溫度傳感器論文

1、精選文檔課題名稱：溫度傳感器 PT100專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 系系機(jī)電機(jī)電工程系工程系班班級(jí)級(jí)機(jī)電機(jī)電 13141314學(xué)生姓名學(xué)生姓名陳一超陳一超指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師完成日期完成日期20162016 年年 4 4 月月精選文檔摘摘要要隨著社會(huì)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展, 人們對(duì)溫度因素的重視越來(lái)越高,許多產(chǎn)品有嚴(yán)格要求的溫度范圍內(nèi),市場(chǎng)內(nèi)的溫度測(cè)量?jī)x器大都是單點(diǎn)測(cè)量,而溫度信息傳遞不及時(shí),精度不準(zhǔn)確，不利于工業(yè)管理。不利于操作者根據(jù)溫度做出正確的決定。在這樣的形勢(shì)下，開(kāi)發(fā)一種具有測(cè)量多點(diǎn)，而且實(shí)時(shí)性高精確度高，能夠綜合解決多點(diǎn)溫度的信息的系統(tǒng)就非常有必要。精選文檔目目錄錄第 1 章傳感器的介紹.11.1背景.11.

2、2研究意義.1第 2 章溫度傳感器選用細(xì)則.22.1根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類(lèi)型.22.2靈敏度的選擇.22.3頻率響應(yīng)特性.22.4線性范圍.22.5穩(wěn)定性.22.6精度.2第 3 章溫度傳感器 DS18B20.33.1DS18B20 的應(yīng)用.33.2DS18B20 的性能特點(diǎn).33.3DS18B20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì).43.4DS1820 使用中注意事項(xiàng).5第 4 章傳感器程序設(shè)計(jì).4.1DSl8B20 編程簡(jiǎn)介.64.2DS18B20 編程注意事項(xiàng).74.3DS18B20 的缺點(diǎn).8精選文檔精選文檔第第 1 1 章章傳感器的介紹傳感器的介紹1.1背景傳感器一般是通過(guò)二個(gè)主

3、要階段:1:模擬集成溫度傳感器。傳感器有一個(gè)函數(shù)(僅測(cè)量溫度),溫度測(cè)量誤差小,價(jià)格便宜,響應(yīng)迅速,輸送的距離長(zhǎng),體積小,使用能量低,等等,適合遠(yuǎn)程溫度測(cè)量,溫度控制,非線性校準(zhǔn),不需要做一個(gè)簡(jiǎn)單的外圍電路。目前最流行的一種應(yīng)用程序的集成傳感器國(guó)內(nèi)外。2:一些增強(qiáng)集成溫度控制器,包括 A / D 轉(zhuǎn)換器和治愈好程序,這和智能溫度傳感器有一些相同之處。但是自己的系統(tǒng)工作不是由微處理器控制,這是兩者之間的主要區(qū)別。溫度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)在的溫度傳感器正朝著高可靠性和安全性,單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng),如高科技的快速發(fā)展方向。傳感器的溫度測(cè)量和控制應(yīng)用程序主要包括兩個(gè)單點(diǎn)和多點(diǎn)溫度測(cè)量?jī)x器。熱電偶傳感器

4、的精度高,測(cè)量范圍大,已得到廣泛應(yīng)用。溫度測(cè)量范圍,主要在- 200 800之間,分辨率 12 位。更多的相對(duì)于單點(diǎn)測(cè)量精度有一定的差距,雖然意識(shí)到多通道溫度測(cè)量和控制,但是價(jià)格貴。1.2研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,在工業(yè)控制和溫度控制,電子溫度計(jì)、醫(yī)療設(shè)備、家用電器廣泛應(yīng)用于各種溫度控制系統(tǒng),和單點(diǎn)測(cè)量來(lái)衡量過(guò)去更多的發(fā)展。目前有兩種溫度傳感器,兩種類(lèi)型的傳感器為了克服時(shí)需要模擬傳感器與微處理器接口信號(hào)調(diào)節(jié)電路和 A / D 轉(zhuǎn)換器,大部分的多點(diǎn)溫度測(cè)量控制系統(tǒng)采用數(shù)字傳感器,大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,經(jīng)常使用仿真技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì),所以它不可避免地遇到如鉛的開(kāi)關(guān)誤差補(bǔ)

5、償、多點(diǎn)測(cè)量誤差和誤差信號(hào)調(diào)節(jié)電路,等。其中一個(gè)鏈接處理不當(dāng),可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能的損失。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,小型化、一體化、數(shù)字化正成為一個(gè)重要的傳感器的發(fā)展方向，使 DS18B20 非常地適用于構(gòu)建高精度和多點(diǎn)溫度的測(cè)量系統(tǒng)。精選文檔第第 2 2 章章溫度傳感器選用細(xì)則溫度傳感器選用細(xì)則現(xiàn)代傳感器的原理和結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別,由于不同的目的,不同對(duì)象的測(cè)量,并選擇傳感器測(cè)量環(huán)境,當(dāng)進(jìn)行測(cè)量,在第一時(shí)間解決問(wèn)題。確定傳感器時(shí),匹配的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也可以確定。成功或失敗的測(cè)試結(jié)果,在很大程度上取決于傳感器的選擇是不是合理。2.1根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確

6、定傳感器的類(lèi)型要想測(cè)量一個(gè)特定的項(xiàng)目,起初要考慮傳感器的功能,需要叛辨各種因素來(lái)決定。因?yàn)榧幢闶菧y(cè)量同一個(gè)物理量,也有許多可供選用的傳感器,選用哪一種原理的傳感器更為恰當(dāng),要根據(jù)測(cè)量的特性和傳感器的使用要求的考慮一些具體問(wèn)題:范圍的大小,測(cè)量的位置傳感器體積要求;接觸和非接觸式測(cè)量模式;信號(hào)方法,推導(dǎo)的電纜或接觸測(cè)量,傳感器的來(lái)源,無(wú)論是中國(guó)制造的還是國(guó)外制造的,價(jià)格可以承受否,需要自主研制。2.2靈敏度的選擇一般情況下,傳感器的范圍內(nèi)是線性的,希望傳感器的靈敏度越快越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高,測(cè)量和相應(yīng)的輸出信號(hào)值變化較明顯,便于處理信號(hào)。但是請(qǐng)注意,高靈敏度的傳感器,測(cè)量外界噪聲也沒(méi)有關(guān)系很容

7、易混合,影響測(cè)量大小。因此,請(qǐng)求傳感器本身應(yīng)該有很高的信噪比,減少串?dāng)_信號(hào)的引入與外界的聯(lián)系。2.3頻率響應(yīng)特性傳感器決定了測(cè)量的頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)特性,必須要保持在測(cè)量頻率條件范圍內(nèi),本質(zhì)上,傳感器的響應(yīng),總是遲鈍,希望延遲時(shí)間盡可能短。2.4 平穩(wěn)性傳感器在使用一段時(shí)間后,保持其性能改變叫平穩(wěn)性的能力。傳感器平穩(wěn)性的影響因素很長(zhǎng)一段時(shí)間除了傳感器本身的結(jié)構(gòu),主要是傳感器的使用地點(diǎn)。因此,使傳感器具有良好的平穩(wěn)性,傳感器必須具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器時(shí),應(yīng)對(duì)使用地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研,根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的傳感器,或采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減少環(huán)境的影響、2.5精度傳感器精度是評(píng)測(cè)系統(tǒng)功能的重要指

8、標(biāo),它是測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度是一個(gè)不可缺少的內(nèi)容。傳感器的要求越高,價(jià)格更加昂貴,所以只要滿足使用的要求,不要要求太高了?？梢詽M足很多相同的傳感器選擇廉價(jià)和單一的傳感器測(cè)量目的。如果測(cè)量結(jié)果是定性分析,選擇精度高的,不宜選用高精度價(jià)值;如果是為了光譜分析,有必要獲得準(zhǔn)確的測(cè)量,我們必須選擇精度等級(jí)可以滿足傳感器的要求。精選文檔第第 3 3 章章溫度傳感器溫度傳感器 DS18B20DS18B20單一的智能溫度傳感器 DS18B20 類(lèi)型,是最新的自適應(yīng)微處理器。內(nèi)的所有傳感器和轉(zhuǎn)換電路集成的集成電路,三極管等形式。與以前的熱敏電阻相比較,它可以直接讀取溫度測(cè)量,并跟從需求通過(guò)簡(jiǎn)單編程 9 12 的數(shù)

9、字閱讀方式?？梢栽?93.75 和 750ms分別為 9 和 12 個(gè)量,最大分辨率為 0.0625,和 DS18B20 的 DS18B20 讀或或的信息僅需要一根線程(單線接口)讀寫(xiě)。3.1DS18B20 的應(yīng)用基于單片機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)字溫度傳感器為核心,充分利用單片機(jī)的優(yōu)越內(nèi)部和外部資源和更好的性能的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 組成一個(gè)完整的溫度測(cè)量系統(tǒng),可以在多點(diǎn)溫度的測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制,能夠收到數(shù)據(jù)和顯示溫度,可以從鍵盤(pán)輸入命令,系統(tǒng)根據(jù)命令,選擇相應(yīng)的溫度傳感器,并由驅(qū)動(dòng)電路溫度顯示。我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)合理可行的 SCM 監(jiān)控軟件,測(cè)量的任務(wù)。由于單片機(jī)有強(qiáng)大的計(jì)算和控制功能,

10、所以能使整個(gè)系統(tǒng)具有模塊化、硬件的電路簡(jiǎn)易、使用方便。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)、顯示電路、鍵盤(pán)電路、驅(qū)動(dòng)電路、串行通信等。3.2DS18B20 的性能特點(diǎn)單一數(shù)字智能集成溫度傳感器,其特點(diǎn)是:1)DSI8B20 測(cè)量到溫度可直接用電腦認(rèn)識(shí)的數(shù)字信號(hào)發(fā)出,溫度不需要橋接電路的電壓模擬第一,然后通過(guò)信號(hào)放大和 A / D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),解決了傳統(tǒng)溫度傳感器參數(shù)的不一致,當(dāng)改變傳感器必須是由于放大器電路的零點(diǎn)漂移問(wèn)題調(diào)試,容易使用。(2)DS18B20 溫度讀數(shù)可以提供 9 到 12,精度高、和信息傳輸信號(hào)只有 1 根線,和計(jì)算機(jī)接口非常簡(jiǎn)單,閱讀和寫(xiě)作的力量和溫度變化沒(méi)有額外的電源電纜。(3)每個(gè) DS

11、18B20 有一個(gè)獨(dú)特的序列號(hào),它允許多個(gè) DS18B20 連接到相同的公共汽車(chē)。特別適用于多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。(4)負(fù)壓特性:電源極性反轉(zhuǎn)時(shí),DS18B20 雖然不能正常運(yùn)行,但不會(huì)燒毀是由于上面所說(shuō)的特點(diǎn),DS18B20 在解決各種各樣的錯(cuò)誤,可靠性,并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化,等,與傳統(tǒng)的各種溫度傳感器相比,具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),因此被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制、環(huán)境控制、溫度檢測(cè)建筑物、機(jī)械和設(shè)備。它的外觀如下圖:精選文檔圖 3.1 DS18B20 外部形狀及管腳圖3.3DS18B20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)能源:在 DQ 線在一個(gè)高水平的能量存儲(chǔ)在內(nèi)部電容電容信號(hào)線在一個(gè)低水平的消費(fèi)電力 DS18B20 溫

12、度測(cè)量系統(tǒng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量系統(tǒng),測(cè)量溫度的精度高、連接使用方便,占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，Dsl8B20 與單片機(jī)的硬件連接有兩種方式:一種是 Vcc 外部的電源 I / 0連接到單片機(jī) I / 0 線;第二,寄生電源,此時(shí) UDD 和 GND 接地,I / 0 通過(guò)單片機(jī) I / 0。無(wú)論電源、I / 0 接口線達(dá)到 4.7 k 問(wèn)上拉電阻。圖 4 顯示了 DSl8B20 的微型處理器。1)DS18B20 寄生電源模式:如圖 3.2,寄生電源模式,DS18B20 的工作值得一行,直到高水平來(lái)充電寄生功率(電容)。獨(dú)特的寄生功率方式有三個(gè)好處:1)測(cè)量溫度在遠(yuǎn)處,無(wú)需當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)2)可以在常規(guī)電

13、源的情況下讀取 ROM3)電路更緊湊,只有一個(gè) I / O 端口實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量做出精準(zhǔn)的 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換、I / O 線必須要有足夠的能量以保證溫度轉(zhuǎn)換過(guò)程中能夠完成,因?yàn)槊總€(gè) DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換在工作電流等于 1mA 時(shí)幾個(gè)溫度傳感器在同一 I /O 線多點(diǎn)溫度測(cè)量,僅在 4.7 K 上拉電阻時(shí)溫度的轉(zhuǎn)換由于能量的不足使溫度的檢測(cè)有極大的誤差。因此,電路只能對(duì)只有一條線路的溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量。VCC 電源要使電壓維持在 5 v,當(dāng)電源電壓下降,寄生功率可以得到能量也隨之減少,會(huì)使溫度變大。(2)DS18B20 寄生功率強(qiáng)勁拉動(dòng)供電模式:改善的寄生功率如下圖 3.2(b),為將

14、DS18B20 在動(dòng)態(tài)增益有充足的電流以供使用,轉(zhuǎn)換時(shí)期將溫度或復(fù)制到 E2 內(nèi)存操作,直接 I / O 線與 MOSFET VCC 可以有電流以供使用,E2內(nèi)存發(fā)送任何副本或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令,必須 10S 拉上的 I / O 線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)大的國(guó)家。強(qiáng)烈精選文檔拉模式可以解決供電的問(wèn)題不走,所以它適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量的應(yīng)用,缺點(diǎn)是占用的 I / O 端口線開(kāi)關(guān)強(qiáng)烈的牽引。(3)DS18B20 外部供電模式:如圖 3.2(c)下,在外部供電模式,DS18B20 VDD 銷(xiāo)工作電源的訪問(wèn),VDD 結(jié)束在 3 5.5V 電源,I / O 線沒(méi)有強(qiáng)拉的必要,因?yàn)椴淮嬖诋?dāng)前電力供應(yīng)不足,可以保證相互轉(zhuǎn)換的精

15、度,同時(shí)在公共理論上可以表達(dá)任意數(shù)量的 DS18B20 傳感器、多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部的溫度。注意:外部電源用電的方式下,DS18B20 接地針必須要靠近地,不然你不能轉(zhuǎn)換溫度,否則它的溫度一直顯示是 85。（a）寄生的電源供電（c）外部的電源供電(b)溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電圖 3.2 DS18B20 與微處理器的典型連接圖3.4DS1820 使用中注意的事項(xiàng)DS18B20 盡管它有一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量系統(tǒng),溫度測(cè)量精度高、連接簡(jiǎn)便,不占用接線等等,而且在實(shí)踐中應(yīng)以下幾個(gè)方面的問(wèn)題引起注意:(1)較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相比較復(fù)雜的軟件補(bǔ)償,因?yàn)?DS18B20 和微處理器之間的串行數(shù)據(jù)傳輸,所以對(duì)編程的

16、 DS18B20,來(lái)說(shuō)閱讀和編寫(xiě)要嚴(yán)格保證讀寫(xiě)時(shí)間,否則它將無(wú)法讀取溫度測(cè)量結(jié)果。(2)并沒(méi)有提及的相關(guān)數(shù)據(jù)從單總線掛 DS18B20 數(shù)字問(wèn)題,容易使人可以為任意數(shù)量的DS18B20 絞刑,而不是實(shí)際應(yīng)用。如果掛 DS18B20 單總線是超過(guò) 8 個(gè),你需要解決微處理器總線驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題,應(yīng)該注意的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(3)連接 DS18B20 總線電纜的長(zhǎng)度限制。實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)采用普通電纜傳輸信號(hào)的長(zhǎng)度超過(guò) 50 米,讀取溫度測(cè)量數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)用總線電纜代替雙絞線屏蔽電纜,正常通信距離是 150米,每米當(dāng)使用扭曲與屏蔽雙絞線電纜,正常通信距離是進(jìn)一步擴(kuò)展。這種情況主要是通過(guò)總線信號(hào)波形失

17、真由分布電容引起的。因此,在長(zhǎng)途使用 DS18B20 溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮母線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。(4)DS18B20 溫度編程,DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換后發(fā)送命令,返回信號(hào)時(shí)總想等待 DS18B20 程序DS18B20 接觸不良或打破閱讀 DS18B20 程序時(shí),將不會(huì)返回信號(hào),程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)精選文檔在 DS18B20 給出一些硬件連接和軟件設(shè)計(jì)也要注意。第第 4 4 章章傳感器程序設(shè)計(jì)傳感器程序設(shè)計(jì)4.1DSl8B20 編程簡(jiǎn)介每一塊單總線集成電路有一個(gè)全球獨(dú)一無(wú)二的 64 位代碼,在多通道溫度測(cè)量是通過(guò)匹配每個(gè)芯片 ROM 代碼(ID),搜索的溫度鏈。DS18b20

18、有 9 個(gè)可擦內(nèi)部寄存器,稱為便箋本內(nèi)存。所有串行通信的閱讀和編輯每一點(diǎn)數(shù)據(jù)都要按照設(shè)備的時(shí)序順序進(jìn)行編寫(xiě)。對(duì)單總線 DS18b20 芯片,訪問(wèn)每臺(tái)設(shè)備應(yīng)符合下列命令序列:首先初始化;第二 ROM 命令;最后,執(zhí)行功能秩序混亂,如果有一個(gè)序列是單總線設(shè)備對(duì)系統(tǒng)不會(huì)響應(yīng)。當(dāng)然也有例外，查詢ROM 指令和報(bào)警指令,執(zhí)行任何的兩個(gè)指令后,重回到初始化。從單總線傳輸過(guò)程開(kāi)始重新啟動(dòng),重新啟動(dòng)過(guò)程由系統(tǒng)復(fù)位脈沖,脈沖的回應(yīng)從機(jī)器回應(yīng)。應(yīng)答脈沖主機(jī)知道,表示設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好了。每個(gè)查找任何單總線設(shè)備,必須要認(rèn)真聽(tīng)從命令序列;如果有一系列的變化,單總線設(shè)備不會(huì)對(duì)宿主。但標(biāo)準(zhǔn)搜索 ROM 命令和報(bào)警命令例外,在

19、執(zhí)行任何命令,后兩個(gè)主機(jī)命令不能執(zhí)行以下功能,必須回到第一步。發(fā)出 ROM 命令在主機(jī)器訪問(wèn)指定的DS18B20,然后可以發(fā)送 DS18 B20 支持命令的一個(gè)特性。此命令允許主機(jī)寫(xiě)或讀 DS18B20 登記,開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換,從機(jī)器供電。DS18b20 的 I / O 讀取和寫(xiě)入程序,因此,讀寫(xiě)程序有相應(yīng)的時(shí)間要求,只有嚴(yán)格遵守通信協(xié)議可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有序列的單總線設(shè)備,每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸從主機(jī)開(kāi)始寫(xiě)時(shí)間,如果需要單總線設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù),寫(xiě)命令后,主機(jī)需要開(kāi)始閱讀序列數(shù)據(jù)接收完成。之前的數(shù)據(jù)和命令傳輸很低。（1） DS18B20 重置序列;（2） DS18B20 閱讀順序:DS18B20 序列點(diǎn)零序和讀過(guò) 1 連續(xù)兩個(gè)過(guò)程。首先閱讀順序是托管單總線下來(lái),必須釋放后 l5 m s 單總線,所以單總線的數(shù)據(jù)傳輸。DS18B20 完成了閱讀時(shí)間至少 60 米。（3）寫(xiě) DS18B20 的時(shí)序。寫(xiě)的順序分為 0 時(shí)間 DS18B20 和寫(xiě) 1 連續(xù)兩個(gè)過(guò)程。寫(xiě)零序和寫(xiě) 1 序列的不同需求,編寫(xiě)一個(gè) 0,單總線將會(huì)低至少 60 m s,DS18B20 來(lái)確保正確的抽樣 15 至 45 m s I / O 總線上的“