矿用温度传感器的设计与研究

摘要

矿用温度传感器是为检测煤矿井下环境温度而研制的，它可以连续将井下温度信号转换成标准频率信号传送给上位机，并具有实时显示温度值、超限声光报警、频率信号输出等功能。适宜于井下需设置温度传感器的场所固定使用。 本文在分析当前国内外温度传感器概况的基础上，结合矿用温度传感器通用技术条件的设计要求，提出总体设计方案，并对系统的理论基础、实现方法、硬件和软件设计等做了详细的讨论。系统选择DS18B20作为测温传感器，以单片微机AT89C52为中央处理单元，由温度采集电路、数字显示电路、声光报警电路、信号输出电路等单元组成。软件设计采用模块化编程方法，软件程序的编写使用汇编语言及KeilC的集成开发环境，主要子程序有：主监控程序、数据测温子程序、数据处理子程序、信号输出子程序、遥控子程序等。同时，在软硬件设计时均采取了有效的抗干扰措施。最后，对设计参数进行了安全性计算。 经过试验及测试证明：该系统具有可靠性高、功能强等特点，有着广阔的开发应用前景。

目录

文摘

英文文摘

河南理工大学学位论文原创性声明及河南理工大学学位论文知识产权声明书

1绪论

1.1选题的背景

1.2国内外研究现状

1.2.1温度传感器的发展历史

1.2.2温度传感器发展的新趋势

1.2.3温度传感器的智能化发展

1.3研究的内容和方法

1.4本章小结

2系统总体方案设计

2.1系统设计的整体思路

2.2总体方案的选定

2.3单片机的选型

2.4开发平台的选择

2.5传感器输出信号的选择

2.6系统的功能选择

2.7本章小结

3系统硬件电路设计

3.1硬件总体结构

3.2主CPU电路设计

3.3感温元器件的选择与应用设计

3.3.1感温元器件的选择

3.3.2感温元器件的性能简介

3.4单片机及其外围电路

3.4.1 AT89C52单片机接口配置

3.4.2时钟电路

3.4.3 DS18B20测温电路设计

3.4.4复位及看门狗电路

3.4.5显示电路

3.4.6声光报警电路

3.5稳压源电路

3.6红外遥控器及接收电路

3.6.1发射电路

3.6.2接收电路

3.6.3译码

3.7电路原理图及电路板设计

3.8本章小结

4系统软件设计

4.1软件设计方法

4.2主程序

4.3初始化子程序

4.4数字测温子程序

4.4.1感温元器件的操作协议

4.4.2感温元器件初始化操作子程序

4.4.3获取转换后的温度值

4.4.4对DS18B20写操作子程序

4.4.5对DS18B20读操作子程序

4.5信号输出子程序

4.6显示子程序

4.7数据处理子程序

4.7.1数字滤波

4.7.2感温元件数据校验与纠错

4.8红外遥控译码子程序

4.9本章小结

5传感器本质安全性计算

5.1传感器本安设计的依据

5.2电容值安全性计算

5.3通讯电缆电感量安全性计算

5.4输出频率脉冲宽度计算

5.5传感器工作电流计算

5.6本章小结

6系统抗干扰设计

6.1煤矿环境常见的干扰源及其危害

6.2硬件抗干扰设计

6.2.1半导体器件的选择

6.2.2看门狗技术

6.2.3印刷电路板抗干扰设计

6.3软件抗干扰设计

6.3.1软件抗干扰的前提条件

6.3.2软件设计中抗干扰的使用

6.4本章小结

7系统试验与测试

7.1样机试验与性能测试

7.1.1传感器试验方法的依据

7.1.2试验过程与数据分析

7.1.3传感器脉冲频率输出试验

7.2与其它矿用温度传感器的对比试验

7.3样机技术指标

7.4遥控使用说明

7.5本章小结

结束语

参考文献

附录

致谢