<<基于DS18B20传感器温度测量>>
课程设计报告
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二00九年 12月 27日
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1.设计题目
《基于DS18B20传感器温度测量》
2.课程设计目的
通过基于MCS-51系列单片机AT89C51和DS18B20温度传感器检测温度，熟悉芯片的使用，温度传感器的功能，数码显示管的使用，汇编语言的设计；并且把我们这一年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识，通过理论联系实际，从题目分析、电
路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程，培养了学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。。
3.设计任务和要求
以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字温度计，采用数字温度传感器DS18B20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为 0.5摄氏度。温度显示采用3位LED数码管显示，两位整数，一位小数。具有键盘输入上下限功能，超过上下限温度时，进行声音报警。
4.正文
一、方案选择与论证
根据设计任务的总体要求，本系统可以划分为以下几个基本模块，针对各个模块的功能要求，分别有以下一些不同的设计方案：
1、温度传感器模块
方案一：采用热敏电阻，热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的，也不能满足测量范围。在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使测温系统的硬件结构较复杂。另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。
方案二：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。
综上分析，我们选用第二种方案。
2、显示模块
方案一：采用8位段数码管，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后很难再加入其他的功能，显示格式受限制，且大耗电量大，不宜用电池给系统供电。
方案二：采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的园艺通兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。
综上分析，我们采用了第二个方案。
3、微控制器模块
温度传感器有四种主要类型：
热点偶、热敏电阻、电阻温度检测器、IC温度传感器。其中IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从-200℃到2000℃。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。
电阻温度检测器精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400℃左右。它们也有很大的TC，且价格昂贵(是热电偶的4～10倍)，并且需要一个外部参考源。
模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(-55℃～＋150℃)，并且需要一个外部参考源。
数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。
综上方案的比较，数字输出IC温度传感器与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，具有很高的线性，而且由于技术比较成熟，集成复杂的功能，成本也较低，能够提供一个数字输出，省去A/D转化器的使用，有效较低了系统成本，提高系统稳定性，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。本实验采用DS18B20作为温度传感器
二、系统的具体设计与实现
1、系统的总体设计方案
采用AT89S52单片机作为控制核心对温度传感器DS18B20控制，读取温度信号并进行计算处理，并送到液晶显示器RT1602显示。
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图5所示。
图5 电路结构框图
2、硬件电路设计
（1）、单片机控制模块
该模块由AT89S52单片机组成在设计方面，AT89S52的EA接高电平，其外围电路提供能使之工作的晶振脉冲、复位按键，四个I/O分别接8路的单列IP座方便与外围设备连接。
当AT89S52芯片接到来自温度传感器的信号时，其内部程序将根据信号的类型进行处理，并且将处理的结果送到显示模块，发送控制信号控制各模块。
该模块的硬件电路如下图
（2）温度传感器模块
DS18B20相关资料
1、DS18B20原理与分析
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。以下是DS18B20的特点：
（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。
（4）测温范围：-55 - +125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。
（5）通过编程可实现9-12位的数字读数方式。
（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。
（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
（8）负压特性，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。
2、DS18B20的测温原理
DS18B20的测温原理上图所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
DS18B20工作过程及时序
DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。
高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。
初始时，温度寄存器被预置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。
初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。
DS18B20内部的比较器以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与0.25℃进行比较，若低于0.25℃，温度寄存器的最低位就置0；若高于0.25℃，最低位就置1；若高于0.75℃时，温度寄存器的最低位就进位然后置0。这样，经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读取的温度值了，其最后位代表 0.5℃，四舍五入最大量化误差为±1/2LSB，即0.25℃。
温度寄存器中的温度值以9位数据格式表示，最高位为符号位，其余8位以二进制补码形式表示温度值。测温结束时，这9位数据转存到暂存存储器的前两个字节中，符号位占用第一字节，8位温度数据占据第二字节。
DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术。DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号；同样的，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号。当计数门打开时，DS18B20进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性度加以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应该为9位，但因符号位扩展成高8位，所以最后以16位补码形式读出。
DS18B20工作过程一般遵循以下协议：初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据
① 初始化
单总线上的所有处理均从初始化序列开始。初始化序列包括总线主机发出一复位脉冲，接着由从属器件送出存在脉冲。存在脉冲让总线控制器知道DS1820 在总线上且已准备好操作。
② ROM操作命令
一旦总线主机检测到从属器件的存在，它便可以发出器件ROM操作命令之一。所有ROM 操作命令均为8位长。这些命令列表如下：
Read ROM(读ROM)[33h]
此命令允许总线主机读DS18B20的8位产品系列编码，唯一的48位序列号，以及8位的CRC。此命令只能在总线上仅有一个DS18B20的情况下可以使用。如果总线上存在多于一个的从属器件，那么当所有从片企图同时发送时将发生数据冲突的现象（漏极开路会产生线与的结果）。
Match ROM( 符合ROM)[55h]
此命令后继以64位的ROM数据序列，允许总线主机对多点总线上特定的DS18B20寻址。只有与64位ROM序列严格相符的DS18B20才能对后继的存贮器操作命令作出响应。所有与64位ROM序列不符的从片将等待复位脉冲。此命令在总线上有单个或多个器件的情况下均可使用。
Skip ROM( 跳过ROM )[CCh]
在单点总线系统中，此命令通过允许总线主机不提供64位ROM编码而访问存储器操作来节省时间。如果在总线上存在多于一个的从属器件而且在Skip ROM命令之后发出读命令，那么由于多个从片同时发送数据，会在总线上发生数据冲突（漏极开路下拉会产生线与的效果）。
Search ROM( 搜索ROM)[F0h]
当系统开始工作时，总线主机可能不知道单线总线上的器件个数或者不知道其64位ROM编码。搜索ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的64位编码。
Alarm Search(告警搜索)[ECh]
此命令的流程与搜索ROM命令相同。但是，仅在最近一次温度测量出现告警的情况下，DS18B20才对此命令作出响应。告警的条件定义为温度高于TH 或低于TL。只要DS18B20一上电，告警条件就保持在设置状态，直到另一次温度测量显示出非告警值或者改变TH或TL 的设置，使得测量值再一次位于允许的范围之内。贮存在EEPROM内的触发器值用于告警。
③ 存储器操作命令
Write Scratchpad（写暂存存储器）[4Eh]
这个命令向DS18B20的暂存器中写入数据，开始位置在地址2。接下来写入的两个字节将被存到暂存器中的地址位置2和3。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。
Read Scratchpad（读暂存存储器）[BEh]
这个命令读取暂存器的内容。读取将从字节0开始，一直进行下去，直到第9（字节8，CRC）字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。
Copy Scratchpad（复制暂存存储器）[48h]
这条命令把暂存器的内容拷贝到DS18B20的E2存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又正在忙于把暂存器拷贝到E2存储器，DS18B20就会输出一个“0”，如果拷贝结束的话，DS18B20 则输出“1”。如果使用寄生电源，总线控制器必须在这条命令发出后立即起动强上拉并最少保持10ms。
Convert T（温度变换）[44h]
这条命令启动一次温度转换而无需其他数据。温度转换命令被执行，而后DS18B20保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又忙于做时间转换的话，DS18B20将在总线上输出“0”，若温度转换完成，则输出“1”。如果使用寄生电源，总线控制器必须在发出这条命令后立即起动强上拉，并保持500ms。
Recall E2（重新调整E2）[B8h]
这条命令把贮存在E2中温度触发器的值重新调至暂存存储器。这种重新调出的操作在对DS18B20上电时也自动发生，因此只要器件一上电，暂存存储器内就有了有效的数据。在这条命令发出之后，对于所发出的第一个读数据时间片，器件会输出温度转换忙的标识：“0”=忙，“1”=准备就绪。
Read Power Supply（读电源）[B4h]
对于在此命令发送至DS18B20之后所发出的第一读数据的时间片，器件都会给出其电源方式的信号：“0”=寄生电源供电，“1”=外部电源供电。
④ 处理数据
DS18B20的高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如图3所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。
DS18B20温度数据表
上表是DS18B20温度采集转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM 中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于或等于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
温度转换计算方法举例：
例如当DS18B20采集到+125℃的实际温度后，输出为07D0H，则：
实际温度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=1250C。
例如当DS18B20采集到-55℃的实际温度后，输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作为计算），则：
实际温度=370H╳0.0625=880╳0.0625=550C。
（3）显示模块
六、软件设计
系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换子程序、计算温度子程序、显示等等。
1.主程序
主要功能是完成DS18B20的初始化工作，并进行读温度，将温度转化成为压缩BCD码并在显示器上显示传感器所测得的实际温度。
2．读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需要进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图2所示。
3．温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辩率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图3所示。
4．计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其流程图如图4所示。
图1 主程序流程图
图2读出温度子程序流程图
图3 温度转换命令子程序流程图
图4 计算温度子程序流程图
完整程序如下：
;温度传感器18B20采用器件默认的12位转化,最大转化时间要750毫秒
;内存分配声明
TEMPER_L EQU 31H ;用于保存读出温度的低字节
TEMPER_H EQU 30H ;用于保存读出温度的高字节
T_DF EQU 33H ;FORMAT后的小数部分(decimal fraction)，半字节的温度小数(存在低四位)
T_INTEGER EQU 32H ;FORMAT后的整数部分(integer),将两字节的温度整合成1字节
FLAG BIT 20H ;标志位
DAT BIT P1.4 ;DS18B20数据线
;------------------------------主函数开始-----------------------------
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0030H
MAIN:
CLR EA ;使用DS18B20一定要禁止中断
MOV SP,#60H
MOV T_DF,#00H ;赋初始温度为30度
MOV T_INTEGER,#30H
START: LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序
LCALL T_FORMAT ;将读出的2字节温度格式化,并转换为压缩BCD码
LCALL DISPLAY ;显示温度
AJMP START
;-----------------------DS18B20的温度转换子程序-----------------------
GET_TEMPER:
LCALL Set_18B20
MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配
LCALL WRITE_1820
MOV A,#44H ;发出温度转换命令
LCALL WRITE_1820
LCALL DISPLAY ;用显示温度(持续1s左右)来等待AD转换结束,12位的话要转换750ms
LCALL Set_18B20 ;准备读温度前先初始化
MOV A,#0CCH ;跳过ROM匹配
LCALL WRITE_1820
MOV A,#0BEH ;发出读温度命令
LCALL WRITE_1820
LCALL READ_1820
RET
;--------------------------DS18B20初始化程序-------------------------- Set_18B20:
SETB DAT
NOP
CLR DAT
MOV R2,#250 ;主机发出延时500微秒的复位低脉冲
DJNZ R2,$
SETB DAT ;然后拉高数据线
MOV R2,#30
DJNZ R2,$ ;延时60us等待DS18B20回应
JNB DAT,INIT1
JMP Set_18B20 ;超时而没有响应,重新初始化
INIT1: MOV R2,#120
DJNZ R2,$ ;延时240us
JB DAT,INIT2 ;数据变高，初始化成功
JMP Set_18B20
INIT2: MOV R2,#240
DJNZ R2,$
RET
;-----------------写DS18B20的子程序(有具体的时序要求)----------------- WRITE_1820:
MOV R2,#8 ;一共8位数据
WR0: CLR DAT
MOV R3,#6
DJNZ R3,$
RRC A
MOV DAT,C
MOV R3,#20
DJNZ R3,$
SETB DAT
NOP
NOP
DJNZ R2,WR0
SETB DAT
RET
;------读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据--------------------------
READ_1820:
MOV R4,#2 ;将温度高位和低位从DS18B20中读出
MOV R1,#TEMPER_L ;低位存入31H(TEMPER_L)
RE0: MOV R2,#8
RE1: SETB DAT
NOP
NOP
CLR DAT
NOP
NOP
SETB DAT
MOV R3,#4
DJNZ R3,$
MOV C,DAT
RRC A
MOV R3,#30
DJNZ R3,$
DJNZ R2,RE1
MOV @R1,A
DEC R1 ;高位存入30H(TEMPER_H)
DJNZ R4,RE0
RET
;----------整合读出的两字节温度(关于DS18B20读出的2字节温度格式请参考资料)----------
T_FORMAT:
MOV A,#0FH
ANL A,TEMPER_L
MOV T_DF,A ;获得小数部分(4位)
MOV A,TEMPER_L
SWAP A
MOV @R0,A
MOV A,TEMPER_H
SWAP A
XCHD A,@R0
MOV T_INTEGER,A ;获得整数部分(1字节)
TO_BCD: MOV A,T_INTEGER
MOV B,#10
DIV AB
SWAP A
ADD A,B
MOV T_INTEGER,A ;整数部分压缩BCD码送T_INTEGER
MOV A,T_DF
MOV B,#10
MUL AB
MOV B,#16
DIV AB
MOV A, B
MOV B,#10
MUL AB
MOV B,#16
DIV AB
MOV B,A
MOV A,R2
SWAP A
ADD A,B
MOV T_DF,A ;小数部分压缩BCD码送T_DF
RET
;---------------------------显示温度子程序---------------------------- DISPLAY:MOV R1,#250
DISP1: MOV A,T_INTEGER
MOV R3,#01H
MOV R4,#02H
SETB FLAG
DISP2: CPL FLAG
MOV B,#10H
DIV AB
MOV R2,A ;高位送R2暂存
MOV DPTR,#3FFFH ;字位口
MOV A,R3
MOVX @DPTR,A ;送字位
MOV A,R2 ;字型R2送A
MOV DPTR,#TAB ;表首地址送DPTR
MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV DPTR,#5FFFH ;字型口
CALL D1MS ;延时
MOV A,#0FFH
MOVX @DPTR,A ;关闭字型显示
MOV R2,B ;低位送R2暂存
MOV DPTR,#3FFFH ;字位口
MOV A,R4
MOVX @DPTR,A ;送字位
MOV A,R2 ;字型R2送A
MOV DPTR,#TAB ;表首地址送DPTR
MOVC A,@A+DPTR ;查表
JNB FLAG,D1
JMP D2
D1: ANL A,#7FH
D2: MOV DPTR,#5FFFH ;字型口
MOVX @DPTR,A ;送字型
CALL D1MS ;延时
MOV A,#0FFH
MOVX @DPTR,A ;关闭字型显示
MOV A,T_DF
MOV R3,#04H
MOV R4,#08H
JNB FLAG,DISP2
DJNZ R1,DISP1
RET
;-------------------------1mS延时(按12MHZ算)-------------------------- D1MS: MOV R7,#250
LOOP0: NOP
NOP
DJNZ R7,LOOP0
RET
;-------------------------共阳数码管对应字型表-------------------------
TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H ;段码表
; 0 1 2 3 4 5 6 7 对应内容
DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH
; 8 9 A B C D E F
end
5.设计体会与致谢
通过这次基于DS18B20传感器测量温度的设计，我学到了许多东西。首先，这次设计让我把书本上学到的理论知识转化成为现实生活中有价值的实物。如果没有这次设计为我们搭建的平台，我们就不能对书本上的知识进行很好的理解，也不能熟练的把它们应用到现实生活中。同时，这次设计加强了我们独立思考的能力。一个好的设计需要通过我们不断的思维，不断的改善。经过设计之后，我们不像以前那样，遇到问题都不愿意独立思考，只会一味的向别人求助。现在，我们会通过自己的思考，解决我们自己遇到的问题和困难。还有，我们学会不能手高眼低，要踏踏实实，从基础学起、做起。一开始我们通过讨论，初步有了设计的方案，觉得还是比较简单的。但是，具体到设计时，我们遇到了很多麻烦，比如如何将传感器得到的温度转换成为对应的电信号，如何将电信号输送到单片机进行控制，如何把测得的温度用数字显示出来等等。这就要求我们学习要一步一个脚印，掌握扎实的理论基础了。最重要的一点是，我们在这次设计中培养了自己的学习能力。由于好多知识超出了我们的课本范围，这就要求我们自己通过查资料来增加我们的知识，解决遇到的一些问题。在短时间内从书本资料中帅选出我们所需要的知识，对我们的自主学习能力有很大的帮助。就那DS18B20来说，由于我们书本上没有介绍到这种温度传感器，所以我们就通过学习DS18B20的说明书，了解它工作的原理以及特性，并弄清楚在实际应用时要注意的事项，对DS18B20进行初始化、编程的要求和规定等。培养了自主学习的能力，无论以后我们要做什么样的设计，我们都能够通过查阅资料来实现。最后，本次设计能够顺利完成，我要特别感谢实验室老师给予的大力支持和热心帮助。
应用指引：在MC430F14板上是标配了DS18B20数字温度传感器器，同时希望用户通过以下DS18B20的讲解能够了解更多1线 MC430F14实物图如下: >>关于MC430F14开发板详情>> 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 新的"一线器件"DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。
美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 "一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。目前DS18B20批量采购价格仅10元左右。 DS18B20、DS1822 "一线总线"数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也支持"一线总线"接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、DS1822的特性 DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继"一线总线"的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 一、DS18B20的主要特性 （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 （2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯
实验二（2）温度传感器实验 实验时间 2017.01.12 实验编号 无 同组同学 邓奡 一、实验目的 1、了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理； 2、掌握热电偶的冷端补偿原理； 3、掌握热电偶的标定过程； 4、了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。 二、实验原理 1、热电偶测温原理 由两根不同质的导体熔接而成的，其形成的闭合回路叫做热电回路，当 两端处于不同温度时回路产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。 试验中使用两种热电偶：镍铬—镍硅（K 分度）、镍铬—铜镍（E 分度）。图2.3.5所示为热电偶的工作原理，图中：T 为热端，0T 为冷端，热电势为)()(0T E T E E AB AB t -=。 热电偶冷端温度不为0℃时（下式中的1T ），需对所测热电势进行修正，修正公式为：),(),(),(0110T T E T T E T T E +=,即： 实际电动势+测量所得电动势+温度修正电势 对热电偶进行标定时，以K 分度热电偶作为标准热电偶来校准E 分度热 电偶。 2、铂热电阻 铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在C 650T C 0?≤≤?时，
)1(20BT AT R R T ++=, 式中：T R ——铂热电阻在T ℃时的电阻值 0R ——铂热电阻在0℃时的电阻值 A ——系数（=C ??/103.96847-31） B ——系数（= C ??/105.847--71） 3、PN 结温敏二极管 半导体PN 结具有良好的温度线性，PN 结特性表达公式为： γln be e kT U =?， 式中，γ为与PN 结结构相关的常数； k 为波尔兹曼常数，K J /1038.1k 23-?=； e 为电子电荷量，C 1910602.1e -?=； T 为被测物体的热力学温度（K ）。 当一个PN 结制成后，当其正向电流保持不变时，PN 结正向压降随温度 的变化近似于线性，大约以2mV/℃的斜率随温度下降，利用PN 结的这一特性可以进行温度的测量。 4、热敏电阻 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的 热敏元件，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。 热敏电阻分为正温度系数热敏电阻PTC 、负温度系数热敏电阻NTC 和在 某一特定温度下电阻值发生突然变化的临界温度电阻器CTR 。 实验中使用NTC ，热敏电阻的阻值与温度的关系近似符合指数规律，为：)11(00e T T B t R R -=。式中： T 为被测温度（K)，16.273t +=T 0T 为参考温度（K),16.27300+=t T T R 为温度T 时热敏电阻的阻值 0R 为温度0T 时热敏电阻的阻值 B 为热敏电阻的材料常数，由实验获得，一般为2000~6000K 5、集成温度传感器 用集成工艺制成的双端电流型温度传感器，在一定温度范围内按1uA/K 的恒定比值输出与温度成正比的电流，通过对电流的测量即可知道温度值(K 氏温度），经K 氏-摄氏转换电路直接得到摄氏温度值。
河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：齐文华学号：12L0751265 专业班级：电子信息工程L126班 课程名称：传感器原理及应用 学年学期：2 014 —2 015 学年第一学期 指导教师：陈书旺 2 0 1 4 年12月
课程设计成绩评定表
目录 一、引言----------------------4 二、设计电路及原理------------4 三、元件清单------------------5 四、相关元器件的说明和介绍----6 五、课设步骤------------------11 六、实物图--------------------11 七、发现问题并解决问题--------13 八、心得与体会----------------13 九、参考文献------------------14
一、引言 1.课程设计的目的 1）使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。 2）锻炼学生自主独立完成课程设计的能力，培养学生积极动手创新的精神。3）通过课程设计提高我们动手实践能力，为我们以后更好的学习传感器和其他的相关知识奠定基础，使我们更好地适应现代社会的需求。 2.设计思路来源 随着科学技术的发展，许多高端技术已经实现了自动检测与控制。同时传感器的应用也逐渐增多，遍及人们生活的各个方面，给人们的生产和生活带来极大的方便。 本设计选用光敏传感器，对特殊场合的光照强度进行检测与报警。主要应用于农业大棚、城市照明等对光照强度有要求的场合。本设计用发光二极管作为警示灯，当光照强度不满足要求时就会发光起到警示的作用。 二、实际电路及原理 1.电路图
关于温度传感器特性的实验研究 摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波 尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。 关键词：定标转化拟合数学软件 EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR 1.引言 温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。 2.热电阻的特性 2.1实验原理 2.1.1Pt100铂电阻的测温原理 和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。 按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下： TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1) 其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下： Rt=R0[1+At+B t2+C(t-100)t3] (-200℃ 最小的温度显示程序-c51 (2010-12-07 00:45:27) 转载 分类：51单片机 标签： 杂谈 #include for (i = 8; i > 0; i--) { DQ = 0; // 给脉冲信号 dat >>= 1; //位右移 DQ = 1; // 给脉冲信号等待传感器返回脉冲 if(DQ) dat |= 0x80; Delay(4); } return (dat); } void WriteOneChar(unsigned char dat) { unsigned char i = 0; for (i = 8; i > 0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; Delay(5); DQ = 1; dat>>=1; } } void Read_Temperature(void) { Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xcc); // 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换 Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器 templ = ReadOneChar(); //温度低8位 temph = ReadOneChar(); //温度高8位 } 目录 1．引言 (1) 2．系统总体设计方案 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.2 总体框图 (2) 3．系统硬件设计 (2) 3.1 总硬件原理图 (2) 3.2 模块原理图 (3) 3.2.1 光敏电阻电路 (3) 3.2.2 电机驱动电路 (6) 3.2.3单片机电路 (8) 4．元件清单 (10) 5．系统调试与测试结果 (10) 5.1软件编程与调试 (10) 5.2 硬件调试 (12) 6．测试结果分析 (13) 7．总结 (13) 8．参考文献 (13) 1．引言 随着电子技术的飞速发展，微电子技术得到越来越多的应用，同时影响着人们生活工作的方方面面。自动窗控制系统经历了从无到有，并逐步丰富功能和可靠性发展。 为了减少因光线过强引起的显示器显示模糊程度,解决人们经常手动操作闭合窗帘的烦恼, 在此,我设计出了“自动感光启闭办公百叶窗”,智能控制室内光线. 通过室外光敏电阻感受光强变化,单片机接收光敏电阻信号,从而驱动步进电机使百叶窗闭合和打开，调整进入室内的光线;当室内光线达到适宜时,室内光敏传感器向单片机发出信号,单片机控制步进电机停止转动。这样使室内光线始终保持舒适宜人,让人们能够全神贯注地工作,解决了因窗帘开合,进入室内的光线过强或过弱给人们日常生活和工作带来的不便. 本课设描述的就是一种可根据环境光强的百叶窗控制系统的实现原理和过程。2．系统总体设计方案 2.1 设计思路 本次设计采用AT89C51单片机作为系统控制器，采用光敏电阻强弱转换为电信号的高低电平对现场光强弱的识别，并通过H桥式电路来驱动直流电机，在通过电机的转动来控制窗帘的转动。 北京电子科技学院 课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计与制作 学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 日期：2010年11月17日 目录 一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I：元器件清单 (11) 附录II：multisim仿真图 (11) 附录III：参考文献 (11) 一、电子技术课程设计的目的与要求 （一）电子技术课程设计的目的 课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 （二）电子技术课程设计的要求 1．教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2．能力培养要求 （1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 （2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 （4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 （5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程设计名称及设计要求 （一）课程设计名称 设计题目：温度测量控制系统的设计与制作 （二）课程设计要求 1、设计任务 要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统，测量温度范围：室温0～50℃，测量精度±1℃。 2、技术指标及要求： （1）当温度在室温0℃～50℃之间变化时，系统输出端1相应在0～5V之间变化。 （2）当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。 输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。 三、总体设计思想 使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以，应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节，所以选用了集成运放LM324和电位器；最后为实现技术指标（当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。）中的要求，选用了555定时器LM555CM。 通过以上分析，电路的总体设计思想就明确了，即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号，然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在0～5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。 第7章 DS18B20温度传感器 7.1 温度传感器概述 温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早起使用的是模拟温 度传感器，如热敏电阻，随着环境温度的变化，它的阻值也发生线性变化，用处理器采集电阻两端的电压，然后根据某个公式就可以计算出当前环境温度。随着科技的进步，现代的温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域，为我们的生活提供便利。随着现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化、正成为传感器发展的一个重要方向。美国DALLS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即单片机接口仅需占用一个 I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。 7.2 DS18B20温度传感器介绍 DS18B20是美国DALLAS^导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9?12位的数字 值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入 DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1. DS18B20温度传感器的特性 ①独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口 线即可实现微处理器与DS18B20勺双向通讯。 ②在使用中不需要任何外围元件。 ③可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。 ④测温范围：-55 ~+125 C。固有测温分辨率为0.5 C。 ⑤通过编程可实现9~12位的数字读数方式。 ⑥用户可自设定非易失性的报警上下限值。 ⑦支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 ⑧负压特性，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。 2. 引脚介绍 DS18B20有两种封装：三脚TO-92直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚SOIC贴片式。下图为实验板上直插式 DS18B20的原理图。 3. 工作原理 单片机需要怎样工作才能将DS18B2 0中的温度数据独取出来呢？F面将给出详细分析 电气工程学院 传感器课程设计报告 班级：电132 姓名：袁吉收 学号：1312021047 设计题目：智能家居监控系统设计设计时间：2015.12.22~12.28 评定成绩： 评定教师： 摘要 本文设计的智能家居系统以AT89C51单片机为核心控制单元，实时获取DS18B20温度传感器、TGS813气敏传感器、UD-02感烟传感器数据.并通过LCD1602来显示当前的状态。 关键字：AT89c51、DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602 目录 一、题目要求 1.1 题目介绍 1.2 模块分解 二、方案设计 2.1 方案介绍 三、硬件设计 3.1硬件原理图 四、软件设计 4.1时序图 五、设计总结 六、参考文献 附件：程序代码 一、题目要求 1.1智能家居监控系统设计 以提高家居生活的安全性、舒适度、人性化为目的，设计智能家居监控系统。利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。 要求（1）用Protel 画出设计原理图； 智能化家居中的 传感器 活动物体 传感器 烟雾传感器 二氧化碳 传感器 温度传感器 火焰传感器 总 线 终端 控制对象 （2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书中体现仿真结果； （3）写设计说明书； 1.2模块分解 1. 温度检测：采用DS18B20温度传感器。 2. 煤气泄漏检测：气敏传感器TGS813来检测空气中的可燃性气体。 3. 烟雾检测：UD-02离子感烟传感器检测空气中烟雾。 二、方案设计 2.1方案设计及选择 在实际设计中我们要考虑的因素有很多，比如成本最低、性价比最高、性能最优、功能最强、界面最友好等等。而本次课设我采用了性价比最高的方案（首先能实现基本功能）。选用了DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602模块实现本次设计。 基于AT89c51的智能家居系统设计 智能家居是人们的一种居住环境，其以住宅为平台安装有智能家居 实验一 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、 实验目的： 了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv) 作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。 温度传感器： DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 2 DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图4）。 ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 图1 DS18B20的内部结构 图2DS18B20的管脚排列 DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。 温度值高字节 高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下： R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。 高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。 3 DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3（a）（b）（c）所示。 温度传感器的特性及应用设计 集成温度传感器是将作为感温器件的晶体管及其外围电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器。这类传感器已在科研，工业和家用电器等方面、广泛用于温度的精确测量和控制。 1、目的要求 1．测量温度传感器的伏安特性及温度特性，了解其应用。 2．利用AD590集成温度传感器，设计制作测量范围20℃～100℃的数字显示测温装置。 3．对设计的测温装置进行定标和标定实验，并测定其温度特性。 4．写出完整的设计实验报告。 2、仪器装置 AD590集成温度传感器、变阻器、导线、数字电压表、数显温度加热设备等。 3、实验原理 AD590 R=1KΩ E=（0-30V） 四、实验内容与步骤 ㈠测量伏安特性――确定其工作电压范围 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。 ⒉注意，温度传感器内阻比较大，大约为20MΩ左右，电源电 压E基本上都加在了温度传感器两端，即U＝E。选择R4＝1KΩ，温度传感器的输出电流I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。 ⒊在0～100℃的范围内加温，选择0.0 、10.0、20.0……90.0、100.0℃，分别测量在0.0、1.0、2.0……25.0、30.0V时的输出电流大小。填入数据表格。 ⒋根据数据，描绘V～I特性曲线。可以看到从3V到30V，基本是一条水平线，说明在此范围内，温度传感器都能够正常工作。 ⒌根据V～I特性曲线，确定工作电压范围。一般确定在5V～25V为额定工作电压范围。 ㈡测量温度特性――确定其工作温度范围 ⒈按图连接好线路。选择工作电压为10V，输出电流为I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。 ⒉升温测量：在0～100℃的范围内加热，选择0.0 、10.0、 20.0……90.0、100.0℃时，分别同时测量输出电流大小。将数据填入数据表格。 注意：一定要温度稳定时再读输出电流值大小。由于温度传感器的灵敏度很高，大约为k=1μA／℃，所以，温度的改变量基本等于输出电流的改变量。因此，其温度特性曲线是一条斜率为k=1的直线。 ⒊根据数据，描绘I～T温度特性曲线。 ⒋根据I～T温度特性曲线，求出曲线斜率及灵敏度。 ⒌根据I～T温度特性曲线，在线性区域内确定其工作温度范围。 ㈢实验数据: ⒈温度特性 温度数字检测系统---实训报告 一、实训内容： 通过本实训设计并制作温度数字检测系统，把所制作传感器 应用于温度检测系统中。 二、实训要求： 学习、复习相关传感器的理论，检测系统的组成；设计制作温度数字检测系统电路，含设计电路，测试元件，电路布线，焊接元件，调试传感器电路；传感器应用于温度检测系统中，完成系统的接线和调试，并完成设计报告。 三、实训方法与步骤： 1. 温度数字检测系统电路的设计 理解掌握所设计的温度数字检测系统电路的要求，测量对 象、范围、原理；电路信号变换电路，信号处理单元的功能； （系统框图如图1所示） 图1-系统框图 2. 测试元件，电路布线，焊接元件，调试传感器电路； 3.传感器电路的过程验收； 4.传感器应用于温度检测系统中，完成系统的接线和调试。 5.设计报告 按要求完成设计报告：温度数字检测系统电路的系统框图、原理、功能电路的工作过程、主要元件的性能原理、电路图、装配图。 四、温度传感器LM35中文资料 TO-92封装引脚图SO-8 IC式封装引脚图 供电电压35V到-0.2V 输出电压6V至-1.0V 输出电流10mA 指定工作温度范围 LM35A -55℃ to +150℃ ATmega8L资料 –?工作电压 –– 2.7 - 5.5V (ATmega8L) –– 4.5 - 5.5V (ATmega8) –?速度等级 –– 0 - 8 MHz (ATmega8L) –– 0 - 16 MHz (ATmega8) –? 4 Mhz时功耗 , 3V, 25°C ––工作模式: 3.6 mA ––空闲模式: 1.0 mA ––掉电模式: 0.5 μA –引脚说明 –VCC 数字电路的电源。 –GND 地。 –端口 B(PB7..PB0) –XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2 –端口 B 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特 –性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉 –低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 B 处于高阻状态。 –通过时钟选择熔丝位的设置， PB6 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。 –通过时钟选择熔丝位的设置 PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。 –若将片内标定 RC 振荡器作为芯片时钟源，且 ASSR 寄存器的 DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图 时间：2012-02-16 14:16:04 来源：赛微电子网作者： 前言 温度与工农业生产密切相关，对温度的测量和控制是提高生产效率、保证产品质量以及保障生产安全和节约能源的保障。随着工业的不断发展，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大增加，居传感器首位。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现在，新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。基于DS18B20温度传感器的重要性，小编整理出DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图供大家参考。 一、DS18B20温度传感器工作原理（热电阻工作原理） DS18B20温度传感器工作原理框图如图所示： DS18B20温度传感器工作原理框图 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 二、DS18B20温度传感器的应用电路 1.DS18B20温度传感器寄生电源供电方式电路图 寄生电源方式特点： (1)进行远距离测温时，无须本地电源。 (2)可以在没有常规电源的条件下读取ROM。 (3)电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。 (4)只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适于采用电池供电系统中。 温度传感器是指能感受温度并能转换成可用输出信号的传感器。温度是和人类生活环境有着密切关系的一个物理量，是工业过程三大参量（流量、压力、温度）之一，也是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一。温度测量是一个经典而又古老的话题，很久以来，这方面己有多种测温元件和传感器得到普及，但是直到今天，为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广泛要求，仍在不断研发新型测温元件和传感器、新的测温方法、新的测温材料、新的市场应用。要准确地测量温度也非易事，如测温元件选择不当、测量方法不宜，均不能得到满意结果。 据有关部门统计，2009年我国传感器的销售额为327亿元人民币，其中温度传感器占整个传感器市场的14％，主要应用于通信电子产品、家用电器、楼宇自动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。 温度传感器的特点 作为一个理想的温度传感器，应该具备以下要求：测量围广、精度高、可靠性好、时漂小、重量轻、响应快、价格低、能批量生产等。但同时满足上述条件的温度传感器是不存在的，应根据应用现场灵活使用各种温度传感器。这是因为不同的温度传感器具有不同的特点。 ● 不同的温度传感器测量围和特点是不同的。 几种重要类型的温度传感器的温度测量围和特点，如表1所示。 ● 测温的准确度与测量方法有关。 根据温度传感器的使用方法，通常分为接触测量和非接触测量两类，两种测量方法的特点如 ● 不同的测温元件应采用不同的测量电路。 通常采用的测量电路有三种。“电阻式测温元件测量电路”，该测量电路要考虑消除非线性误差和热电阻导线对测量准确度的影响。“电势型测温元件测量电路”，该电路需考虑线性化和冷端补偿，信号处理电路较热电阻的复杂。“电流型测温元件测量电路”，半导体集成温度传感器是最典型的电流型温度测量元件，当电源电压变化、外接导线变化时，该电路输出电流基本不受影响，非常适合远距离测温。 温度测量的最新进展 ● 研制适应各种工业应用的测温元件和温度传感器。 铂薄膜温度传感器膜厚1μm，可置于极小的测量空间，作温度场分布测量，响应时间不超过1ms，偶丝最小直径25μm，热偶体积小于1×10-4mm3，质量小于1μg。 多色比色温度传感器能实时求出被测物体发射率的近似值，提高辐射测温的精 测试技术与传感器 实验报告 班级： 学号： 姓名： 任课老师： 年月日 实验一：静压力传感器标定系统 一、实验原理： 压力传感器输入—输出之间的工作特性，总是存在着非线性、滞后和不重复性，对于线性传感器（如压力传感器）而言，就希望找出一条直线使它落在传感器每次测量时实际呈现的标准曲线内，并相对各条曲线上的最大偏离值与该直线的偏差为最小，来作为标定工作直线。标定工作线可以用直线方程=+表示。 y k x b 对压力传感器进行静态标定，就是通过实验建立压力传感器输入量与输出量 =+使它落之间的关系，得到实际工作曲线，然后，找出一条直线y kx b 在实际工作曲线内，由于方程中的x和y是传感器经测量得到的实验数据，因此一般采用平均斜率法或最小二乘法求取拟合直线。本实验通过最小二乘法求取拟合直线，并通过标定曲线得到其精度。即常用静态特性：工作特性直线、满量程输出、非线性度、迟滞误差和重复性。 二、准备实验： 1)调节活塞式压力计底座四个调节旋钮，使整个活塞式压力计呈水平状态如图6所示； 2)松开活塞筒缩紧手柄，将活塞系统从前方绕水平轴转动，使飞轮在水平转轴上方且活塞在垂直位置锁紧，调整活塞系统底座下部滚花螺母，使活塞筒上的水平仪气泡居于中间位置，如图6，并紧固调水平处的滚花螺母； 图6 调节好，已水平 3)被标定三个压力传感器接在截止阀上（参见下图7），打开截止阀、进气调速阀、进油阀，关闭进气阀和排气阀，将微调器的调节阀门旋出15mm左右位置； 4)打开空气压缩机，待空气压缩机压力达到0.4MPa时，关闭压气机。因为对于最大量程为0.25MPa的活塞式压力计，压力必须小于等于0.4MPa。 5)打开采集控制柜开关，检查串口连接情况。双击桌面的“压力传感器静态标定”软件，进入测试系统，如图7所示。 黑龙江科技学院 课程设计报告 项目名称：瓦斯浓度检测系统设计 所属课程：传感器与检测技术 实践日期：— 班级测控08---3班 学号04号 姓名王蕊 成绩 电气与信息工程学院 其具有两个通道，每个通道的增益范围为-10～30 dB，因此两个通道串连起来可以实现的增益控制范围为：-20～60 dB。图2为瓦斯传感器及信号放大电路。 2．3 A／D转换电路设计系统使用的数模转换器LTC1865是凌力尔特推出的16位SAR ADC，采用单5 V电源工作，并能保证在-40℃～+12．5℃的温度范围内工作。每个器件最大电流为8．50 uA，最大采样率达250 kS／s，供电电流随着采样速率的降低而变小。MSOP-10封装的LTC1865提供2路软件可编程的通道，并且可以根据需求来调整参考电压的大小。A／D转换电路设计如图3所示。 2．4 报警模块电路设计本设计的报警模块采用普通的蜂鸣器来完成。蜂鸣器一端接地，一端接用来驱动它工作的PNP晶体管的发射极，晶体管基极连接AT89S52的P3．3口。 2．5 键盘模块电路设计本系统中的按键主要用来设定瓦斯浓度的报警值，采用独立按键式键盘，共3个按键，它们分别与AT89S52的P2．0～P2．2口连接，平时这三个引脚输出高电平，当按键被按下时引脚变成低电平，因此，只要在软件中查询这几个引脚的电平，就可以确定是否有按键按下，从而进人相应的子程序。 3 系统软件设计系统软件主要包括系统主程序和数据采样处理子程序两部分，主程序流程如图4所示，数据采样处理子程序如图5所示。 系统开机上电工作后，首先进行初始化，接着进入主循环扫描是否有按键按下，若检测到有键按下，则设定系统的瓦斯浓度报警上限值，否则直接调用数据采集处理子程序进行数据采集处理。 主程序调用数据采样处理子程序后，就进入该子程序运行，首先启动A／D转换进行数据采样，得到的数据信号输入到AT89S52进行滤波、零点修正并计算瓦斯气体浓度值，若浓度超限则启动扬声器声音报警，否则关闭蜂鸣器并返回。 4 实验结果及分析瓦斯的主要成分是甲烷，瓦斯爆炸有一定的浓度范围，通常把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5％～16％。当空气中氧气浓度达到10％时，瓦斯浓度在5％～16％之间，就会发生爆炸。 根据MJC4／3．0L的技术指标(甲烷浓度为1％时，其灵敏度为20～40 Mv)，因此设定瓦斯的爆炸上限值为 第7章DS18B20温度传感器 7.1 温度传感器概述 温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早起使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻，随着环境温度的变化，它的阻值也发生线性变化，用处理器采集电阻两端的电压，然后根据某个公式就可以计算出当前环境温度。随着科技的进步，现代的温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域，为我们的生活提供便利。随着现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化、正成为传感器发展的一个重要方向。美国DALLS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即单片机接口仅需占用一个I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。7.2 DS18B20温度传感器介绍 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1.DS18B20温度传感器的特性 ①独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 ②在使用中不需要任何外围元件。 ③可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。 ④测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。 ⑤通过编程可实现9~12位的数字读数方式。 ⑥用户可自设定非易失性的报警上下限值。 ⑦支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 ⑧负压特性，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。 2.引脚介绍 DS18B20有两种封装：三脚TO-92直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚SOIC贴片式。下图为实验板上直插式DS18B20的原理图。 3.工作原理 单片机需要怎样工作才能将DS18B20中的温度数据独取出来呢？下面将给出详细分析。DS18b20温度传感器
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