1、现代测试技术课程考核论文班级 汽服 10-1BF 学号 14104001591 姓名 杨熊 序号 46 2012 年 06 月 20 日非 电 信 号 的 检 测 方 法与 温 度 传 感 器 原 理 分 析摘要: 温度是一个基本的国际单位物理量，生活中一切过程无不与温度密切相关，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
2、。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。关键词：传感器；温度传感器；温度传感器 DS18B20；单片机 STC89C52。一、传感器的概述1、传感器及温度传感器的发展现状国家标准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
3、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。两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数
4、值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化 1时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在 540 微伏/之间。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗
5、细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和 IC 温度传感器。IC 温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度
6、较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量 120K 以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多
7、孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 1.6300K 范围内的温度。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。 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。二、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
8、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、温度传感器 DS18B20 工作原理：DS18B20 的工作原理，它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-5
9、5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。 斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。 3、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低电
10、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。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：040MHZ,相当于8051的080MHZ,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
11、位的定时器/计数器。及定时器 T0.T1.T2。单片机总控制电路如下图：4、温度传感器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TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,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
12、 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 5、 LCD1602 简介 液 晶 显 示 屏 LCD1602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
13、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 。 6、仿真原理图：仿真过程：DS18B20 的 DQ 端与 STC89C52 单片机的外部中断 1 相连接，另外的 VCC 与 GND 端分别接电源的输出端与地端。液晶显示屏的 D0D7 端口分别与单片机的 P0P7
14、 口相连接，仿真图上未予显示的 BLA 和 BLK 端分别接地与电源，而显示屏的第三个接口可以悬空，也可以外接电阻调试显示屏的背光与亮度。在单片机的 18 脚与 19 脚端用 22PF 的电容接上 12MHZ 的晶振，持续给单片机提供振荡周期。单片机的 EA 接口外接高电平。整体的电路在PROTUES 上仿真如下图，因为在仿真库中没有 STC89C52RC 这一元件，所以用 AT89C51 予以替代。原理图如图三、参考资料【1】百度百科：http:/ 【2】 施昆松. 多个数字温度传感器 DS1820 地址的自动搜寻国外电子元器件, 1997【3】张西. 基于 MCS-51 单片机的测温系统J电子工程师, 2002
