传感器应用实例项目9-制作智能家居中的温度测量仪课件.pptx

1、职业教育物联网应用技术专业改革创新教材传感器应用实例传感器应用实例项目项目9 9 制作智能家居中的制作智能家居中的温度温度测量测量仪仪机械工业出版社项目项目9 9 制作制作智能智能家居中温度测量家居中温度测量仪仪项目项目目标目标：1 1）了解常用温度传感器的型号及特点了解常用温度传感器的型号及特点。2 2）能根据任务要求进行温度测量仪的设计。能根据任务要求进行温度测量仪的设计。3 3）会按照方案进行温度测量仪的制作和调试。会按照方案进行温度测量仪的制作和调试。4 4）会会按照方案进行酒精浓度测试仪的制作和调试。按照方案进行酒精浓度测试仪的制作和调试。5 5）能能对项目实施进行评价。对项目实施进

2、行评价。9.1 9.1 项目描述项目描述 本本项目要求设计一款简单的温度测量仪能够对所处环境的温度进项目要求设计一款简单的温度测量仪能够对所处环境的温度进行测量并显示，当温度高于设定值时能够行测量并显示，当温度高于设定值时能够报警报警。图图9-1 智能型智能型温度温度测量仪测量仪图图9-2 温度温度测量仪测量仪9.2 9.2 项目分析项目分析 测量仪要测量仪要直接直接检测温度，用户可以设定温度的检测温度，用户可以设定温度的上下限上下限，温度传感温度传感器从器从所处环境实时采集温度，在内部将温度信号转换成数字信号所处环境实时采集温度，在内部将温度信号转换成数字信号，当当采集的温度经处理后超过设定

3、温度值时，单片机就会输出相应信号，采集的温度经处理后超过设定温度值时，单片机就会输出相应信号，二极管亮就表示二极管亮就表示报警报警，单片机获取单片机获取采集的温度数字信号，然后将其转采集的温度数字信号，然后将其转化成数码管所显示的化成数码管所显示的数值数值.9 92 21 1 整体方案设计整体方案设计9 92 22 2 电路设计及工作原理分析电路设计及工作原理分析 温度传感器从温度传感器从所处环境实时所处环境实时采集温度，在内部将温度信号转采集温度，在内部将温度信号转换成数字信号，换成数字信号，单片机获取单片机获取采集采集的温度的温度数字信号数字信号，然后将其转化，然后将其转化成数码管所显示的

4、数值成数码管所显示的数值，数码管数码管使用三极管驱动，各段由单片机使用三极管驱动，各段由单片机I/OI/O口直接给数值，每一位通过口直接给数值，每一位通过三三极管极管驱动驱动，三个按键是用来三个按键是用来设定设定报警温度和加报警温度和加减减，当采集的温度当采集的温度经处理后超过经处理后超过设定温度值设定温度值时，单时，单片机就会输出相应信号，二极管片机就会输出相应信号，二极管亮就表示亮就表示报警报警。图图9-4 温度温度测量测量仪仪电路原理图电路原理图9 93 3 项目实施项目实施9 93 31 1 准备工具与元器件准备工具与元器件1 1工具清单工具清单 电烙铁电烙铁1 1把、焊锡丝把、焊锡丝

5、1 1卷、稳压电源卷、稳压电源1 1台、数字万用表台、数字万用表1 1只、示波器只、示波器1 1台、导线若干。台、导线若干。2 2元器件清单见表元器件清单见表1-11-19 93 32 2 安装与调试安装与调试 1 1核心元件选用核心元件选用 DS1820DS1820型型传感器传感器的特点的特点是是“一线总线一线总线”接口接口，它具有它具有集成集成度高、模拟输入数字输出、抗干度高、模拟输入数字输出、抗干扰能力强、体积小、接口方便、扰能力强、体积小、接口方便、传输距离远测温误差传输距离远测温误差小小。封装好的封装好的DS18B20DS18B20有有3 3只管只管脚脚，平面朝上，最左边是平面朝上，

6、最左边是GNDGND接地端，接地端，中间中间I/OI/O是通信端，最右边是是通信端，最右边是VDDVDD接接电源。电源。2 2元器件检测元器件检测（1 1）根据元器件清单，进行元器件的）根据元器件清单，进行元器件的清点清点和和分类分类，如图，如图9-79-7所示；所示；（2 2）识别集成电路）识别集成电路STC12C5A60S2STC12C5A60S2和温度传感器和温度传感器DS18B20DS18B20引脚；引脚；（3 3）识别发光二极管、电容和数码管引脚；）识别发光二极管、电容和数码管引脚；（4 4）使用万用表对电阻器进行检测，并）使用万用表对电阻器进行检测，并记录记录阻值。阻值。将检测结果

7、填入表将检测结果填入表9-29-2中。中。图图9-7 元器件图元器件图3 3元器件成形加工元器件成形加工 安装安装前对各元器件引脚进行成形处理，为保证引脚成形的质量前对各元器件引脚进行成形处理，为保证引脚成形的质量和一致性，应使用专用工具和成形模具，按照工艺要求对元器件进和一致性，应使用专用工具和成形模具，按照工艺要求对元器件进行引脚成形。再将各个元器件引脚准备焊接处进行刮削去污，去氧行引脚成形。再将各个元器件引脚准备焊接处进行刮削去污，去氧化层，然后在各引脚准备焊接处上锡。化层，然后在各引脚准备焊接处上锡。4 4酒精浓度测试仪的安装酒精浓度测试仪的安装 将将经过成形、处理过的元器件按经过成形

8、、处理过的元器件按原理图原理图9-49-4在万能焊接板上进在万能焊接板上进行合理布局，元器件参考布局如行合理布局，元器件参考布局如图图9-89-8所示。然后进行焊接安装，所示。然后进行焊接安装，安装时各元器件均不能装错，安装时各元器件均不能装错，特别要注意特别要注意有极性的元器件不能有极性的元器件不能装反装反，如发光二极管和集成电路等。安装工艺要求见如发光二极管和集成电路等。安装工艺要求见表表9-39-3。5 5温度测量仪的温度测量仪的调试调试步骤一：调试仪器准备步骤一：调试仪器准备 直流直流稳压电源、数字万用表稳压电源、数字万用表步骤二：通电前检查步骤二：通电前检查（1 1）检查三极管检查三

9、极管引脚引脚是否装错，发光二极管是否装错，发光二极管正负极性正负极性是否装反。是否装反。（2 2）检查集成电路检查集成电路引脚连接引脚连接是否正确。是否正确。（3 3）检查检查温度传感器温度传感器引引脚脚连接连接是否正确。是否正确。（4 4）检查电路连线是否正确，各焊点是否检查电路连线是否正确，各焊点是否焊牢焊牢，元器件是否相互碰触。，元器件是否相互碰触。（5 5）用数字万用表通断档测量电源正负接入点之间电阻，应为高阻状用数字万用表通断档测量电源正负接入点之间电阻，应为高阻状态。如有态。如有短路短路现象，应立即排查。现象，应立即排查。步骤三：通电调试步骤三：通电调试（1 1）测量测量温度正常时

10、温度正常时电路中各点的电压及波形电路中各点的电压及波形使用稳压电源给电路接通使用稳压电源给电路接通5V5V电源，用数字万用表电源，用数字万用表测量测量图图9-49-4中中单片机单片机4040管脚管脚的对地电压、报警指示灯与单片机连接点的对地电压、报警指示灯与单片机连接点(1(1管脚管脚)的电压、单片机晶振两端的电压、单片机晶振两端（1818管脚、管脚、1919管脚）的波形和三极管管脚）的波形和三极管Q1Q1、Q2Q2、Q3Q3（2626、2727、2828管脚管脚 ）引脚）引脚的输出波形的输出波形，记录记录在表在表9-49-4中中,并分析报警指示灯当前工作状态。并分析报警指示灯当前工作状态。（

11、2 2）测量）测量温度超过设定值时温度超过设定值时电路中各点的电压及波形电路中各点的电压及波形 使用使用稳压电源，给电路接通稳压电源，给电路接通5V5V电源，用手捏住温度传感器的表面，此时电源，用手捏住温度传感器的表面，此时温度传感器上的温度开始增加，观察温度传感器上的温度开始增加，观察数码管和报警指示灯的变化数码管和报警指示灯的变化。正常应。正常应该是该是数码管的数值在随着手捏住温度传感器的两端开始变化，数码管的数值在随着手捏住温度传感器的两端开始变化，当温度超过当温度超过设定时报警指示灯会亮，并一直持续。用数字万用表设定时报警指示灯会亮，并一直持续。用数字万用表测量测量图图9-49-4中中

12、单片机单片机4040管脚点对地电压、报警指示灯与单片机连接点管脚点对地电压、报警指示灯与单片机连接点(1(1管脚管脚)的电压、单片机晶振的电压、单片机晶振两端（两端（1818管脚、管脚、1919管脚）的波形和三极管管脚）的波形和三极管Q1Q1、Q2Q2、Q3Q3（2626、2727、2828管脚管脚 ）引脚的输出波形，引脚的输出波形，记录记录在表在表9-59-5中中,并分析并分析报警指示灯报警指示灯当前工作状态当前工作状态6 6常见故障及排除方法常见故障及排除方法（1 1）数码管：电路通电后，如果）数码管：电路通电后，如果数码管不亮数码管不亮，先用万用表测量电源电压，先用万用表测量电源电压，查

13、看查看电压电压是否正常；若正常，测量单片机是否正常；若正常，测量单片机4040脚与脚与2020脚之间的电压是否为脚之间的电压是否为5V5V，查看单片机工作电压是否正常。如果都正常，用万用表测量数码管查看单片机工作电压是否正常。如果都正常，用万用表测量数码管9 9脚所接脚所接电源是否正常。电源是否正常。（2 2）传感器：如果接通电源后，数码管被点亮，但显示）传感器：如果接通电源后，数码管被点亮，但显示数值错误或乱码数值错误或乱码。首先应断电根据电路图首先应断电根据电路图检查温度传感器电路连接检查温度传感器电路连接是否正确。如果检查无误，是否正确。如果检查无误，给电路通电，用给电路通电，用万用表测

14、量温度传感器电源万用表测量温度传感器电源连接是否正常。如果检查正常，连接是否正常。如果检查正常，断电根据电路图检查断电根据电路图检查数码管与单片机连接电路数码管与单片机连接电路是否正确。如果确认数码管电是否正确。如果确认数码管电路没有问题，应联系老师，更换温度传感器路没有问题，应联系老师，更换温度传感器。（3 3）按键电路：按下）按键电路：按下S1S1按键后查看温度上，按下按键后查看温度上，按下S2S2、S3S3查看温度查看温度上下限上下限是否能进行加减是否能进行加减。如果不能实现，。如果不能实现，断电检查电路连接是否正断电检查电路连接是否正常常。（4 4）报警电路：通过按键对温度上下限进行调

15、整，当温度高于设）报警电路：通过按键对温度上下限进行调整，当温度高于设定温度的上限时，报警定温度的上限时，报警LEDLED指示灯会报警闪烁。如果温度达到上限。指示灯会报警闪烁。如果温度达到上限。如果如果报警灯没有工作报警灯没有工作，断开电路电源，检查断开电路电源，检查LEDLED报警电路连接报警电路连接是否是否正常。正常。9 9.4 4 知识拓展知识拓展 1.1.选择温度传感器应注意的选择温度传感器应注意的问题问题：(1)(1)被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。测量和传送。(2)(2)测温范围的大小和精度

16、要求。测温范围的大小和精度要求。(3)(3)测温元件大小是否适当。测温元件大小是否适当。(4)(4)在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。温要求。(5)(5)被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。(6)(6)价格如保，使用是否方便。价格如保，使用是否方便。2 2DS18B20DS18B20温度传感器温度传感器概述概述 DS18B20DS18B20是美国是美国DALLASDALLAS半导体公司最新推出的一半导体公司最新推出的一种单线智能温度传种单线智能温度传感器感器，属于新

17、一代适配微处理器的智能温度传感器，它可将温度信号，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，它可将温度信号直接转换为数字信号，实现了直接转换为数字信号，实现了与单片机的直接接口与单片机的直接接口，从而省去了信号，从而省去了信号调理和调理和A/DA/D转换等复杂模转换等复杂模/数转换电路。数转换电路。一一个优质的温度传感器应具备个优质的温度传感器应具备以下特点：以下特点：（1 1）多多个个DS18B20DS18B20可以并联挂接在一条总线上，实现多点温度采集检可以并联挂接在一条总线上，实现多点温度采集检测功能；测功能；（2 2）可可测温度范围为测温度范围为-55-55+125+125，测量分辨率为

18、，测量分辨率为0.06250.0625；（3 3）内含内含6464位经过激光修正的只读存储器位经过激光修正的只读存储器ROMROM；（4 4）内含内含寄生电源，可直接通过数据总线供电，电压范围为寄生电源，可直接通过数据总线供电，电压范围为3.03.05.5V5.5V；（5 5）零零待机功耗待机功耗；（6 6）用户可通过编程分别设定各路的温度上、下限温度值来实现报警用户可通过编程分别设定各路的温度上、下限温度值来实现报警功能；功能；（7 7）适配各种微处理器；适配各种微处理器；（8 8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）

19、的器件；器件；（9 9）负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作能正常工作；（1010）可可检测距离远，最远测量距离为检测距离远，最远测量距离为150m 150m。3 3数码数码管管 LED LED数码管也称半导体数码管，它是将若干发光二极管按一定图形数码管也称半导体数码管，它是将若干发光二极管按一定图形排列并封装在一起的最常用的数码显示器件之一。这类数码管可以分为排列并封装在一起的最常用的数码显示器件之一。这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LEDLED的阳

20、极连接到共同接点的阳极连接到共同接点comcom，而每个，而每个LEDLED的阴极分别为的阴极分别为a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g及及dpdp（小数点）；（小数点）；共阴极则是把所有共阴极则是把所有LEDLED的阴极连接到共同接点的阴极连接到共同接点comcom，而每个，而每个LEDLED的阳极的阳极分别为分别为a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g及及dpdp（小数点），由于重在说明（小数点），由于重在说明DS18B20DS18B20的功能及使用，所以显示部分就采用简单的数码管显示。只的功能及使用，所以显示部分就采用简单的数码管显示。只显示两位整数和一

21、位小数。图显示两位整数和一位小数。图9-109-10为数码管为数码管外形及管脚。外形及管脚。9 96 6 项目测试项目测试 1.选择题（1）温度传感器的工作电压范围是（）。A.3V5.5V B.5V6.6V C.7V9.0V D.15V18V（2）DS18B20在与微处理器连接时仅需要（）即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。A一条口线 B.0条口线 C.二条口线 D.三条口线（3）DS18B20温度传感器的供电方式有（）种。A.三种 B.两种 C.三种 D.1一种（5）温度传感器采用寄生电源供电方式时，VVD要接（）。AGND B.5V C.1V D.3V2.2.填空题填空题（1 1）

22、DS18B20DS18B20传感器具有传感器具有 小、小、强和强和 高高的特点。的特点。（2 2）DS18B20DS18B20内部结构主要由内部结构主要由 、及及 四部分组成。四部分组成。（3 3）将分辨力除以仪表的）将分辨力除以仪表的 就是仪表的分辨率。就是仪表的分辨率。（4 4）灵敏度越高，分辨力与分辨率越）灵敏度越高，分辨力与分辨率越 ，但测量范围往往，但测量范围往往越越 ，稳定性也越，稳定性也越 。作业：作业：3.3.简答题简答题（1）传感器的常见特性参数有哪些？（2）传感器的选用方法有哪几种？4.4.思考题思考题（1）温度测量系统中三极管的作用是什么？（2）温度测量系统中七段数码管各管脚分别代表哪几部分？