(보고 내용에는 연구의 의미, 국내외 발전, 연구 내용, 연구 방법, 연구 수단, 연구 절차, 참고 문헌 등이 포함됩니다. ).)
1) 프로젝트의 연구 중요성.
현대 정보기술의 급속한 발전과 전통 공업 개조의 점진적인 실현으로 독립적으로 작동할 수 있는 온도 감지 및 디스플레이 시스템이 여러 분야에서 응용되어 온도 제어가 생산과 생활에 광범위하게 응용되고 있다.
온도는 일상생활, 공업, 의학, 환경 보호, 화공, 석유 등 분야에서 가장 많이 사용되는 물리량이다. 온도를 측정하는 기본 방법은 온도계로 온도를 직접 읽는 것이다. 온도를 측정하는 데 가장 많이 사용되는 도구는 수은 유리 온도계, 알코올 온도계 등과 같은 다양한 온도계입니다. 그들은 종종 눈금으로 온도를 표시하는데, 사람들은 반드시 눈금값을 읽어서 온도를 측정해야 한다. 단일 칩 마이크로 컴퓨터와 온도 센서로 구성된 전자 지능형 온도계는 온도를 직접 측정하고 온도의 디지털 값을 얻을 수 있으며 간단하고 편리하며 직관적이고 정확합니다. 기존 온도계에 비해 이 설계에 소개된 디지털 온도계는 판독값이 편리하고, 온도 범위가 넓으며, 온도 측정이 정확하다는 장점이 있으며, 출력 온도는 숫자로 표시되며, 주로 정확한 온도 측정을 위한 장소나 과학 연구실에 사용됩니다. 설계 컨트롤러는 단일 칩 AT89S5 1, 온도 센서 DS 18B20, LCD 1602 LCD 디스플레이를 사용하여 이러한 요구 사항을 정확하게 충족합니다.
2) 국내외 발전
현재 온도계의 발전은 최초의 유리 온도계 온도계부터 현재의 열 저항 온도계, 열전쌍 온도계, 디지털 온도계, 전자 온도계 등에 이르기까지 매우 빠르다. 열전쌍, 열 저항, 방사 온도계 등과 같은 주요 온도계는 기술적으로 성숙했지만 전통적인 상황에서만 사용할 수 있으며, 특히 첨단 기술 분야에서는 간단하고 신속하며 정확한 온도 측정 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다. 이에 따라 각국 전문가들은 광섬유, 레이저, 원격 감지 또는 스토리지 기술을 활용하는 새로운 온도계와 같은 다양한 신형 온도 센서와 특수한 온도 측정 기술을 개발하기 위해 경쟁하고 있습니다.
2008 년 이후 우리나라 디지털 온도계와 온도 조절기 시장이 급속히 발전하여 제품 생산량이 지속적으로 확대되었다. 국가산업정책은 전자체온계와 온기업계가 하이테크놀로지 제품 방향으로 발전하도록 독려하고, 국내 기업의 신규 투자사업 투자가 점차 증가하고 있다. 투자자들은 전자 체온계와 온도 조절기 산업에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있어 전자 체온계와 온도 조절기 업계의 발전 수요가 증가하고 있다. 전통적인 방법의 단점을 극복하기 위해 이 글은 단일 칩 마이크로 컴퓨터를 기반으로 한 온도 제어 시스템을 연구했다.
3) 연구 내용 및 방법.
디지털 온도 센서를 감지 장치로 사용하여 단일 포인트 온도 테스트를 수행합니다. 온도 값은 LCD 1602 LCD 에 의해 직접 표시되며 단일 칩 시스템을 전자 체온계의 제어 및 디스플레이 시스템으로 사용합니다.
이 시스템은 다음 세 가지 측면에서 고려됩니다.
(1) 감지 온도 범위는 0 C ~100 C 이고 감지 해상도는 0.5 C 입니다.
(2) LCD 1602 를 사용하여 온도 값을 표시합니다.
(3) 경고 값 (사용자 정의) 을 초과하면 경고 프롬프트를 제공해야 합니다.
DS 18B20 의 열 감지 기능은 주로 현재 온도 값을 감지하는 데 사용되며 현재 온도 값은 LCD 를 통해 표시됩니다. 감지된 온도 값이 설정된 온도 범위를 초과하면 정확한 탐지 목적을 위해 경고 알림이 전송됩니다.
이 시스템은 주로 네 부분으로 구성됩니다.
1) 온도 감지 모듈, 즉 센서 데이터 수집 부분, 서미스터를 사용하면 40 C ~ 90 C 의 측정 범위를 충족시킬 수 있지만 서미스터의 정확도, 반복 및 신뢰성이 좋지 않아1C 신호를 감지하기에 적합하지 않으므로 지능형 통합을 사용할 수 있습니다 DS 18B20 은 DALLAS 에서 제조한 단선 디지털 온도 센서로 3 핀 TO-92 소형 패키지가 있습니다. 온도 측정 범위는-55 C ~+125 C, 프로그래밍 가능한 9 비트 ~ 12 비트 A/D 변환 정확도, 온도 측정 해상도는 0.0625 C 입니다. 측정된 온도는 기호 확장 16 자리 숫자 모드 직렬 출력으로 측정됩니다. 작동 전원은 원격으로 도입되거나 기생 전원으로 생성될 수 있습니다. 한 줄에 여러 DS 18B20 을 연결할 수 있고, CPU 는 하나의 포트 라인만으로 여러 DS 18B20 과 통신할 수 있으며, 마이크로프로세서를 차지하는 포트가 적고 많은 지시선과 논리 회로를 절약할 수 있습니다.
2) 온도 표시 부분은 LED 디지털 튜브 또는 LCD LCD LCD 디스플레이를 사용할 수 있습니다. 이 모듈은 LCD 1602 를 사용합니다.
3) 위/아래 경보 조정 모듈은 버튼을 통해 경보 온도를 설정하고 부저를 사용하여 경보를 울립니다.
4) 단일 칩 보드 인텔리전스 모듈은 주로 단일 칩 마이크로 컴퓨터를 가리키며, 주로 센서 신호 수신 및 처리를 완료합니다. 이 모듈의 설계에서는 먼저 단일 칩 마이크로 컴퓨터를 선택하고 성능과 비용을 고려하여 AT89S52 를 선택해야 합니다.
전체 시스템은 AT89S52 의 통제하에 작동한다. 작동 과정은 다음과 같습니다. 먼저 온도 버튼이 최소-최대 온도 범위를 설정한 다음 온도 센서 DS 18B20 이 현재 온도 신호를 수집하고 단일 칩 마이크로 컴퓨터가 이 신호를 수신하여 LCD 1602 에 표시합니다. 측정된 온도가 설정 범위를 초과하면 부저가 경보 신호를 보냅니다.
이를 고려하여 이번 졸업 디자인의 목표는 다음과 같습니다.
(1) 전자 체온계의 신호 감지 부분을 설계합니다.
(2) 전자 체온계 신호 처리 부분 설계.
(3) 전자 온도계 주 컨트롤러 설계.
(4) 전자체온계의 표시 부분과 경보 부분을 설계했다.
(5) 관련 소프트웨어 설계를 작성하고 디버그합니다.
(6) 실험 플랫폼 구축
(7) 전체 기계 시운전
4) 글로벌 센서의 미래 발전 추세와 네 가지 중요한 영역 (회전)
최근 몇 년 동안 센서 기술의 새로운 원리, 신소재, 신기술에 대한 연구가 더욱 심도 있고 광범위하며, 새로운 품종, 새로운 구조, 새로운 응용이 끊임없이 출현하고 있다. 그 중? 다섯 가지 변화? 그 발전의 중요한 추세가 되다.
하나는 지능화이고, 두 개의 발전 궤적이 함께 진행되고 있다. 한 방향은 다양한 감지 기능과 데이터 처리, 스토리지, 양방향 통신 등의 통합입니다. , 신호 감지, 변환 처리, 논리적 판단, 함수 계산, 양방향 통신 및 내부 자체 테스트, 자체 교정, 자체 보상, 자체 진단을 모두 또는 부분적으로 수행할 수 있습니다. 저렴한 비용, 고정밀 정보 수집, 데이터 저장 및 통신, 프로그래밍 자동화 및 다양한 기능을 갖추고 있습니다. 예를 들어 미국 LinearTechnology 의 스마트 센서에는 ARM 아키텍처 기반 32 비트 프로세서가 있습니다. 또 다른 방향은 소프트 측정 기술, 즉 스마트 센서와 인공지능의 결합이다. 현재 모호한 추리, 인공신경망, 전문가 시스템 등 인공지능 기술을 기반으로 한 각종 지능형 센서가 등장해 스마트홈 등에 응용되고 있다. 예를 들어, NEC 는 대량의 센서 모니터링을 단순화하는 새로운 방법을 개발했습니까? 불변 분석 기술? , 올해는 인프라 시스템 사용에 투입되었습니다.
둘째, 이동성, 무선 센서 네트워크 기술 응용 프로그램 가속. 무선 센서 네트워크 기술의 핵심은 노드의 자원 제약 (에너지 공급, 컴퓨팅 및 통신 기능, 스토리지 공간 등) 을 극복하는 것입니다. ) 센서 네트워크 확장성 및 내결함성 요구 사항을 충족합니다. 이 기술은 MIT (MIT) 의' 기술평론' 잡지에 의해 미래에 인류 생활에 큰 영향을 미칠 10 대 신흥 기술 중 1 위로 선정되었다. 현재 R&D 는 라우팅 프로토콜 설계, 포지셔닝 기술, 시간 동기화 기술, 데이터 융합 기술, 임베디드 운영 체제 기술, 네트워크 보안 기술, 에너지 수집 기술 등에 중점을 두고 있습니다. 지금까지 일부 선진국과 도시는 스마트 홈, 정밀 농업, 임업 모니터링, 군사, 스마트 빌딩, 스마트 교통 등에 기술을 적용했다. 예를 들어, MIT 의 독립 회사인 VoltreePowerLLC 는 미국 농업부의 의뢰를 받아 캘리포니아 산악 지역에 온도 센서를 설치하고 산불을 탐지하고 화재 손실을 줄이기 위한 센서 네트워크를 구축했습니다.
세 번째는 소형화, MEMS 센서의 R&D 가 갑자기 튀어나온 것이다. 통합 마이크로기계 가공 기술이 성숙함에 따라 MEMS 센서는 반도체 가공 기술 (예: 산화, 광각, 확산, 퇴적, 각식) 을 센서의 생산 제조에 도입하여 대규모 생산을 실현하고 센서의 소형화 발전을 위한 중요한 기술 지원을 제공합니다. 최근 일본, 미국, 유럽연합 등은 반도체 부품, 마이크로시스템 및 마이크로구조, 속도 측정, 마이크로시스템 가공 방법/장비, 마이크/스피커, 수평/거리 측정/팽이, 리소그래피 기술 및 재료 성능 측정/분석 등의 기술 분야에서 중요한 발전을 이루었습니다. 현재 MEMS 센서 기술의 개발은 주로 (1) 소형화를 통해 전력 소비량을 줄이는 데 주력하고 있습니다. (2) 정확도를 향상시킨다. (3) MEMS 센서 통합 및 지능화 실현; (4) MOMES 센서 (마이크로광학 결합), 생화학 센서 (생명공학과 전기화학 결합), 나노 센서 (나노 기술 결합) 와 같은 광학, 생물학 등의 기술 분야와 교차하는 새로운 센서를 개발합니다.
넷째, 통합 및 다기능 통합 센서가 많은 관심을 받고 있습니다. 센서 통합에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 같은 유형의 여러 센서 통합입니다. 즉, 여러 기능이 같은 센서 요소가 통합 기술을 통해 같은 평면에 배열되어 CCD 이미지 센서와 같은 선형 센서를 형성합니다. 또 다른 하나는 동일한 실리콘 칩에 여러 가지 민감한 구성 요소를 만들어 통합 다기능 센서를 만드는 것과 같은 다기능 통합으로, 통합이 높고, 부피가 작고, 보정과 교정이 쉬우며, 현재 센서 통합 발전의 주요 방향이다. 여의발 반도체는 여러 센서 조합의 모듈을 센서 허브로 사용하여 제품 기능을 개선할 것을 제안했다. 도시바는 수정원급 콤비네이션 센서를 개발해 지난 3 월 맥박, 심전도, 체온, 신체활동 등 4 가지 바이탈 징후를 동시에 감지할 수 있는 센서 모듈을 출시해 스마트폰이나 태블릿으로 무선으로 전송했다고? 실미? 。
다섯째, 다양성, 신소재 기술의 돌파로 각종 신형 센서의 출현이 가속화되었다. 신형 민감한 재료는 센서의 기술 기초이며, 재료 기술 개발은 성능 향상, 비용 절감, 기술 향상을 위한 중요한 수단이다. 전통적인 반도체 재료, 광섬유 등을 제외하고. , 유기 민감성 재료, 세라믹 재료, 초전도, 나노재료, 바이오소재가 연구 개발 핫스팟이 되면서 바이오 센서, 광섬유 센서, 가스 센서, 디지털 센서 등 신형 센서가 속속 등장하고 있다. 예를 들어, 광섬유 센서는 광섬유 자체의 민감한 기능을 이용하거나 광섬유를 통해 광파를 전송하는 센서로, 감도가 높고, 전자기 간섭에 강하며, 부식에 내성이 있으며, 절연이 좋고, 부피가 작고, 전력 소비량이 낮다는 특징이 있습니다. 현재 응용되고 있는 광섬유 센서는 70 여 종의 물리량을 측정할 수 있으며, 광범위한 발전 전망을 가지고 있다. 가스 센서는 측정된 가스 농도를 그것과 관련된 전기 출력으로 변환할 수 있다. 안정성, 반복성, 동적 특성, 응답 속도, 사용 유지 관리 편의성 등의 특징을 갖추고 있습니다. , 그리고 널리 사용됩니다. BCCResearch 에 따르면 바이오센서와 화학센서가 가장 빠르게 성장하는 센서 분야가 될 것으로 예상된다. 20 14 년에서 20 19 년 복합 연간 성장률은 9.7% 에 이를 것으로 예상된다.
미래가 주목할만한 네 가지 영역
재료과학, 나노기술, 마이크로전자 등 분야의 최첨단 기술의 돌파와 경제사회 발전의 수요에 따라 이 네 분야는 센서 기술의 미래 발전의 초점이 될 수 있다.
첫 번째는 웨어러블 앱입니다. 미국 ABI 조사사에 따르면 2065.438+07 년 착용가능 센서 수는 654.38+0 억 6000 만 명에 이를 것으로 전망된다. 구글 안경으로 대표되는 웨어러블 장비는 가장 주목받는 하드웨어 혁신이다. 구글 안경에는 팽이 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 라인 가속도 센서 등 10 이상의 센서가 있습니다. , 사용자가 눈 깜짝할 사이에 사진을 찍을 수 있는 것과 같은 기존 단말기로는 불가능한 기능을 구현했습니다. 현재 착용 가능한 장비의 응용 분야는 외부 시계, 안경, 신발에서 더 넓은 영역 (예: 전자피부) 으로 확대되고 있다. 최근 도쿄대는 피부에 붙일 수 있는 유연한 웨어러블 센서를 개발했다. 센서는 박막형으로 면적당 무게가 3g/m2 에 불과하며 일반 용지의 1/27 정도이며 두께는 2 미크론에 불과합니다.
두 번째는 무인 운전입니다. IHS 는 센서 기술을 적용하여 무인운전의 발전을 촉진하는 것이 돌파구를 가속화하고 있다고 지적했다. 이 분야에서 구글 무인 자동차 프로젝트의 발전은 중요한 성과를 거두었다. 차에 설치된 카메라, 레이더 센서, 레이저 거리 측정기를 통해 초당 20 회 간격으로 자동차 주변의 실시간 도로 정보를 생성하고 인공지능 소프트웨어를 이용하여 관련 도로의 미래 추세를 분석하고 구글 지도와 함께 도로 탐색을 한다. 구글 무인 자동차는 이미 네바다, 플로리다, 캘리포니아주에서 출발할 권리를 얻었다. 아우디, 벤츠, BMW, 포드 등 글로벌 자동차 거물들은 이미 무인운전 기술을 개발하기 시작했고, 일부 차종은 양산에 가깝다.
세 번째는 의료 및 건강 모니터링입니다. 국제적으로 유명한 의료 거물을 포함한 국내외 많은 의학 연구 기관들은 센서 기술이 의학 분야에 응용하는 데 중요한 진전을 이루었다. 예를 들어, Roma 는 현재 근접 적외선 (NIR) 을 사용하는 이미지 센서를 개발하고 있습니다. 근적외광 LED 가 비추면 반사광이 특수 카메라 요소에 의해 촬영돼 근적외광의 파장을 바꿔 이미지를 얻은 다음 이미지 처리를 통해 혈관 등을 더욱 생동감 있게 표현해내는 원리다. 일부 연구기관들은 체내에 내장하거나 삼킬 수 있는 재료로 센서를 만드는 데 진전을 이루었다. 예를 들어, 조지아 공대는 압력 센서와 무선 통신 회로가 있는 체내 임베디드 센서를 개발하고 있습니다. 이 장치는 전도성 금속과 절연막으로 이루어져 있으며, 구성된 * * * 진동 회로의 주파수 변화에 따라 압력 변화를 감지하고 작용하면 체액에 용해된다.
네 번째는 공업제어입니다. 20 12 년, GE 는' 산업인터넷: 지능과 기계의 경계 깨기' 보고서에서 스마트 센서를 통해 인체를 연결하고 소프트웨어와 빅 데이터 분석을 결합하면 물리적, 재료과학의 한계를 극복하고 세계 운영 방식을 바꿀 수 있다고 제안했다. 이 보고서는 또한 미국에 산업 인터넷을 배포함으로써 모든 산업이 1% 의 효율성을 높일 수 있으며 에너지 산업은 15 년 동안 1% 의 연료 (약 660 억 달러) 를 절감할 것이라고 지적했다. 20 13 년 6 월 GE 는 뉴욕 * * 의 한 배터리 제조업체에 10000 개 이상의 센서를 설치하여 생산 중 온도, 에너지 소비, 기압 등을 모니터링했습니다. 공장 관리자는 iPad 를 통해 이 데이터를 입수하여 생산을 감독할 수 있습니다
또 네덜란드 쉘 후지 모터 등 다국적 기업들도 이 분야에서 움직임을 보이고 있다.
센서 산업화의 중요한 추세
최근 몇 년 동안, 기술 연구 개발의 지속적인 심화, 비용 절감, 성능 및 신뢰성 향상, 그리고 사물의 인터넷, 모바일 인터넷 및 고급 장비 제조의 급속한 발전으로 센서의 전형적인 응용 시장이 급속히 발전하고 있습니다. Bcc 리서치에 따르면 20 14 년 글로벌 센서 시장은 795 억 달러, 20 1 16 1 억 달러
아시아 태평양 지역은 가장 유망한 시장이 될 것이다. 현재 미국, 일본, 유럽 국가들은 첨단 센서 기술과 성숙한 상류 및 하류 산업을 보유하고 있으며 고급 센서 제품의 주요 제조업체이자 최대 애플리케이션 시장입니다. 이와 동시에, 아시아 태평양 지역은 이미 미래에 가장 잠재력이 있는 시장이 되었다. Inteno Consulting 에 따르면 향후 몇 년 동안 아시아 태평양 지역의 시장 점유율은 계속 증가할 것으로 예상되며 20 16 년에는 38. 1% 로 증가할 것으로 예상되며 북미와 서유럽의 시장 점유율은 약간 감소할 것으로 예상됩니다.
교통, 정보, 통신이 시장에서 가장 빠르게 성장하는 분야가 되었다. 영특노 컨설팅에 따르면 20 16 년 글로벌 자동차 센서 규모는 410/97 억 유로로 글로벌 시장의 22.8% 를 차지할 것으로 전망된다. 정보통신업계는 20 16 년까지 4216 억 유로에 이를 것으로 예상되며 글로벌 시장의 22.9% 를 차지하며 최대 단일 애플리케이션 시장이 될 것으로 전망된다. 의료, 환경 모니터링, 석유 및 가스 파이프 라인, 스마트 그리드 및 기타 분야의 혁신적인 응용 프로그램은 새로운 핫스팟이 될 것이며 앞으로 더 많은 시장 수요를 창출 할 것으로 예상됩니다.
인수합병이 갈수록 활발해지고 있다. 미국, 독일, 일본 등 국가의 대형 센서 기업 기술 R&D 기반이 탄탄하여 기업들이 자신의 기술적 우위를 형성하고 전체 시장 경쟁 구도가 초보적으로 구축되었다. 대기업이 인수합병을 통해 기술 표준과 특허를 통제한다는 점을 지적해야 한다. 키가 크고, 유아하고, 날카로운가요? 센서와 신형 센서가 시장에서 점차 독점권을 형성하고 있다. 대기업의 경쟁 압력으로 중소기업이 전향되고 있는가? 작고 (중간) 세련되고, 작고, 전문적입니까? 발전 방향, 독점 기술 개발, 제품 포지셔닝 특정 부문. 20 10 년 7 월부터 20 1 1 년 9 월까지 센서 업계에서 총 20 건 이상의 대형 M&A 거래가 발생한 것으로 집계됐다. 예를 들어, 미국 사모 펀드 회사인 VeritasCapitalIII 는 Perkin Elmer 의 조명 및 테스트 솔루션 (IDS) 사업을 5 억 달러의 현금으로 인수했습니다. 영국 스파크는 미국 오메가 엔지니어링 회사의 온도 및 측정 장비 제조 업무를 4 억 7500 만 달러로 인수했다. 현재 점점 더 많은 M&A 거래가 신흥 시장 국가에 출현하고 있다.
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디자인 테마
요약: (내용은 송자 제 4 호)
현대 정보기술의 급속한 발전과 전통 공업 개조의 점진적인 실현으로 온도 자동 감지 및 디스플레이 시스템이 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 사람들은 온도 검사의 정확성, 편리성, 빠른 속도에 대한 요구가 갈수록 높아지고 있다. 그러나 전통적인 온도 센서는 더 이상 사람들의 요구를 충족시킬 수 없으며 점차 새로운 온도 센서로 대체됩니다.
이 글은 간단한 온도계를 설계하고 제작했다. 이 설계는 AT89S52 단일 칩 및 DS 18B20 온도 센서를 사용하여 자동 온도 측정 시스템을 구성하며, 실제 필요에 따라 온도 값을 임의로 설정하고 자동으로 제어할 수 있습니다. 이 설계는 AT89S52 마이크로 컨트롤러를 마스터로, DS 18B20 을 온도 센서로 사용하여 LCD 디지털 튜브의 직렬 포트를 통해 데이터를 전송하여 온도 디스플레이를 구현합니다. DS 18B20 을 통해 측정된 온도 값을 직접 읽고 데이터를 변환할 수 있으며 온도 상한과 하한을 설정하여 경고 온도를 설정할 수 있습니다. 그리고 경보 온도에 도달하면 시스템이 자동으로 경보를 울립니다.
이 문서에서는 온도 측정 회로, 마스터 회로 및 경보 회로의 여러 측면에서 설계를 분석하고 설명합니다. 이 장치는 단일 칩 마이크로 컴퓨터로 직접 디지털 신호를 전송할 수 있어 단일 칩 마이크로 컴퓨터의 처리 및 제어가 용이합니다. 또한 온도계는 온도 측정 장치로 온도를 직접 측정할 수 있다. 이를 통해 데이터 전송 및 처리 프로세스가 간소화됩니다. 이 설계의 장점은 주로 조작성이 강하고, 구조적 기초가 간단하며, 확장 공간이 크다는 것이다.
키워드: 단일 칩 마이크로 컴퓨터; 온도 센서 온도계 경보
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