電子體溫計原理圖及參數(shù)說明教學教材

電子體溫計原理圖及參數(shù)說明電子體溫計的設(shè)計與制作單元電路設(shè)計與計算說明總體方案設(shè)計NTC熱敏電阻，確定其型號，依據(jù)電阻特0～2.5V35～42℃，對應(yīng)0～2.5V。ATmega16A/D數(shù)學關(guān)系，將電信號轉(zhuǎn)化為溫度值[2]。用液晶屏顯示出溫度值。所需的電源功率足夠小，能夠利用開關(guān)電源供電。電子體溫計系統(tǒng)大多主要使用3V直流電源?？傮w方案系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1-1所示。一．測溫電路的設(shè)計〔1〕NTC 熱敏電阻是利用半導體的阻值隨溫度變化這一熱性而制成的，分為NTC〔負溫度系數(shù)〕熱敏電阻、PTC(正溫度系數(shù))熱敏電阻兩大類。PTC熱敏電阻電阻值隨溫度的上升而增大，NTC熱敏電阻電阻值隨溫度的上升而降低[5]正溫度系數(shù)熱敏電阻其電阻值隨著PTC熱敏電阻本體溫度的上升呈現(xiàn)出階躍性的增加，溫度越高，電阻值越大。負溫度系數(shù)熱敏電阻其電阻值隨著NTC熱敏電阻本體溫度的上升呈現(xiàn)出階躍性的減小，溫度越高，電阻值越小。NTCNegativeTemperatureCoefficient的縮寫，意思是負的溫度系數(shù)，泛指負溫度系數(shù)很大的半導體材料或元器件。通常我們提到的NTC是指負溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱NTC熱敏電阻。NTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻，它的電阻值隨著溫度的上升呈階躍性的減小。NTC熱敏電阻是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，承受陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質(zhì)，由于在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子〔電子和孔穴〕數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的上升，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低[6]NTCNTCNTC熱敏電阻、NTC熱敏電阻。NTC熱敏電阻的測溫范圍：低溫型號為-100～0℃，中溫型號為-50～+300℃，高溫型號為+200～+800Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Al等，用于溫度測量、溫度補償和電流限制等。2-8熱敏電阻器的電阻—溫度特性曲線熱敏電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為[7]：RT=R0e-B(1/T0-1/T) 〔2-2〕其中RT—NTC在熱力學溫度為T時的電阻值R0—NTC在熱力學溫度為T0T0298.15K〔25℃〕〔對溫度的敏感程度〕，R0B的關(guān)系如表所示[8]。使用溫度范圍2-3R0B的關(guān)系R0B〔℃〕-50~1006〔T0=0℃〕33900~15030(0℃〕345050~2003(100℃〕3894100~2500.55(200℃〕4300150~3004(200℃〕5133200~3508(200℃〕5559計算端基線性度誤差：Δ LmaxΔ

100% 〔2-3〕L ymax

ymin式中Lmax——最大非線性偏差；ymax﹣ymin——輸出范圍。2-9傳感器線性度示意圖a〕端基線性度這圖要改為你自己的真實的曲線線性化處理2-1012。2-10輸出信號與被測量之間的非線性關(guān)系2-3-線性化后的特性1或曲線性化處理的方法：線性化處理可以由硬件實現(xiàn)，但線性化電路往往較簡單，也會增加檢測系統(tǒng)的本錢。在計算機系統(tǒng)處理力量允許的條件下，可以用軟件實現(xiàn)線性化處法、線性插值法，以及二次拋物線折線法等幾種線性化方法，得到線性的結(jié)果：y=Kx。-輸出對應(yīng)數(shù)據(jù)；承受線性插值法時，劃分T=3950/(log(RT/RO)+3950/298.15)-273.15公式來計算溫度與熱敏電阻的關(guān)系。NTC熱敏電阻用于溫度測量和掌握簡介圍也各不一樣，具有以下方面[9]：廉。沒有外面保護層的熱敏電阻只能應(yīng)用在枯燥的地方；密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以使用在較惡劣的環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值較大，故其連接導線的電阻和接觸電阻可以無視，在熱敏電阻測量糧倉溫度中，其引線可長2-11所示。2-11模擬指針式電子體溫計電路調(diào)試電橋電路時，必需先調(diào)零，再調(diào)滿度，最終再驗證刻度盤中其他各點的誤差是否在允許的范圍內(nèi)，上述過程稱為標定。具體做法如下：將絕緣的熱表頭的零位〕RP1，使指針45RP245℃上。再參加冷水，漸漸降32℃~45℃范圍內(nèi)刻度的準確性。假設(shè)不正確：①可重刻度；②在帶微機的狀況下，可用軟件修正。的調(diào)試根本功。電阻網(wǎng)絡(luò)，從而抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。溫度引起的漂移誤差。電器動作，從而實現(xiàn)過寵保護。烘箱溫度掌握等都用到熱敏電阻。NTC熱敏電阻施加肯定的加熱電流，它高度時，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降、阻值上升。推斷它的組織變的原理，熱敏電阻還可用于氣體流量的測量[10]。無需延長導線時的誤差補償；其缺點是變化率非線性，不適合測量高溫區(qū)。〔2〕放大電路局部LM324系列運算放大器是價格廉價的帶差動輸入功能的四運算放大器?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓范圍是3.0V~32V或最大±16V[13]。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四運算放大器可以工作伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消退了在很多應(yīng)用場合中承受外部偏置元件的必要性。LM324的特點[14]：短路保護輸出；真差動輸入級；可單電源工作：3V~32V；低偏置電流：最大100nA；每封裝含四個運算放大器；具有內(nèi)部補償?shù)墓δ埽还驳浞秶鷶U展到負電源；行業(yè)標準的引腳排列；輸入端具有靜電保護功能。2-12LM324的引腳圖2-13LM324放大電路LM35輸出的電壓經(jīng)過LM324反相端輸入放大電路將電壓5倍?！?〕恒流源電路2-15PROTEL畫的恒流源電路B CC 這是最簡潔的偏置電路，偏置電流I自電源V (取V =5V)經(jīng)過10kB CC BI可用下式表示：BB CC I=〔V -U 〕/10=〔5-0.7〕/10=0.43mA 〔2-4B CC BE0.6～0.7V。BECC VI就根本打算，所以該電路稱為CC C B C B UUU；PNP管來說，三個電極的電位關(guān)系是：UUUC B C B 公式來表示：IE=IC+IB 〔2-5〕IB=0〔將基極開路〕時，IEIC此時電流由集電區(qū)穿過基區(qū)流入放射區(qū)[12]。上圖中IE=〔1.2-0.7〕/4.3K=0.1mA 〔2-6〕URT=10K×0.1mA=1V，然后ADC1口。2-16總電路原理圖上圖為本設(shè)計電子體溫計的總原理圖，以單片機為核心，溫度傳感器和1602LCD液晶顯示屏為輔件，完成整個電路圖的搭建。二.ATmega16ATmega163-1ATmega16引腳圖引腳功能VCC：電源正GND：電源地端口A(PA7..PA0) 擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸取大電流。作為輸入使用時，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起A處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7..PB0) ：端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸取大電流。作為輸入使用時，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特別功能。端口C(PC7..PC0) ：端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸取大電流。作為輸入使用時，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。假設(shè)JTAG接口使能，即使復位消滅引腳PC5(TDI)、PC3(TMS)與PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特別功能。D8I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸取大電流。作為輸入使用時，假設(shè)內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特別功能。復位輸入引腳：持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證牢靠復位。XTAL1：反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。AVCC：AVCCAA/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引VCCADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC連接。AREF：A/D[18]。三．液晶屏JXD1602LCD是液晶顯示屏，主要是用來做面顯示的，它本身不發(fā)光，然后通過電LCD面板使人看到圖案。LED是發(fā)光二極管，它本身是點光源，就是說發(fā)出來的光不是一個面，而是一個點。也有用LED做顯示屏的，相對于液晶顯示屏來說，LED適合于室外以及室內(nèi)大屏幕觀看距離略微遠一點的狀況，由于LED顯示屏的區(qū)分率確定遠遠小過LCD。還有一點就是由于LED與LCD的功耗比大約為10:1，所以LED顯示?！睱CD〕由于體積小、重量輕、耗電小等優(yōu)點已成為各種嵌入式系統(tǒng)的常用的抱負顯示器。近年來，液晶顯示器技術(shù)的進展迅猛，大面積的液晶顯示器已開頭取代CRT顯示器，在使用電池供電的嵌入式電子產(chǎn)品中，如手機、PDA、家電產(chǎn)品、儀器儀表產(chǎn)品等，液晶顯示器是首選的顯示器。1602LCD簡介1602字符型液晶顯示模塊是特地用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式LCD16X1、16X2、20X240X21602字符型液VL最高。假設(shè)比照度過高會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一只10K電阻來調(diào)整比照度。RS為存放器選擇端，RS為高電尋常選擇數(shù)據(jù)存放器，為低電尋常選擇指令存放器。R/W為讀寫信號線，為高電尋常進展讀操作，為低電尋常為寫操作。當RS和R/W同為低電尋常可以寫人指令或者顯示地址；當RS為低電平、R/W為高RS為高電平、R/W為低電尋?？梢詫懭霐?shù)據(jù)。EED0D7為位雙向數(shù)據(jù)線[21]。1602LCD的指令說明準時序的。00H位置200H指令3：光標和顯示模式設(shè)置效。時序如表所示指令4：顯示開關(guān)掌握C：指令5：光標或顯示移位6：功能設(shè)置命令N：低電尋常為單行顯F5X75X10的點陣字符8：DDRAM地址設(shè)置指令9：讀忙信號和光標地址表示不忙外形尺寸顯示內(nèi)容4.3.3接口說明4-21602的引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)12D5DataI/O5R/W讀/寫選擇端(H/L)13D6DataI/O6E使能信號14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負極4-3160211條掌握指令序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模00000001I/DS式4顯示開/關(guān)0000001DCB設(shè)置5光標或字000001S/R/L**符移位C6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)0001 字符發(fā)生存儲器地址生存儲器地址8置數(shù)據(jù)存001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址99儲器地址或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容CGRAM或11DDRAM從11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容CGRAM或DDRAM讀數(shù)四．編程介紹C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的掌握。C語言是一種構(gòu)造技術(shù)。此外，C語言程序具有完善的模塊程序構(gòu)造，從而為軟件開發(fā)中承受模塊化程序設(shè)計方法供給了有力的保障。因此，使用C語言進展程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，完備的系統(tǒng)。綜上所述，本文在結(jié)合自己的學問構(gòu)造根底和工程的研發(fā)狀況根底上選用C語言作為軟件設(shè)計的工具。本設(shè)計的軟件主要分為四大局部：溫度檢測與讀寫程序、鍵盤檢測程序、顯示程序和輸出模式切換程序[23]。系統(tǒng)啟動后先對單片機存放器和溫度傳感器LM35DZ進展初始化，讀取EEPROM存儲設(shè)定值，初始化看門狗后進入循環(huán)。在循環(huán)體內(nèi)，通過不斷讀取LM35DZ采集的溫度信號進展分析處理，然后通過液晶顯示出來；如需設(shè)置溫度上下