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温度传感器论文
传感器与自动检测论文
摘要
随着社会和工业技术的发展,人们对温度因素的重视越来越高,许多产品有严格要求的温度围,市场的温度测量仪器大都是单点测量,而温度信息传递不及时,精度不准确，不利于工业管理。
不利于操作者根据温度做出正确的决定。
在这样的形势下，开发一种具有测量多点，而且实时性高精确度高，能够综合解决多点温度的信息的系统就非常有必要。
第1章传感器的介绍
1.1背景
传感器一般是通过二个主要阶段:
1:
模拟集成温度传感器。
传感器有一个函数（仅测量温度）,温度测量误差小,价格便宜,响应迅速,输送的距离长,体积小,使用能量低,等等,适合远程温度测量,温度控制,非线性校准,不需要做一个简单的外围电路。
目前最流行的一种应用程序的集成传感器国外。
2:
一些增强集成温度控制器,包括A/D转换器和治愈好程序,这和智能温度传感器有一些相同之处。
但是自己的系统工作不是由微处理器控制,这是两者之间的主要区别。
温度传感器的发展趋势。
现在的温度传感器正朝着高可靠性和安全性,单片机的温度测量系统,如高科技的快速发展方向。
传感器的温度测量和控制应用程序主要包括两个单点和多点温度测量仪器。
热电偶传感器的精度高,测量围大,已得到广泛应用。
温度测量围,主要在-200℃~800℃之间,分辨率12位。
更多的相对于单点测量精度有一定的差距,虽然意识到多通道温度测量和控制,但是价格贵。
1.2研究意义
随着科学技术的进步和发展,在工业控制和温度控制,电子温度计、医疗设备、家用电器广泛应用于各种温度控制系统,和单点测量来衡量过去更多的发展。
目前有两种温度传感器,两种类型的传感器为了克服时需要模拟传感器与微处理器接口信号调节电路和A/D转换器,大部分的多点温度测量控制系统采用数字传感器,大大方便了系统的设计。
在传统的温度测量系统设计中,经常使用仿真技术来设计,所以它不可避免地遇到如铅的开关误差补偿、多点测量误差和误差信号调节电路,等。
其中一个处理不当,可能会导致整个系统性能的损失。
随着现代科学技术的迅速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展,小型化、一体化、数字化正成为一个重要的传感器的发展方向，使DS18B20非常地适用于构建高精度和多点温度的测量系统。
第2章温度传感器选用细则
现代传感器的原理和结构千差万别,由于不同的目的,不同对象的测量,并选择传感器测量环境,当进行测量,在第一时间解决问题。
确定传感器时,匹配的测量方法和测量设备也可以确定。
成功或失败的测试结果,在很大程度上取决于传感器的选择是不是合理。
2.1根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要想测量一个特定的项目,起初要考虑传感器的功能,需要叛辨各种因素来决定。
因为即便是测量同一个物理量,也有许多可供选用的传感器,选用哪一种原理的传感器更为恰当,要根据测量的特性和传感器的使用要求的考虑一些具体问题:
围的大小,测量的位置传感器体积要求;接触和非接触式测量模式;信号方法,推导的电缆或接触测量,传感器的来源,无论是中国制造的还是国外制造的,价格可以承受否,需要自主研制。
2.2灵敏度的选择
一般情况下,传感器的围是线性的,希望传感器的灵敏度越快越好。
因为只有灵敏度高,测量和相应的输出信号值变化较明显,便于处理信号。
但是请注意,高灵敏度的传感器,测量外界噪声也没有关系很容易混合,影响测量大小。
因此,请求传感器本身应该有很高的信噪比,减少串扰信号的引入与外界的联系。
2.3频率响应特性
传感器决定了测量的频率围的频率响应特性,必须要保持在测量频率条件围,本质上,传感器的响应,总是迟钝,希望延迟时间尽可能短。
2.4平稳性
传感器在使用一段时间后,保持其性能改变叫平稳性的能力。
传感器平稳性的影响因素很长一段时间除了传感器本身的结构,主要是传感器的使用地点。
因此,使传感器具有良好的平稳性,传感器必须具有较强的环境适应能力。
在选择传感器时,应对使用地点进行调研,根据实际情况选择正确的传感器,或采取适当的措施来减少环境的影响、
2.5精度
传感器精度是评测系统功能的重要指标,它是测量系统测量精度是一个不可缺少的容。
传感器的要求越高,价格更加昂贵,所以只要满足使用的要求,不要要求太高了。
可以满足很多相同的传感器选择廉价和单一的传感器测量目的。
如果测量结果是定性分析,选择精度高的,不宜选用高精度价值;如果是为了光谱分析,有必要获得准确的测量,我们必须选择精度等级可以满足传感器的要求。
第3章温度传感器DS18B20
单一的智能温度传感器DS18B20类型,是最新的自适应微处理器。
的所有传感器和转换电路集成的集成电路,三极管等形式。
与以前的热敏电阻相比较,它可以直接读取温度测量,并跟从需求通过简单编程9~12的数字阅读方式。
可以在93.75和750ms分别为9和12个量,最大分辨率为0.0625℃,和DS18B20的DS18B20读或或的信息仅需要一根线程（单线接口）读写。
3.1DS18B20的应用
基于单片机的测量系统和数字温度传感器为核心,充分利用单片机的优越部和外部资源和更好的性能的数字温度传感器DS18B20组成一个完整的温度测量系统,可以在多点温度的测量。
整个系统由单片机控制,能够收到数据和显示温度,可以从键盘输入命令,系统根据命令,选择相应的温度传感器,并由驱动电路温度显示。
我们设计一个合理可行的SCM监控软件,测量的任务。
由于单片机有强大的计算和控制功能,所以能使整个系统具有模块化、硬件的电路简易、使用方便。
整个系统由单片机、显示电路、键盘电路、驱动电路、串行通信等。
3.2DS18B20的性能特点
单一数字智能集成温度传感器,其特点是:
1）DSI8B20测量到温度可直接用电脑认识的数字信号发出,温度不需要桥接电路的电压模拟第一,然后通过信号放大和A/D转换成数字信号,解决了传统温度传感器参数的不一致,当改变传感器必须是由于放大器电路的零点漂移问题调试,容易使用。
（2）DS18B20温度读数可以提供9到12,精度高、和信息传输信号只有1根线,和计算机接口非常简单,阅读和写作的力量和温度变化没有额外的电源电缆。
（3）每个DS18B20有一个独特的序列号,它允许多个DS18B20连接到相同的公共汽车。
特别适用于多点温度检测系统。
（4）负压特性:
电源极性反转时,DS18B20虽然不能正常运行,但不会烧毁是由于上面所说的特点,DS18B20在解决各种各样的错误,可靠性,并实现系统优化,等,与传统的各种温度传感器相比,具有无可比拟的优势,因此被广泛应用于过程控制、环境控制、温度检测建筑物、机械和设备。
它的外观如下图:
图3.1DS18B20外部形状及管脚图
3.3DS18B20与单片机的典型接口设计
能源:
在DQ线在一个高水平的能量存储在部电容电容信号线在一个低水平的消费电力DS18B20温度测量系统有一个简单的温度测量系统,测量温度的精度高、连接使用方便,占用口线少等优点，Dsl8B20与单片机的硬件连接有两种方式:
一种是Vcc外部的电源I/0连接到单片机I/0线;第二,寄生电源,此时UDD和GND接地,I/0通过单片机I/0。
无论电源、I/0接口线达到4.7k问上拉电阻。
图4显示了DSl8B20的微型处理器。
1）DS18B20寄生电源模式:
如图3.2,寄生电源模式,DS18B20的工作值得一行,直到高水平来充电寄生功率（电容）。
独特的寄生功率方式有三个好处:
1）测量温度在远处,无需当地的电力供应
2）可以在常规电源的情况下读取ROM
3）电路更紧凑,只有一个I/O端口实现温度测量
做出精准的DS18B20温度转换、I/O线必须要有足够的能量以保证温度转换过程中能够完成,因为每个DS18B20温度转换在工作电流等于1mA时几个温度传感器在同一I/O线多点温度测量,仅在4.7K上拉电阻时温度的转换由于能量的不足使温度的检测有极大的误差。
因此,电路只能对只有一条线路的温度传感器进行测量。
VCC电源要使电压维持在5v,当电源电压下降,寄生功率可以得到能量也随之减少,会使温度变大。
（2）DS18B20寄生功率强劲拉动供电模式:
改善的寄生功率如下图3.2（b）,为将DS18B20在动态增益有充足的电流以供使用,转换时期将温度或复制到E2存操作,直接I/O线与MOSFETVCC可以有电流以供使用,E2存发送任何副本或启动温度转换命令,必须10μS拉上的I/O线转换到强大的国家。
强烈拉模式可以解决供电的问题不走,所以它适用于多点温度测量的应用,缺点是占用的I/O端口线开关强烈的牵引。
（3）DS18B20外部供电模式:
如图3.2（c）下,在外部供电模式,DS18B20VDD销工作电源的访问,VDD结束在3~5.5V电源,I/O线没有强拉的必要,因为不存在当前电力供应不足,可以保证相互转换的精度,同时在公共理论上可以表达任意数量的DS18B20传感器、多点测量系统部的温度。
注意:
外部电源用电的方式下,DS18B20接地针必须要靠近地,不然你不能转换温度,否则它的温度一直显示是85℃。
（a）寄生的电源供电（c）外部的电源供电（b）温度转换期间的强上拉供电
图3.2DS18B20与微处理器的典型连接图
3.4DS1820使用中注意的事项
DS18B20尽管它有一个简单的温度测量系统,温度测量精度高、连接简便,不占用接线等等,而且在实践中应以下几个方面的问题引起注意:
（1）较小的硬件开销需要相比较复杂的软件补偿,因为DS18B20和微处理器之间的串行数据传输,所以对编程的DS18B20,来说阅读和编写要严格保证读写时间,否则它将无法读取温度测量结果。
（2）并没有提及的相关数据从单总线挂DS18B20数字问题,容易使人可以为任意数量的DS18B20绞刑,而不是实际应用。
如果挂DS18B20单总线是超过8个,你需要解决微处理器总线驱动的问题,应该注意的多点温度测量系统的设计。
（3）连接DS18B20总线电缆的长度限制。
实验中,当采用普通电缆传输信号的长度超过50米,读取温度测量数据就会发生错误。
当用总线电缆代替双绞线屏蔽电缆,正常通信距离是150米,每米当使用扭曲与屏蔽双绞线电缆,正常通信距离是进一步扩展。
这种情况主要是通过总线信号波形失真由分布电容引起的。
因此,在长途使用DS18B20温度测量系统的设计应充分考虑母线分布电容和阻抗匹配问题。
（4）DS18B20温度编程,DS18B20温度转换后发送命令,返回信号时总想等待DS18B20程序DS18B20接触不良或打破阅读DS18B20程序时,将不会返回信号,程序进入死循环。
这一点在DS18B20给出一些硬件连接和软件设计也要注意。
第4章传感器程序设计
4.1DSl8B20编程简介
每一块单总线集成电路有一个全球独一无二的64位代码,在多通道温度测量是通过匹配每个芯片ROM代码（ID）,搜索的温度链。
DS18b20有9个可擦部寄存器,称为便笺本存。
所有串行通信的阅读和编辑每一点数据都要按照设备的时序顺序进行编写。
对单总线DS18b20芯片,访问每台设备应符合下列命令序列:
首先初始化;第二ROM命令;最后,执行功能秩序混乱,如果有一个序列是单总线设备对系统不会响应。
当然也有例外，查询ROM指令和报警指令,执行任何的两个指令后,重回到初始化。
从单总线传输过程开始重新启动,重新启动过程由系统复位脉冲,脉冲的回应从机器回应。
应答脉冲主机知道,表示设备已经准备好了。
每个查找任何单总线设备,必须要认真听从命令序列;如果有一系列的变化,单总线设备不会对宿主。
但标准搜索ROM命令和报警命令例外,在执行任何命令,后两个主机命令不能执行以下功能,必须回到第一步。
发出ROM命令在主机器访问指定的DS18B20,然后可以发送DS18B20支持命令的一个特性。
此命令允许主机写或读DS18B20登记,开始温度转换,从机器供电。
DS18b20的I/O读取和写入程序,因此,读写程序有相应的时间要求,只有严格遵守通信协议可以保证数据传输的正确性和完整性。
所有序列的单总线设备,每个数据传输从主机开始写时间,如果需要单总线设备发送数据,写命令后,主机需要开始阅读序列数据接收完成。
之前的数据和命令传输很低。
（1）DS18B20重置序列;
（2）DS18B20阅读顺序:
DS18B20序列点零序和读过1连续两个过程。
首先阅读顺序是托管单总线下来,必须释放后l5ms单总线,所以单总线的数据传输。
DS18B20完成了阅读时间至少60米。
（3）写DS18B20的时序。
写的顺序分为0时间DS18B20和写1连续两个过程。
写零序和写1序列的不同需求,编写一个0,单总线将会低至少60ms,DS18B20来确保正确的抽样15至45msI/O总线上的“0”的水平。
写1单总线低,必须被释放后在15ms单总线。
DS18B20重置之后,可以控制编程读取其部RAM,温度通过收集并读取数据，并比较数据,以确定相应的温度是过高还是过低的,当温度值是正数,直接将一个二进制数用函数转换为十进制值。
补充原始代码,然后转换为十进制值。
温度测量和读取软件流程图如下
开始
DS18B20复位
发出跳过ROM命令
发出温度转换命令
转换完毕？
N
指向
下一个DS18B20
DS18B20复位
发出匹配ROM命令
发1个DS18B20序号
读温度
存入储存器
第n个DS18B20处理完？
Y
Y
DS18B20复位
发报警搜索命令
报警输出
有温度超限否
？
Y
N
延时
N
4.2DS18B20编程注意事项
（1）温度变化在时间设置为750ms,这将大大提高灵敏度,推荐使用更高的精度要求下,弹性很好;
（2）Dsl8B20时机必须仔细调整读写,在反复调试找出适当的延迟时间;
（3）申请DS18B20信号存在,最好建立一个有限的等待时间,否则一旦温度传感器损坏,程序将进人无限循环等待死亡。
4.3DS18B20的缺点
DS18B20虽然有上述长处之外,但是也有一些瑕疵,如:
简易的硬件连接的是困难软件的价值时机,DS18B20测温灵敏度不高时,当温度快速变化时DS18B20显示它改变的过程过于缓慢。
经过一段时间的实验后作者发现通过DS18B20构造的温度测量系统对环境温度监控有很大的作用,温度的微小变化敏感,不适合应用在实时需求强劲温度跨度大时来测量温度
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