器中的使用,加速了智能温度检测的发展;以数据采集为基础结构发展的温度传感检测报警器在各类应用中也发挥着举足轻重的作用[1]。然而现有的温度检测技术在稳定性、精确性方面已经不再能够满足科学研究的需求,因此,对检测及算法的研究显得尤为重要。

2系统简介

通过特征物理量的变化来推算出当前的温度值,同时温度的变化是一个渐变量,随着时间的变化不是很剧烈。只有对温度作出更准确的检测判断以及与温度变化能匹配的控制过程,才能为后续其它控制打下可靠的基础。当温度发生变化时,传感器中相应的物理量随之发生相应的变化,经内部电路的处理———转化为相对应的电压或电流值,然后再进行数据处理[1,2],最后推算出所测量的实际温度数值。如果要控制温度值使他达到预设的期望值,就必须选择合适的控制算法和外围硬件。在传统检测算法中,温度控制的精度最主要的是由温度传感器的精度决定的,当然也要考虑后续数字信号处理的精度。粗糙的传感器检测精度,只能获得尚可的控制精度。然而如果在后续信号处理过程采用模糊智能算法,可以减弱粗糙温度传感器引起的控制精度不高这一问题,这也是模糊算法本身的优势,输入量的模糊化以及模糊推理算法,对输入量的精度不需要做特别的要求,也可以获得高精度的控制过程。本文采用模糊算法与传统的PID算法相结合,达到控制高精度的目的。

3系统要求与软硬件构成

温度传感器检测的范围预定为-40℃~100℃,测温精度数值为:±1℃。用户通过按键进行对温度进行目标设定。当传感器的测量值超过预定范围,给出报警信号。为了防止在预定值附近发生乒乓效应,设定冗余偏移量Δ为1℃[3]。报警的方式普通蜂的鸣叫声,同时以四位数码的形式在LED屏显示。如果传感器检测值没有超过预定范围,就参与模糊PID运算,给出控制信号。

根据功能设计,这个系统主要分为下面三个部分:①温度数据采集模块;②数据处理模块;③用户接口模块。

其中温度数据采集模块主要是以DHT11为核心的模块组。它运用单总线方法,接口便利,而且不需要额外的校准。分辨率为8bit,可以满足一般环境温度的检测需要。数据处理模块主要是由AT89S51单片机对DHT11采集到的温度数据进行数据判断处理、计算和推理逻辑操控功能。而用户接口模块主要由按键、LCD1602显示器和蜂鸣警报器构成。按键用来用户设定温度数值,LCD1602显示器用来显示数据,蜂鸣报警器用来提醒用户。

单片机处理收集到的的数据,采用模糊PID算法得到控制信号,同时把温度信号送给显示器以及其他电路。按键电路的主要功能是设置温度预定区间和目标温度值,超出这个区间便会发声报警。另外也有一个复位按键,进行复位操作。而当前的温度值主要由显示电路来完成。

把DHT11的DATA口连接AT89S51的P3.0口,把LCD1602与AT89S51的P0口连接[4],当所测出的温度值不在预设值区间时,蜂鸣器便会蜂鸣报警,原理图如图1所示。

根据功能的所需,软件流程图如图2所示。设计目标是进行对温度的实时检测并结合预设值进行比较,如果在预设值范围内,进行模糊PID运算;当实际温度值超出了预设值范围,则提醒用户进行范围调节,这个时蜂鸣器报警。首先,在刚接上电源时,蜂鸣器首先蜂鸣,这样不仅可以验证蜂鸣器是否能够正常工作的同时,也警示用户检测系统开始工作。接着LCD进入初始化,显示出温度数值,另一方面,结合按键的功能,进行温度预设范围。然后把采集到的数据进行模糊PID处理,最终给出精确控制量,同时对外输出数据。

4结论

本检测系统最大的优点是具有高的性价比,另外,高集成度使得作品体积很小,采用USB方式供电,这样直接的表现就是方便用户的使用,携带。最后整个系统操作非常简单,让它的适用性更广。然而,该作品的缺点任然是精确度问题,一是显示的温度值只能精确到整数部分;二就是检测范围问题,温度检测的范围固定值为-40℃~100℃。

摘要：系统采用数字输出温度传感器DHT11和具备低耗能、高性能的8位单片机——AT89S51以及高集成的LCD1206字符型液晶显示模块、蜂鸣报警器组成温度检测报警器,用户通过按键来设定一个目标温度值,系统检测出实际温度数值,经过噪声滤除处理,与预先设定的温度范围值进行模糊PID运算,并输出控制信号。软件部分包括主程序、显示模块子程序和测温度子程序。

关键词：AT89S51单片机,LCD1206显示器,DHT11传感器

参考文献

[1]李俊.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究[J].微计算机信息,2010(21):146-146.

[2]张冬林,李鑫,戴梅.基于DHT11的低成本蚕室温湿度自动控制系统设计[J].现代农业科技,2010(18):14-15.

[3]刘宝元,张玉虹,姜旭,段存丽.基于单片机的温湿度监控系统设计[J].国外电子测量技术,2009(12):77-80,83.

《温度的测量》教学设计的改进 篇11

一般《温度的测量》教学设计是将温度计构造和原理、温度计的种类、温度计正确的使用方法、体温计等主要内容进行简单地呈现与介绍，因为温度计这部分内容在知识层面上比较简单，属于陈述性知识。但如果只是简单的介绍，学生在思维拓展方面可能会比较局限，仅仅只是记住了知识。而学生学习科学，有着双重目的：一是掌握知识；二是发展思维技能。教师应以适当的知识积累为基础，在“使用知识”的过程中发展学生的思维能力，为思维而教，培养学生的创造性思维和想象力，追求思维方法的本源，而“不仅仅是努力记住别人经验结果的叙述”。所以，在类似于《温度的测量》的教学内容上，可以适当地增加思维的深度和广度，既可以注重知识的落实，又能够着眼于学生的发展。

二、教学方法和实施环节

初一学生已经能够理解一般的抽象概念，掌握一定的定义，对许多现象能进行概括和抽象，逐渐掌握概念的本质特征。不过在掌握复杂的抽象概念时，他们仍需要具体形象的支持，初一学生的抽象逻辑思维在很大程度上还属于“经验型”。所以在教学中一定要注意将抽象的分析和具体的实验相结合，可以采用实验探究式教学。

具体在实施环节上，可以大胆地处理，首先是给学生实验器材来设计简易温度计，学生讨论后提出两种方案：一是根据气体的膨胀来制作温度计，并分析此方案的优缺点；二是根据液体的膨胀来制作温度计，分析液体膨胀的优缺点。然后将自制简易温度计和常用温度计进行对比，让学生思考讨论，进而明白自制温度计的不足和改进的方法。

三、教学过程

思考：给你一些实验器材（烧瓶、带玻璃管的单孔橡皮塞、红墨水），你能不能设计一个简易的温度计？

学生讨论，提出设计方案。

方案一：给空烧瓶塞上有长玻璃管的塞子，玻璃管中的一段小水柱封住气体。用手捂住，观察现象。

分析：由于烧瓶中的气体受热膨胀，体积变大，推动玻璃管中的水柱向右移动。

问题：空气膨胀太快，如何让红墨水移动慢一点？

学生：玻璃管的管径可以粗一些；可以用液体，如水银、酒精等。

讲述：大约在1592年，伽利略发明了第一个用来测量“热的程度”的仪器。将一只细颈瓶倒转，用双手所温暖，放进一碗水里。当它冷下来后，液体被吸入瓶中。当受热或遇冷时，瓶内的气体会膨胀或收缩，而瓶颈处的水柱会成比例地升降。根据下降或上升的多少就可以判定温度的变化，但这种温度计误差较大。

方案二：将装满红墨水的烧瓶塞上橡皮塞，用手捂住烧瓶的外部，观察现象。

讲述：后来伽利略的学生和其他科学家，在伽利略的基础上反复改进。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现代温度计的雏形。

问题：红墨水上升得太慢，有没有方法使得现象更明显，让红墨水上升得快一些？

学生：用细一些的玻璃管；换种热胀冷缩快一些的液体。

问题：将烧瓶放入热水中水柱上升；放入冷水中水柱下降。这个烧瓶虽然能分辨出两杯水温度的高低，但却不能准确地测出具体温度，如何对烧瓶加以改进，让它可以测出具体的温度？

学生：在玻璃管上标上刻度。

问题：刻上刻度的烧瓶，可以用来测量温度，将自制简易温度计和常用温度计进行比较，哪些地方可以改进？提示：让无色的液柱更加醒目，让玻璃管中液柱的长度变化幅度更明显。

学生讨论回答：（1）换用直径更小的玻璃管，使温度计更为灵敏；（2）烧瓶太大，液体太多，为了测量更准确，可以将烧瓶缩小为体积很小的玻璃泡；（3）水的膨胀不是很明显，换用热胀冷缩现象更明显的液体，如水银、煤油、酒精等；（4）将玻璃管的开口封住，以免液体流出来；（5）为防止太细的玻璃管折断，可以把细玻璃管壁做得厚一些。

教师总结：用瓶内气体或液体体积的变化来反映被测量物体温度的变化，这样，我们就将看不见的冷热变化转化为看得见的液面升降。

四、教学效果及分析

在自制简易温度计的两种设计方案、简易温度计和常用温度计对比中，学生自己设计实验来验证，强调学生的动手能力，让学生自主探究，学生很自然而然地发现两种设计方案的不足，想到怎样改进自制的温度计等诸多深层次问题。这些问题由学生自己去发现、去想办法解决，正是科学教学所要达到的要求。

同时，本教学设计由问题情境与实验引入，“儿童的经验才是真正的经验”，因此，教师应创造机会尽量让学生说，独立思维，生成智慧，也激发学生自主学习的热情，充分体现了“以学生为主体”的教学理念；引导学生关注“温度”的科学内涵，真正做到“从生活走向科学，从科学回到生活”。

温度监测与报警装置设计 篇12

设计的该项“温度监测与超限报警装置”能满足绝大多数冷库的改造, 以符合法规认证的要求。

同时该装置也适用于-10~80℃温度范围内实验室、冷库、冷柜、机房、老化房、建筑材料等环境的温度监测与超限报警。

1 项目需求与关键性能指标

供电方式:交流220V供电, 装置供电与冷库供电需独立

温度监测范围:-10~50℃ (≤精确度1℃)

温度采样时间间隔不大于1min

温度传感器:热电阻或铂电阻

温度显示:装置可显示温度值

温度记录方式:温度实时记录, 并通过RS232端口实现远程PC监测

报警条件:超过预设温度上下限时报警

报警方式:声光报警

外部接口:可接驳消防控制系统或者多点报警

带报警延迟功能

可同时监测3~6台设备或温度点

便于现场安装固定

2 设计思路与方案选型

2.1 设计思路 (如图1所示)

(1) 选用模块化温控仪, 需具备三种功能:温度值显示;温度上下限设置;超限报警控制

(2) 温度传感器将采集到的温度信号传送给温控仪, 温控仪实现当前温度值数字显示

(3) 温控仪与PC连接, 实现温度值的适时监测显示

(4) 温控仪当检测到温度值操作设定上下限值时, 给出“报警控制信号”

(5) 报警控制器接收到“报警控制信号”后, 控制声光报警器报警

(6) 通过外部端口, 可实现多个温控仪输入和多个远程报警器

2.2 设计方案与温控仪的选型

2.2.1 设计方案一

设计说明:

1) 温控仪选用“OMRON E5C2系列工业温控表” (见附件一)

2) 每一个设备 (温控点) 使用一套温控装置, 可以直观显示当前温度值

3) 一台电脑监测多台温控仪 (需采用RS-485接口) , 利用labview自编软件, 在一个窗口监测多个温控点

4) 当任一套温控装置温度超标时, 现场装置声光报警, 同时通过“报警控制集线器”控制保安岗亭的声光报警器进行报警提醒。

2.2.2 设计方案二

设计说明:

1) 选用的“泽大ZDR-31b智能温度记录仪”温控仪需具备可同时监测3路温度传感器 (见附件二)

2) 通过一台电脑监测6路温度传感器, 或者两台电脑分别监测3路传感器, 借用购买的仪器配套软件实现温度适时监测

3) 当任一套温控装置温度超标时, 通过报警控制集线器控制现场和保安岗亭的声光报警器同时进行报警提醒。

2.2.3 设计方案对比与方案确定 (如下表1)

1) 设计方案一:

优点:现场温度查看、温度报警区域识别更直观, 自行开发软件可更加人性化

缺点:硬件成本高, 人力投入工作量大

2) 设计方案二:

优点:硬件成本低, 人力投入工作量小

缺点:温度超限报警后, 需查看温控表确认报警区域

3) 在满足设计需求的基础上, 从易于实现和成本角度, 最终选择“设计方案二”。

3 详细设计报告

3.1 设计原理 (如图4所示)

3.2 温度控制仪参数说明

型号:ZDR-31B

生产厂商:杭州泽大仪器有限公司

技术参数:

测量范围:温度:-40~100℃

测量精度:温度:±0.2~0.5℃

记录容量:7420~30900组

记录间隔:2s~24h连续可调

通讯接口:RS-232

功能说明:

(1) 全程跟踪记录温度数据, 记录时间长 (15min记录一次数据, 可记录长达3个多月甚至更长的时间) 。

(2) 整机功耗小, 使用锂电池供电 (也可采用外接电源供电) , 电池寿命可达一年以上。

(3) 记录实验室、冷库、冷柜、机房、建筑材料等环境中的温度参数的变化, 可以随时记录下载, 下载的数据可以做成WORD或EXCEL文档, 方便研究或上级单位的检查。

(4) 软件有中英文两种版本, 可任意选择, 英文版具有国际通用性。

(5) 软件功能强大, 显示整个过程的最大小值及平均值, 数据查看方便。

(6) 可另配数据拼接软件, 将每次下载的数据曲线连接成完整的曲线。

(7) 记录时间间隔从2s~24h任意设置。

(8) 体积小, 操作简单, 性能可靠 (适应恶劣环境, 失电时不丢失数据) 。

(9) 可由自己设定温度的上下限;超限, 报警器自动报警 (报警器可放在办公室或值班室) 。

接口定义:

(1) 串行输出端口接口定义

输出接口:DB9公头

(2) 报警器输出端口接口定义 (参照下图所示)

温度记录仪内部CPU控制信号通过一个mos管驱动输出, 需要外部提供电源。电源输入端串接一个二极管作为电源保护。Vin电压取值公式如下:

Vout=Vin-VD (VD≈0.5V)

根据自带的报警器推荐control output (Vout) 信号在3.2V左右, 故选用3.7V电源输入。

3.3 报警控制集线器的设计

3.3.1 报警控制集线器设计要求

1) 提供3.7V电压输出, 电流>100m A

2) 可提供2路及以上“温度控制仪”报警控制信号接口

3) 可输出2路及以上报警开关控制信号 (控制电压AC220V, 电流500m A)

4) 具有自检功能

3.3.2 报警控制集线器原理图设计

1) 电源原理设计说明

LM317器件性能参数:

(1) 输入电压12~30V

(2) 输出电流超过1.5A

(3) 输出电压在1.2V和37V之间可调

典型应用与器件取值:

根据IC资料, 得到:

取:Vss=3.7V, R1=220Ω时,

算得:R2≈431Ω

故:R2取500Ω~2KΩ可调电位器均可

电路说明:

CB1和CB2是两个跳线帽, 用于电路调试, 检修使用。

C1和C2用作电源高频滤波, 减少网电源干扰。

2) 输入电路原理设计说明

ULN2003器件性能参数:

输入电压:Vin (ON) 2.8~24V (满足温度记录仪control output输入电压3.2V的需求)

Vin (OFF) 0~0.7V

输出电压=VCC:0~50V

电路说明:

R3、R4为下拉电阻, 在J2空置情况下, 保证U3 (ULN2003) 输入端处于低点位 (≈0V)

S1、S2为报警自检开关, 在开关闭合状态下, 模拟报警控制信号输入。

3) 输出控制电路原理设计说明

Omron G3R-202PN-DC12继电器参数说明:

额定电压:DC12V (DC9.6~14.4V)

绝缘方式:光电三端双向可控硅开关

适用负载:2A AC110~240V*2

电路说明:

D1、D3反向并联在继电器线圈两端, 用于提高继电器关断速度

R5、R6为D2、D4发光二极管限流电阻, 通常取300Ω左右, 电流在40m A左右。

ID= (VCC-VD) /R

4) 报警控制集线器PCB设计

Rule Followed By Router (布板规则)

Clearance Constraint (间隙) :40mil

Width Constraint (线宽) :40mil

因为J4端口控制的是AC220V电压, 继电器到J4端需要独立布线, 并且用热熔胶覆盖。

5) 报警控制集线器调试方案与测试结果

4 装置统调方案与测试结果

4.1 装配接线图

4.2 物料清单 (略)

4.3 装置统调方案与测试结果

5 总结

我的工作是设备维修与管理, 设备改造需要掌握扎实的电子、工控、机械等多方面的专业知识, 而尤其是电子技术的应用将有效地降低设备改造成本, “温度测量与报警装置”的设计有效地将电子技术和工控技术相结合应用, 为医院创造了效益, 深受临床科室的好评, 使我的工作更具专业性。

摘要：冷库应配有自动监测、调控、显示、记录温度状况和自动报警的设备。设计的该项“温度监测与超限报警装置”能满足绝大多数冷库的改造, 以符合法规认证的要求。同时该装置也适用于-1080℃温度范围内实验室、冷库、冷柜、机房、老化房、建筑材料等环境的温度监测与超限报警。