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温度传感器论文

《温度传感器》课程设计

题目基于DS18B20温度传感器的智能测温仪

姓名学号

院（系）

班级

指导教师职称

摘要:

温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发，随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域。

一种数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化。

传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。

因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制。

这样易于智能化控制。

文中给出了系统实现的硬件原理图及软件流程图。

经实验测试表明,该系统测量精度高、抗干扰能力强,具有一定的参考价值。

该系统设计和布线简单，结构紧凑，体积小，重量轻，抗干扰能力强，性价比高，扩展方便，在大型仓库，工厂，智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。

关键词：

数字测温；温度传感器DS18B20；单片机STC89C52；LCD1602显示器。

目录

摘要-----------------------------------------------------------------------------Ⅰ

关键词--------------------------------------------------------------------------Ⅱ

一、传感器的综述----------------------------------------------------------1

1、传感器及温度传感器发展现状-------------------------------------1

2主要应用元器件及基本要求------------------------------------------3

二、课程设计主要内容---------------------------------------------------4

三、传感器设计原理------------------------------------------------------4

1、三个重要组成部分---------------------------------------------------4

2、DS1802工作原理-----------------------------------------------------5

3、DS18B20内部结构图------------------------------------------------5

4、程序流程图------------------------------------------------------------6

5、proteus仿真原理图-------------------------------------------------6

四、实验过程---------------------------------------------------------------7

1、前期准备---------------------------------------------------------------7

2、课程设计过程---------------------------------------------------------7

五、数据分析与结论------------------------------------------------------7

六、附录---------------------------------------------------------------------8

七、参考文献---------------------------------------------------------------9

一、传感器的综述

1、传感器及温度传感器的发展现状

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。

传感器技术渗透带了各个领域，但他们的共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换为电量。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用。

传感器从功能上可分为雷达传感器、电阻式传感器、电阻应变式传感器、压阻式传感器、热电阻传感器、温度传感器、光敏传感器、湿度传感器、生物传感器、位移传感器、压力传感器、超声波测距离传感器等，本文所研究的是温度传感器。

温度传感器是最早开发，应用最广泛的一类传感器。

温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。

这些呈现规律性变化的物理性质主要有半导体。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

随着科学技术的发展，测温系统已经被广泛应用于社会生产、生活的各个领域，在工业、环境监测、医疗、家庭多方面均有应用。

从而使得现代温度传感器的发展。

微型化、集成化、数字化正成为发展的一个重要方向。

2、主要应用元器件及基本要求

该设计是以单片机STC89C52为控制核心，通过温度传感器DS18B20感受温度，实现温度测量功能并显示在LCD1602上。

1、STC89C52单片机简介

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

单片机总控制电路如下图1：

图4—1单片机总控制电路

（图1）

其性能指标为：

工作电压：

5.5v~3.3v（5v单片机）/3.8v~2.0v（3v单片机）

工作频率范围：

0~40MHZ,相当于8051的0~80MHZ,实际工作频率可大48MHZ。

用户应用程序空间为8K字节

片上集成512字节RAM

通用I/O口（32个）,复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口使用时，需加上拉电阻。

具有EEPROM功能与看门狗功能

具有3个16位的定时器/计数器。

及定时器T0.T1.T2。

2、DS18B20简介

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。

DS1820单线数字温度计特性：

•独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯

•简单的多点分布应用

•无需外部器件

•可通过数据线供电

•零待机功耗

•测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增

•温度以9位数字量读出

•温度数字量转换时间200ms（典型值）

•用户可定义的非易失性温度报警设置

•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）的器件

•应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统

DS1820温度传感器外观图（a）和引脚图（b）

①引脚1接地

②引脚2数字信号输入/输出

③引脚3接高电平5V高电平

（a）（b）

3、LCD1602简介

液晶显示屏LCD1602（如图3）以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越来广泛的应用。

这里介绍的是字符型液晶模块是一种5*7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示内容可分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等，本设计用的是常用的2行16个字的1602液晶模块。

（图2）

二、课程设计主要内容

课题名称：

基于DS18B20温度传感器的智能测温仪

设计要求：

该设计是以单片机STC89C52为控制核心，通过温度传感器DS18B20感受温度，实现温度测量功能。

目的及意义：

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，一种数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化；传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。

因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制。

这样易于智能化控制。

进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

三、传感器设计原理

1、三个重要组成部分：

温度检测模块：

温度检测模块主要使用的是DS18B20为传感器。

该芯片性价比很高，可达到精度11位的精度，即最小分辨率可达0.0625摄氏度，测温范围为（-55,125）。

MCU与其通信只需要一个线，使用很方便，电路连接上也是非常简单。

信号控制模块：

STC89C52RC单片机，是整个系统的核心文件，用来存储和控制输出温度信号。

液晶显示模块：

显示模块主要用来显示是测得的当前的温度值，选用1602，该模块还配有3个按键，可设置温度控制值。

2、DS18B20工作原理：

DS18B20的工作原理如图4所示，是用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。

计数器被预置到对应于-55℃的一个值。

如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）的值增加，表明所测温度大于-55℃。

同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。

然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。

3、DS18B20内部结构图：

4、程序流程图：

5、proteus仿真原理图：

（图7）

四、实验过程

1、前期准备：

在课程设计前期，人员分组完成后，小组成员便着手查阅资料、调研，通过查阅有关书籍、论文，最终确定课题为基于DS18B20的温度传感器测温仪。

2、课程设计过程

设计电路图，并根据所设计电路图和传感器的工作原理，为实现测温目的，进行编写程序。

经反复调试和修改，最终编译通过，proteus仿真成功，LCD显示器能根据温度传感器的测得温度显示数据。

将所编程序置入单片机内，并按照所设计电路图在面包板上连线。

经反复连线、检查元件、检查线路、检验程序，最终终于演示通过。

按照电路图，将各元器件焊接在电路板上，再经检验是否有空焊、短路等情况，进一步处理。

五、数据分析与结论

课程设计成功后，测得一天内温度数据如下：

时间

9点

10点

15点

16点

温度

31.9℃

32.5℃

35.3℃

34.7℃

实验成品如图所示：

附录1：

原理

图：

：

元件名称

规格

数量

备注

温度传感器DS18B20

PR-35封装

一个

单片机STC89C52

40引脚直列

一块

LCD1602显示屏

2行16字显示

一块

晶振

12MHz

一个

电容

22pF

两个

排阻

10kΩ

一个

排线、插针

若干

导线

若干

附录2：

原件清单

（表1）

参考文献

［1］施昆松.多个数字温度传感器DS1820地址的自动搜寻[J]国外电子元器件,1997,（01）

［2］赵旦峰,刘昕.集成温度传感器在多点温度测量中的应用[J]传感器技术,1997,（01）.

［3］张西.基于MCS-51单片机的测温系统[J]电子工程师,2002,（06）.

［4］杨恢先：

黄辉先.单片机原理及应用.北京.中国邮电出版社.2010.

［5］刘迎春等.传感器原理设计与应用.长沙.国防科学技术大学出版社.2004.