第一篇：數(shù)字溫度傳感器的應用
數(shù)字溫度傳感器 DS1820(DS18B20)的應用
DSl820 數(shù)字溫度計提供 9 位(二進制)溫度讀數(shù) 指示器件的溫度 信息經過單線接口送入 DSl820 或從 DSl820 送出 因此從主機 CPU 到DSl820 僅需一條線(和地線)DSl820 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源 因為每一個 DSl820 在出廠時已經給定了唯一的序號 因此任意多個 DSl820 可以存放在同一條單線總線上 這允許在許多不同的地方放置溫度敏感 DSl820 的測量范圍從-55 到+125 增量值為 0.5 可在 l s(典型值)內把溫度變換成數(shù)字.每一個 DSl820 包括一個唯一的 64 位長的序號 該序號值存放在 DSl820 內部的 ROM(只讀存貯器)中 開始8 位是產品類型編碼(DSl820 編碼均為（10H)接著的48位是每個器件唯一的序號最后8位是前面 56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼DSl820 中還有用于貯存測得的溫度值的兩個 8 位存貯器 RAM 編號為 0 號和 1號1號存貯器存放溫度值的符號，如果溫度為負，則 1 號存貯器 8 位全為 1，否則全為 0，0 號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB(最低位)的1表示0.5將存貯器中的二進制數(shù)求補再轉換成十進制數(shù)并除以 2 就得到被測溫度值(-550 125)，DSl820 的引腳如圖 2 26-l 所示。每只 DS18b20 都可以設置成兩種供電方式 ：即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式，采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導線，但完成溫度測量的時間較長；采取外部供電方式則多用一根導線，但測量速度較快.溫度計算
1、DS18b20用9位存貯溫度值,最高位為符號位。下圖為 18b20 的溫度存儲方式，負溫度
S=1，正溫度 S=0，如00AAH 為+85 ,0032H 為 25，F(xiàn)F92H 為55
2、Ds18b20 用 12 位存貯溫值度，最高位為符號位，下圖為18b20的溫度存儲方式，負溫度S=1，正溫度 S=0。如0550H 為+85，0191H 為25.0625 ,FC90H 為-55
二DSl820 工作過程及時序 DSl820 工作過程中的協(xié)議如下
初始化RoM 操作命令 存儲器操作命令 處理數(shù)據(jù) 1初始化
單總線上的所有處理均從初始化開始 ROM 操作品令
總線主機檢測到 DSl820 的存在便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一 代碼
指令 Read ROM(讀 ROM)
[33H] Match ROM(匹配 ROM)
[55H] Skip ROM(跳過 ROM]
[CCH] Search ROM(搜索 ROM)
[F0H] Alarm search(告警搜索)
[ECH] 3存儲器操作命令
代碼
指令
這些命令如
Write Scratchpad(寫暫存存儲器)
[4EH] Read Scratchpad(讀暫存存儲器)
[BEH] Copy Scratchpad(復制暫存存儲器)
[48H] Convert Temperature(溫度變換)
[44H] Recall EPROM(重新調出)
[b8H] Read Power supply(讀電源)
[b4H] 4 時序
主機使用時間隙(time slots)來讀寫 DSl820 的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位(1)初始化
時序見圖 2.25-2主機總線 to 時刻發(fā)送一復位脈沖(最短為 480us 的低電平信號)接著在 tl 時刻釋放總線并進入接收狀DSl820 在檢測到總線的上升沿之后 等待 15-60us接DS1820 在 t2 時刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù) 60-240 us)如圖中虛線所示以下子程序在 MCS51 仿真機上通過其晶振為 12M.初始化子程序
RESET PUSH B
;保存 B 寄存器 PUSH A
;保存 A 寄存器 MOV A,#4
;設置循環(huán)次數(shù) CLR P1.0
;發(fā)出復位脈沖 MOV B,#250
;計數(shù) 250 次
DJNZ B,$
;保持低電平500us SETB Pl.0
;釋放總線
MOV B,#6
;設置時間常數(shù) CLR C
;清存在信號標志 WAITL: JB Pl.0,WH
;若總線釋放 跳出循環(huán)
DJNZ B,WAITL
;總線低 等待
DJNZ ACC,WAITL
;釋放總線等待一段時間 SJMP SHORT WH: MOV B,#111 WH1: ORL C,P1.0 DJNZ B,WH1
;存在時間等待 SHORT: POP A POP B RET(2)寫時間隙
當主機總線 t o 時刻從高拉至低電平時 就產生寫時間隙 見圖 2 25 3圖 2 254從 to 時刻開始 15us 之內應將所需寫的位送到總線上DSl820 在 t后 15-60us 間對總線采樣 若低電平寫入的位是 0見圖 2 25 3若高電平寫入的位是 1見圖 2 25 4連續(xù)寫 2 位間的間隙應大于 1us
寫位子程序(待寫位的內容在 C 中)
WRBIT: PUSH B
;保存 B MOV B,#28;設置時間常數(shù)
CLR P1.0;寫開始
NOP
;1US
NOP
;1US NOP
;1US NOP
;1US NOP
;1US MOVPl.0,C
;C 內容到總線
WDLT:
DJNZ B,WDLT
;等待 56Us POP B SETB Pl.0
;釋放總線
RET
;返回 寫字節(jié)子程序(待寫內容在 A 中): WRBYTB: PUSH B
:保存 B MOV B #8H
;設置寫位個數(shù)
WLOP: RRC A
;把寫的位放到 C ACALL WRBIT
;調寫位子程序 DJNZ B WLOP;8 位全寫完? POP B RET(3)讀時間隙
見圖 2 25 5主機總線 to 時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平l 7ts。之后在 t1 時刻將總線拉高，產生讀時間隙，讀時間隙在 t1 時刻后 t 2 時刻前有效。z 距 to 為 15捍 s，也就是說，t z 時刻前主機必須完成讀位，并在 t o 后的 60 尸 s 一 120 fzs 內釋放總線。讀位子程序(讀得的位到 C 中)
RDBIT:
PUSH B
;保存 B
PUSH A
;保存 A MOV B,#23
;設置時間常數(shù)
CLR P1.0
;讀開始 圖 2 25 5 的 t0 時刻
NOP
;1US
NOP
;1US
NOP
;1US
NOP
;1US
SETB Pl.0
;釋放總線
MOV A,P1;;P1 口讀到 A MOV C,EOH
;P1.0 內容 C NOP
;1US NOP
;1US NOP
;1US NOP
;1US RDDLT:
DJNZ B,RDDLT SETB P1.0 POP A POP B
;等待 46us RET 讀字節(jié)子程序(讀到內容放到 A 中)
RDBYTE: PUSH B
;保存 B RLOP MOV B,#8H
;設置讀位數(shù) ACALL RDBIT;調讀 1 位子程序
RRC A
;把讀到位在 C 中并依次送給 A DJNZ B,RLOP;8 位讀完? POP B
；恢復B RET
三、多路測量
每一片 DSl820 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號，在出廠前已寫入片內 ROM中，主機在進入操作程序前必須逐一接入 1820 用讀 ROM(33H)命令將該 l 820 的序列號讀出并登錄。當主機需要對眾多在線1820的某一個進行操作時，首先要發(fā)出匹配 ROM 命令(55H，)緊接著主機提供 64 位序列(包括該 1820 的 48 位序列號)，之后的操作就是針對該 1820 的。而所謂跳過 ROM 命令即為 之后的操作是對所有 1820 的?？驁D中先有跳過 ROM，即是啟動所有 1820 進行溫度變換，之后，通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個 1820 的溫度數(shù)據(jù)。在1820組成的測溫系統(tǒng)中，主機在發(fā)出跳過ROM 命令之后，再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉換啟動碼 44H，就可以實現(xiàn)所有 1820的統(tǒng)一轉換，再經過 1s 后，就可以用很少的時間去逐一讀取。這種方式使其 T 值往往小于傳統(tǒng)方式（由于采取公用的放大電路和 A D 轉換器，只能逐一轉換。）顯然通道數(shù)越多這種省時效應就越明顯。
四、實際應用 ds1820 序列號獲得
;|--------------|
;|
讀出 ds1820 序列號應用程序,P1.6 接 ds1820
|;|--------------| ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0020H
MAIN: MOV SP,#60H
CLR EA
;使用 ds1820 一定要禁止任何中斷產生
LCALL INT
;初始化 ds1820
MOV A,#33H
LCALL WRITE
;送入讀 ds1820 的 ROM 命令
LCALL READ
;開始讀出當前 ds1820 序列號
MOV 40H,A
INT:
WRITE: LCALL READ MOV 41H,A LCALL READ MOV 42H,A LCALL READ
MOV 43H,A
LCALL READ
MOV 44H,A
LCALL READ
MOV 45H,A
LCALL READ
MOV 46H,A
LCALL READ
MOV 47H,A
SETB EA
SJMP $
CLR EA
L0:CLR P1.6
MOV R2,#200 L1:CLR P1.6
DJNZ R2,L1
SETB P1.6
MOV R2,#30 L4:DJNZ R2,L4
CLR C
ORL C,P1.6
JC L0
MOV R6,#80 L5:ORL C,P1.6
JC L3
DJNZ R6,L5
SJMP L0 L3:MOV R2,#240 L2:DJNZ R2,L2
RET
CLR EA
MOV R3,#8
;初始化 ds1820 子程序
;ds1820 總線為低復位電平
;總線復位電平保持 400us
;釋放 ds1820 總線
;釋放 ds1820 總線保持 60us
;清存在信號
;存在嗎?不存在則重新來
;向 ds1820 寫操作命令子程序
;寫入 ds1820 的 bit 數(shù),一個字節(jié) 8 個 bit
WR1:SETB P1.6
MOV R4,#8
RRC A
;把一個字節(jié) data(A)分成 8 個 bit 環(huán)移給 C CLR P1.6
;開始寫入 ds1820 總線要處于復位(低)狀態(tài)
WR2: DJNZ R4,WR2
;ds1820 總線復位保持 16us
MOV P1.6,C
;寫入一個 bit
MOV R4,#20 WR3: DJNZ R4,WR3
;等待 40us
DJNZ R3,WR1
;寫入下一個 bit
SETB P1.6
;重新釋放 ds1820 總線
RET
READ:
CLR EA
MOV R6,#8
;連續(xù)讀 8 個 bit RE1:
CLR P1.6
;讀前總線保持為低
MOV R4,#4
NOP
SETB P1.6
;開始讀 總線釋放
RE2:
DJNZ R4,RE2
;持續(xù) 8us
MOV C,P1.6
;從 ds1820 總線讀得一個 bit RRC A
;把讀得的位值環(huán)移給 A
MOV R5,#30 RE3:
DJNZ R5,RE3
;持續(xù) 60us
DJNZ R6,RE1
;讀下一個 bit
SETB P1.6
;重新釋放 ds1820 總線
RET 2 溫度轉換和讀取
;|-|
;|
獲取單個 ds1820 轉化的溫度值的應用程序,P1.6 接 ds1820
|;|-|
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0020H MAIN:
MOV SP,#60H
LCALL GET_TEMP
SJMP $ GET_TEMP:
CLR PSW.4
SETB PSW.3
;設置工作寄存器當前所在的區(qū)域
CLR EA
;使用 ds1820 一定要禁止任何中斷產生
LCALL INT
;調用初使化子程序
MOV A,#0CCH
LCALL WRITE
;送入跳過 ROM 命令
MOV A, #44H
LCALL WRITE
;送入溫度轉換命令
LCALL INT
;溫度轉換完全,再次初使化 ds1820
MOV A,#0CCH
LCALL WRITE
;送入跳過 ROM 命令
MOV A,#0BEH
LCALL WRITE
;送入讀溫度暫存器命令
INT:
WRITE:
LCALL READ
MOV R7,A
;讀出溫度值低字節(jié)存入 R7
LCALL READ
MOV R6,A
;讀出謾度值高字節(jié)存入 R6
SETB EA
RET
;初始化 ds1820 子程序
CLR EA
L0: CLR P1.6
;ds1820 總線為低復位電平
MOV R2,#200
L1: CLR P1.6
DJNZ R2,L1
;總線復位電平保持 400us
SETB P1.6
;釋放 ds1820 總線
MOV R2,#30
L4: DJNZ R2,L4
;釋放 ds1820 總線保持 60us
CLR C
;清存在信號
ORL C,P1.6
JC L0
;存在嗎?不存在則重新來
MOV R6,#80
L5: ORL C,P1.6
JC L3
DJNZ R6,L5
SJMP L0
L3: MOV R2,#240
L2: DJNZ R2,L2
RET
;向 ds1820 寫操作命令子程序
CLR EA
MOV R3,#8
;寫入 ds1820 的 bit 數(shù),一個字節(jié) 8 個 bit WR1: SETB P1.6
MOV R4,#8
RRC A
;把一個字節(jié) data(A)分成 8 個 bit 環(huán)移給 C
CLR P1.6
;開始寫入 ds1820 總線要處于復位(低)狀態(tài)
WR2:DJNZ R4,WR2
;ds1820 總線復位保持 16us
MOV P1.6,C
;寫入一個 bit
MOV R4,#20 WR3 :DJNZ R4,WR3
;等待 40us
DJNZ R3,WR1
;寫入下一個 bit
SETB P1.6
;重新釋放 ds1820 總線
RET
READ:
CLR EA
MOV R6,#8
;連續(xù)讀 8 個 bit RE1:CLR P1.6
MOV R4,#4
NOP
SETB P1.6
RE2:DJNZ R4,RE2
MOV C,P1.6
RRC A
MOV R5,#30 RE3:DJNZ R5,RE3
DJNZ R6,RE1
SETB P1.6
RET
END
;讀前總線保持為低
;開始讀 總線釋放
;持續(xù) 8us
;從 ds1820 總線讀得一個 bit;把讀得的位值環(huán)移給 A
;持續(xù) 60us
;讀下一個 bit
;重新釋放 ds1820 總線
第二篇：數(shù)字溫度傳感器DS18B20控制接口設計
數(shù)字溫度傳感器DS18B20控制接口設計
摘 要： DS18B20是一款經典的單總線數(shù)字溫度傳感器芯片，較傳統(tǒng)的溫度傳感器具有結構簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強、使用簡單、可組網實現(xiàn)多點溫度測量等優(yōu)點。本設計簡要介紹了數(shù)字溫度傳感器DS18B20 的特性及工作原理，著重論述了用FPGA實現(xiàn)對此傳感器的控制，并將測到的溫度在LED數(shù)碼管上顯示出來。
關鍵詞：DS18B20；溫度傳感器；FPGA；LED數(shù)碼管
Abstract: DS18B20 is a classic single-bus digital temperature sensor chip, the more traditional temperature sensor has a simple structure, small size, low power consumption, and anti-interference ability, easy to use networking to achieve multi-point temperature measurement.The design brief describes the features and working principle of the digital temperature sensor DS18B20, focuses on the control of this sensor using FPGA, and the measured temperature is displayed on the LED digital tube.Keywords: DS18B20;temperature sensor;FPGA;LED digital tube 引言
傳統(tǒng)的溫度傳感器系統(tǒng)大都采用放大、調理、A/ D 轉換, 轉換后的數(shù)字信號送入計算機處理, 處理電路復雜、可靠性相對較差, 占用計算機的資源較多。DS18B20 是一線制數(shù)字溫度傳感器, 它可將溫度信號直接轉換成串行數(shù)字信號送給微處理器, 電路簡單, 成本低, 每一只DS18B20 內部的ROM 存儲器都有唯一的64位系列號, 在1 根地址/ 信號線上可以掛接多個DS18B20, 易于擴展, 便于 組網和多點測量。
隨著科技的發(fā)展 ,溫度的實時顯示系統(tǒng)應用越來越廣泛 ,比如空調遙控器上當前室溫的顯示、熱水器溫度的顯示等等。實現(xiàn)溫度的實時采集與顯示系統(tǒng)有很多種解決方案 ,本文使用全數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)溫度的實時采集FPGA作為控制中心與數(shù)據(jù)橋梁;LED數(shù)碼管作為溫度實時顯示器件。其中DS18B20作為FPGA的外部信號源,把所采集到的溫度轉換為數(shù)字信號,通過接口（113腳）傳給FPGA，F(xiàn)PGA啟動ROM內的控制程序驅動LED數(shù)碼管,通過IO口和數(shù)據(jù)線把數(shù)據(jù)傳送給LED數(shù)碼管,將采集到的溫度實時顯示出來。該設計結構簡單、測溫準確,成本低，工作穩(wěn)定可靠,具有一定的實際應用價值。DS18B20數(shù)字溫度傳感器介紹
DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：
2.1 DS18B20的性能特點
1獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ○2多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網功能； ○3無須外部器件； ○4可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ； ○5零待機功耗； ○6溫度以９或１２位數(shù)字； ○7用戶可定義報警設置； ○8報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ○9負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；○ 2.2 DS18B20的內部結構圖
DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2-1所示。
圖2-1 DS18B20內部結構框圖 圖2-2 DS18B20字節(jié)定義
64位ROM的結構開始８位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為８字節(jié)的存儲器，結構如圖2-2所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3-4所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為０，用戶要去改動，R1和Ｒ0決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分率。2.3 DS18B20測溫原理
DS18B20內部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供一個頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。
高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。初始時，溫度寄存器被預置成-55℃，每當計數(shù)器1從預置數(shù)開始減計數(shù)到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃，這個過程重復進行，直到計數(shù)器2計數(shù)到0時便停止。初始時，計數(shù)器1預置的是與-55℃相對應的一個預置值。以后計數(shù)器1每一個循環(huán)的預置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。計數(shù)器1的預置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1℃計數(shù)器所需要的計數(shù)個數(shù)。
DS18B20內部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計數(shù)器2停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器1中的計數(shù)剩余值轉換為溫度值后與0.25℃進行比較，若低于0.25℃，溫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℃時，溫度寄存器的最低位就進位然后置0。這樣，經過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最后位代表0.5℃，四舍五入最大量化誤差為±1/2LSB，即0.25℃。
溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位，其余8位以二進制補碼形式表示溫度值。測溫結束時，這9位數(shù)據(jù)轉存到暫存存儲器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。
DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術。DS18B20內部的低溫度系數(shù)振蕩器能產生穩(wěn)定的頻率信號；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號。當計數(shù)門打開時，DS18B20進行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應該為9位，但因符號位擴展成高8位，所以最后以16位補碼形式讀出。2.4 DS18B20供電方式
DS18B20有兩種供電方式，一種是寄生電源強上拉供電方式，一種是外部供電方式，如下圖：
圖2-3 寄生電源強上拉供電方式電路圖
在寄生電源供電方式下，DS18B20 從單線信號線上汲取能量：在信號線 DQ 處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。為了使 DS18B20 在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到 E2 存儲器操作時，用 MOSFET 把 I/O 線直接拉到 VCC 就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到 E2 存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多 10μS 內把 I/O 線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根 I/O 口線進行強上拉切換。
圖2-4 外部電源供電方式電路圖
在外部電源供電方式下，DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此時 I/O 線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個 DS18B20 傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是 85℃。3 設計需求
1溫度測量范圍：-55℃~+125℃ ○2可編程為9位~12位A/D轉換精度 ○3測溫分辨率可達0.0625℃ ○4 LED數(shù)碼管直讀顯示 ○4 設計方案
4.1 硬件設計
將[DF2C8]FPGA 核心板和[EB-F2]基礎實驗板連接在一起，同時使能DS18B20 模塊和數(shù)碼管模塊：數(shù)碼管使能：用“短路帽”將實驗板上的JP4和JP5全部短接。DS18B20 溫度傳感器使能跳線JP10 全部短接，元件安裝示意如下圖4-1和4-2（注意方向，半圓形的一邊朝板子內部，平面朝外，和板上的圖示一致）。
圖 4-1：數(shù)碼管使能圖示 圖 4-2：溫度傳感器安裝和使能圖示
4.1.1 溫度傳感器 DS18B20 電路
基礎實驗板上提供了一個由DS18B20構成的溫度測量模塊，其原理如圖4-3所示。該電路選擇外部供電方式。外部電源供電方式工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強。
圖4-3 單線制溫度傳感器 DS18B20 電路圖
DS18B20與[DF2C8]FPGA核心板的連接關系如表4-1所示
表 4-1：DS18B20與[DF2C8]FPGA核心板連接時的管腳對應關系
4.1.2 數(shù)碼管顯示電路
基礎實驗板上具有2個共陽極的位七段數(shù)碼管，構成8位構，其電路如圖4-4 所示。
圖 4-4：七段數(shù)碼管顯示電路圖
數(shù)碼管的控制引腳由兩個跳線JP4和JP5使能（如圖4-1所示）R10~R17是段碼上的限流電阻，位碼由于電流較大，采用了PNP三極管驅動。當位碼驅動信號為低電平（0）時，對應的數(shù)碼管才能操作；當段碼驅動信號為低電平（0）時，對應的段碼點亮。數(shù)碼管不核心板連接時的管腳對應如表4-2所示：
表 4-2：數(shù)碼管與[DF2C8]FPGA核心板連接時的管腳對應關系
4.2 HDL編碼 4.2.1 時序
(1)復位: 使用DS18B20 時, 首先需將其復位, 然后才能執(zhí)行其它命令。復位時, 主機將數(shù)據(jù)線拉為低電平并保持480Ls~ 960Ls, 然后釋放數(shù)據(jù)線, 再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉高15~ 60Ls, 等待DS18B20 發(fā)出存在脈沖, 存在脈沖有效時間為60~ 240Ls, 這樣, 就完成了復位操作。其復位時序如圖4-5所示。
圖4-5：初始化時序
圖4-6：寫時序
（2）寫時隙： 在主機對DS18B20 寫數(shù)據(jù)時, 先將數(shù)據(jù)線置為高電平, 再變?yōu)榈碗娖? 該低電平應大于1us。在數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖胶?5us 內, 根據(jù)寫“1”或寫“0” 使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。DS18B20 將在數(shù)據(jù)線變成低電平后15us~ 60us 內對數(shù)據(jù)線進行采樣。要求寫入DS18B20 的數(shù)據(jù)持續(xù)時間應大于60us 而小于120us, 兩次寫數(shù)據(jù)之間的時間間隔應大于1us。寫時隙的時序如圖4-6 所示
（3）讀時隙 ：當主機從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時, 主機先將數(shù)據(jù)線置為高電平, 再變?yōu)榈碗娖? 該低電平應大于1us, 然后釋放數(shù)據(jù)線, 使其變?yōu)楦唠娖?。DS18B20 在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?5us 內將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上。主機可在15us 后讀取數(shù)據(jù)線。讀時隙的時序如圖4-7 所示。
圖4-7 ：讀時隙
4.2.2 DS18B20 的操作命令
主機可通過一線端口對DS18B20 進行操作, 其步驟為: 復位(初始化命令)-> ROM 功能命令-> 存儲器功能命令-> 執(zhí)行/ 數(shù)據(jù), DS18B20 的ROM 命令有5個(見表1), 存儲器命令有6個(見表2)。命令的執(zhí)行都是由復位、多個讀時隙和寫時隙基本時序單元組成。因此, 只要將復位、讀時隙、寫時隙的時序了解清楚, 使用DS18B20 就比較容易了, 時序如上文所述。
表4-3： 存儲器命令操作表 表4-4：ROM命令功能操作表
4.2.3 Verilog HDL編碼
詳細Verilog HDL代碼參見工程文件：DF2C8_13_DS18B20 工程文件中含有三個v 文件，LED_CTL.v 是數(shù)碼管顯示功能模塊，DS18B20_CTL.v 是溫度傳感器的控制模塊，TEMP.v 為頂層模塊，實例化了前面兩個模塊，并將采集的溫度值送至數(shù)碼管中進行顯示。其中最主要的溫度傳感器的控制模塊，DS18B20_CTL.v。該程序對DS18B20 進行控制, 不僅可以簡化程序, 還可以縮短1 次溫度轉換所需的時間.這樣的話, 1 次溫度轉換和數(shù)字溫度值輸出循環(huán)所涉及到的控制命令、數(shù)據(jù)交換和所需時隙如圖4-8所示。
.圖4-8：1次溫度轉換的控制命令和時隙 仿真測試結果
5.1 仿真波形
溫度測量模塊仿真結果如圖6-1所示：
圖5-1：仿真波形
5.2 結果顯示
下載配置文件后，可在數(shù)碼管上觀察到帶一位小數(shù)的溫度數(shù)值。如果用手捏住傳感器，會發(fā)現(xiàn)顯示的溫度在升高。如下圖：
圖5-2 測溫效果圖示
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第三篇：溫度傳感器的特性及應用設計
08電子李建龍081180241061 溫度傳感器的特性及應用設計
集成溫度傳感器是將作為感溫器件的晶體管及其外圍電路集成在同一芯片上的集成化溫度傳感器。這類傳感器已在科研，工業(yè)和家用電器等方面、廣泛用于溫度的精確測量和控制。
一、目的要求 1． 2． 測量溫度傳感器的伏安特性及溫度特性，了解其應用。
利用AD590集成溫度傳感器，設計制作測量范圍20℃～100℃的數(shù)字
顯示測溫裝置。3． 4． 對設計的測溫裝置進行定標和標定實驗，并測定其溫度特性。寫出完整的設計實驗報告。
二、儀器裝置
AD590集成溫度傳感器、變阻器、導線、數(shù)字電壓表、數(shù)顯溫度加熱設備等。
三、實驗原理圖
AD590
R=1KΩ
E=（0-30V）
四、實驗內容與步驟
㈠測量伏安特性――確定其工作電壓范圍 ⒈按圖擺好儀器，并用回路法連接好線路。
⒉注意，溫度傳感器內阻比較大，大約為20MΩ左右，電源電壓E基本上都加在了溫度傳感器兩端，即U＝E。選擇R4＝1KΩ，溫度傳感器的輸出電流I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。
⒊在0～100℃的范圍內加溫，選擇0.0、10.0、20.0……90.0、100.0℃，分別測量在0.0、1.0、2.0……25.0、30.0V時的輸出電流大小。填入數(shù)據(jù)表格。
⒋根據(jù)數(shù)據(jù)，描繪V～I特性曲線。可以看到從3V到30V，基本是一條水平線，說明在此范圍內，溫度傳感器都能夠正常工作。
⒌根據(jù)V～I特性曲線，確定工作電壓范圍。一般確定在5V～25V為額定工作電壓范圍。
㈡測量溫度特性――確定其工作溫度范圍
⒈按圖連接好線路。選擇工作電壓為10V，輸出電流為I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。
⒉升溫測量：在0～100℃的范圍內加熱，選擇0.0、10.0、20.0……90.0、100.0℃時，分別同時測量輸出電流大小。將數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)表格。
注意：一定要溫度穩(wěn)定時再讀輸出電流值大小。由于溫度傳感器的靈敏度很高，大約為k=1μA／℃，所以，溫度的改變量基本等于輸出電流的改變量。因此，其溫度特性曲線是一條斜率為k=1的直線。⒊根據(jù)數(shù)據(jù)，描繪I～T溫度特性曲線。
⒋根據(jù)I～T溫度特性曲線，求出曲線斜率及靈敏度。
⒌根據(jù)I～T溫度特性曲線，在線性區(qū)域內確定其工作溫度范圍。㈢實驗數(shù)據(jù): ⒈溫度特性
結論：
由IT特性曲線可知：AD590的靈敏度為：K=1 μΑ/ ℃； 工作溫度范圍大于20 ℃ ～100 ℃。⒉伏安特性
由V～I特性曲線可知：溫度傳感器工作電壓從3V到30V。（一般確定為：5V～30V）
四、探索與設計
㈠利用溫度傳感器，設計一個數(shù)碼顯示溫度計
用AD590集成溫度傳感器制作一個熱力學溫度計，畫出電路圖，說明調節(jié)方法。
原理圖 ⒈按圖擺好儀器，并用回路法連接好線路。
⒉絕對零度定標：將電源負極C端認為是絕對零度T0＝－273.15℃，將電路B端認為是0℃，則從C到B，溫度每變化1℃，壓變化1mV，所以，UBC＝273.15mV。因此，調整R2、R3電阻大小，使UBC＝273.15mV。這就是絕對零度定標。⒊室溫TS定標：同理，將溫度傳感器放置于室溫為TS的水中，認為電路A端是TS℃。因此，應當有UAB＝│TS│mV。調整R4電阻大小，使UAB＝│TS│mV。這就是室溫TS定標。
⒋升溫測量：如將表頭分度值標定為1℃，就從0℃開始，每升高1℃測量一次輸出電壓（電流）大小。如將表頭分度值標定為5℃，就從0℃開始，每升高5℃測量一次輸出電壓（電流）大小。
⒌將升降溫的數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)表格，準備數(shù)據(jù)處理。
⒍根據(jù)數(shù)據(jù)，描繪（電壓～溫度）V～T特性曲線。根據(jù)V～T特性曲線，將數(shù)字式（或指針式）電壓表重新標定為溫度表。
⒎溫度計的改裝
: 根據(jù)左圖V～T特性曲線,將電壓表重新標定為溫度計,間隔為5 ℃
㈡利用溫度傳感器設計溫差溫度計 ⒈原理圖:
⒉溫差溫度計的調節(jié)方法: 按A圖用回路法接好電路
絕對零度定標:將C端認為是絕對零度-273.15 ℃,將B端認為是0 ℃.調整R2,R3電阻的大?。▽嶒炄鐖D標記）,使UBC=273.15mV 室溫TS定標:將兩個傳感器置于室溫TS的水中,認為A、D端是TS=20 ℃.調整R4、R5的大小（實驗如圖標記）,使UAB= UDB =20mV 再按B圖接好電路
升溫測量:將D端溫度保持室溫(20 ℃),A端每升高5 ℃測量一次輸出電壓 根據(jù)數(shù)據(jù),繪制V～T特性曲線,將電壓表重新標定為溫差溫度計 ⒊溫差溫度計的改裝: 改裝: 根據(jù)左圖V～T特性曲線,將電壓表重新標定為溫差溫度計,間隔為5 ℃㈢創(chuàng)新設計的優(yōu)缺點: 優(yōu)點: AD590互換性好,抗干擾能力強,溫度與電壓呈良好的線性關系,精度高
加熱設備采用水浴加熱,可以防止極間短路;試管中加入煤油,保證AD590與杜瓦瓶中水之間有良好的熱傳遞 缺點: AD590的靈敏度可能不是嚴格的1 μA/ ℃,使溫度計誤差增大 升溫測量中,溫度不好控制
由于條件限制,溫度計只能從室溫開始測溫 溫度計表頭分度值為5 ℃,靈敏度比較小
溫差溫度計的升溫測量的間隔溫度為5 ℃,靈敏度比較小
第四篇：溫度傳感器課程設計
溫度傳感器簡單電路的集成設計
當選擇一個溫度傳感器的時候，將不再限制在模擬輸出或數(shù)字輸出裝置。與你系統(tǒng)需要相匹配的傳感器類型現(xiàn)在又很大的選擇空間。市場上供應的所有溫度感應器都是模擬輸出。熱電阻，RTDs和熱電偶是另一種輸出裝置，矽溫度感應器。在多數(shù)的應用中，這些模擬輸出裝置在有效輸出時需要一個比較器，ADC，或一個擴音器。因此，當更高技術的集成變成可能的時候，有數(shù)字接口的溫度傳感器變成現(xiàn)實。這些集成電路被以多種形式出售，從超過特定的溫度時才有信號簡單裝置，到那些報告遠的局部溫度提供警告的裝置。現(xiàn)在不只是在模擬輸出和數(shù)字輸出傳感器之間選擇，還有那些應該與你的系統(tǒng)需要相匹配的更廣闊的感應器類型的選擇，溫度傳感器的類型：
圖一：傳感器和集成電路制造商提供的四中溫度傳感器
在圖一中舉例說明四種溫度感應器類型。一個理想模擬傳感器提供一個完全線性的功能輸出電壓（A）。在傳感器（B）的數(shù)字I/O類中，溫度數(shù)據(jù)通常通過一個串行總線傳給微控制器。沿著相同的總線，數(shù)據(jù)由溫度傳感器傳到微控制器，通常設定溫度界限在引腳得數(shù)字輸出將下降的時候。當超過溫度界限的時候，報警中斷微控制器。這個類型的裝置也提供風扇控制。
模擬輸出溫度傳感器：
圖2 熱阻和矽溫度傳感器這兩個模擬輸出溫度探測器的比較。
熱電阻和矽溫度傳感器被廣泛地使用在模擬輸出溫度感應器上。圖2清楚地顯示當電壓和溫度之間為線性關系時，矽溫度傳感器比熱阻體好的多。在狹窄的溫度范圍之內，熱電阻能提供合理的線性和好的敏感特性。許多構成原始電路的熱電阻已經被矽溫度感應器代替。
矽溫度傳感器有不同的輸出刻度和組合。例如，與絕對溫度成比例的輸出轉換功能，還有其他與攝氏溫度和華氏溫度成比例。攝氏溫度部份提供一種組合以便溫度能被單端補給得傳感器檢測。
在最大多數(shù)的應用中，這些裝置的輸出被裝入一個比較器或A/D轉換器，把溫度數(shù)據(jù)轉換成一個數(shù)字格式。這些附加的裝置，熱電阻和矽溫度傳感器繼續(xù)被利用是由于在許多情況下它的成本低和使用方便。數(shù)字I/O溫度傳感器： 大約在五年前，一種新類型溫度傳感器出現(xiàn)了。這種裝置包括一個允許與微控制器通信的數(shù)字接口。接口通常是12C或SMBus序列總線，但是其他的串行接口例如SPI是共用的。閱讀微控制器的溫度報告，接口也接受來自溫控制器的指令。那些指令通常是溫度極限，如果超過，將中斷微控制器的溫度傳感器集成電路上的數(shù)字信號。微控制器然后能夠調整風扇速度或減慢微處理器的速度，例如，保持溫度在控制之下。
圖3：設計的溫度傳感器可遙測處理器芯片上的p-n結溫度
圖4。溫度傳感器可檢測它自己的溫度和遙測四個p-n結溫度。
圖5。風扇控制器/溫度傳感器集成電路也可使用PWM或一個線性模式的控制方案。
在圖4中畫是一個類似的裝置：而不是檢測一個p-n結溫度，它檢測四個結和它的自己內部的溫度。因此內部溫度接近周圍溫度。周圍溫度的測量給出關于系統(tǒng)風扇是否正在適當?shù)毓ぷ鞯闹甘尽?/p>
在圖5中顯示，控制風扇是在遙測溫度時集成電路的主要功能。這個部分的使用能在風扇控制的二個不同的模式之間選擇。在PWM模式中，微處理控制風扇速度是通過改變送給風扇的信號周期者測量溫度一種功能。它允許電力消耗遠少于這個部分的線性模式控制所提供的。因為某些風扇在PWM信號控制它的頻率下發(fā)出一種聽得見的聲音，這種線性模式可能是有利的，但是需要較高功率的消耗和附加的電路。額外的功耗是整個系統(tǒng)功耗的一小部分。
當溫度超出指定界限的時候，這個集成電路提供中斷微控制器的警告信號。這個被叫做過熱溫度的信號形式里，安全特征也被提供。如果溫度升到一個危險級別的時候溫控制器或軟件鎖上，警告信號就不再有用。然而，溫度經由SMBus升高到一個水平，過熱在沒有微控制器被使用去控制電路。因此，在這個非邏輯控制器高溫中，過熱能被直接用去關閉這個系統(tǒng)電源，沒有為控制器和阻力潛在的災難性故障。
裝置的這個數(shù)字I/O普遍使用在服務器，電池組和硬盤磁碟機上。為了增加服務器的可靠性溫度在很多的位置中被檢測：在主板（本質上是在底盤內部的周圍溫度），在處理器鋼模之內，和在其它發(fā)熱元件例如圖形加速器和硬盤驅動器。出于安全原因電池組結合溫度傳感器和使其最優(yōu)化已達到電池最大壽命。
檢測依靠中心馬達的速度和周圍溫度的硬盤驅動器的溫度有兩個號的理由：在驅動器中讀取錯誤增加溫度極限。而且硬盤的MTBF大大改善溫度控制。通過測量系統(tǒng)里面溫度，就能控制馬達速度將可靠性和性能最佳化。驅動器也能被關閉。在高端系統(tǒng)中，警告能為系統(tǒng)管理員指出溫度極限或數(shù)據(jù)可能丟失的狀況。
圖6。溫度超過某一界限的時候，集成電路信號能報警和進行簡單的ON/OFF風扇控制。
圖7.熱控制電路部分在絕對溫標形式下，頻率與被測溫度成比例的產生方波的溫度傳感器
圖8。這個溫度傳感器傳送它的周期與被測溫度成比例的方波，因為只發(fā)送溫度數(shù)據(jù)需要一條單一線，就需要單一光絕緣體隔離信道。
模擬正溫度感應器
“模擬正量”傳感器通常匹配比較簡單的測量應用軟件。這些集成電路產生邏輯輸出量來自被測溫度，而且區(qū)別于數(shù)字輸入/輸出傳感器。因為他們在一條單線上輸出數(shù)據(jù)，與串行總線相對。
在一個模擬正量傳感器的最簡單例子中，當特定的溫度被超過的時候，邏輯輸出出錯：其它，是當溫度降到一個溫度極限的時候。當其它傳感器有確定的極限的時候，這些傳感器中的一些允許使用電阻去校正溫度極限。
在圖6中，裝置顯示購買一個特定的內在溫度極限。這三個電路舉例說明這個類型裝置的使用：提供警告，關閉儀器，或打開風扇。
當需要讀實際溫度時，微控制器是可以利用的，在單線上傳送數(shù)據(jù)的傳感器可能是有用的。用微處理器的內部計數(shù)器，來自于這個類型溫度感應器的信號很容易地被轉換成溫度的測量。圖7傳感器輸出頻率與周圍溫度成比例的方波。在圖8中的裝置是相似的，但是方波周期是與周圍溫度成比例的。
圖9。用一條公共線與8個溫度傳感器連接的微控制器，而且從同一條線上接收每個傳感器傳送的溫度數(shù)據(jù)。
圖9，在這條公共線上允許連接達到八個溫度傳感器。當微控制器的I/O端口同時關閉這根線上的所有傳感器的時候，開始提取來自這些傳感器的溫度數(shù)據(jù)。微控制器很快地重新裝載接收來的每個傳感器的數(shù)據(jù)，在傳感器關閉期間，數(shù)據(jù)被編碼。在特定時間內每個傳感器對閘口脈沖之后的時間編碼。分配給每個感應器自己允許的時間范圍，這樣就避免沖突。
通過這個方法達到的準確性令人驚訝：0.8 是典型的室溫，正好與被傳送方波頻率的電路相匹配，同樣適用于方波周期的裝置。
這些裝置在有線電線應用中同樣顯著。舉例來說，當一個溫度傳感器被微控制器隔離的時候，成本被保持在一個最小量，因為只需要一個光絕緣體。這些傳感器在汽車制造HVAC應用中也是很有效，因為他們減少銅的損耗數(shù)量。溫度傳感器的發(fā)展：
集成電路溫度傳感器提供各式各樣的功能和接口。同樣地這些裝置繼續(xù)發(fā)展，系統(tǒng)設計師將會看見更多特殊應用就像傳感器與系統(tǒng)接口連接的新方式一樣。最后，在相同的鋼模區(qū)域內集成更多的電子元件，芯片設計師的能力將確保溫度傳感器很快將會包括新的功能和特殊接口。
總結
通過這些天的查找資料，我了解了很多關于溫度傳感器方面的知識。我的大家都知道溫度的一些基本知識，溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關。利用溫度所創(chuàng)造出來的傳感器即溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。并且從資料中顯示溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀初人們開始利用溫度進行測量。在半導體技術的支持下，在本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據(jù)波與物質的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。
這些天,我通過許多的資料了解到兩種不同材質的導體，如在某點互相連接在一起，對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關，和這兩種導體的材質有關。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內出現(xiàn)，如果精確測量這個電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質的導體，所以稱它為“熱電偶”。我查找的資料顯示數(shù)據(jù):不同材質做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間。
熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細微的測溫元件有極高的響應速度，可以測量快速變化的過程。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產實踐的各個領域中，也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。
溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。溫度計通過傳導或對流達到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內，溫度計也可測量物體內部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術在國防工程、空間技術、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應用和超導技術的研究，測量120K以下溫度的低溫溫度計得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件，可用于測量1.6～300K范圍內的溫度。
非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可以用來測量運動物體、小目標還有熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可以用于測量溫度場的溫度分布。資料顯示，最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法、輻射法和比色法。各類輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體所測溫度才是真實溫度。如果想測定物體的真實溫度，就必須進行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取絕于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關連，因此很難精確測量。在自動化生產中我發(fā)現(xiàn)往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實測溫度進行相應的修正，最終可得到被測表面的真實溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，這樣才能提高有效發(fā)射系數(shù)。至于氣體和液體介質真實溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與介質達到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即是介質溫度）進行修正而得到介質的真實溫度?，F(xiàn)在，我通過這些天的努力，了解了很多溫度傳感器及其相關的一些傳感器的知識。他們在我們生活中的應用及其廣泛，我們只有加緊的學習加緊的完成自己所學專業(yè)的知識，了解相關的最新信息，我們才能跟上科技前進的步伐。
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第五篇：溫度傳感器在工業(yè)中的應用
紅外溫度傳感器在工業(yè)中的應用
隨著工業(yè)生產的發(fā)展，溫度測量與控制十分重要，溫度參數(shù)的準確測量對輸出品質、生產效率和安全可靠的運行至關重要。目前，在熱處理及熱加工中已逐漸開始采用先進的紅外溫度計等非傳統(tǒng)測溫傳感器，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電偶、熱電阻類的熱電式溫度傳感器，從而實現(xiàn)生產過程或者重要設備的溫度監(jiān)視和控制。
基本原理
溫度傳感器 基本原理，最常用的非接觸式溫度傳感器基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學高溫計）、輻射法（見輻射高溫計）和比色法（見比色溫度計）。各類輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的真實溫度，則必須進行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關，因此很難精確測量。在自動化生產中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實測溫度進行相應的修正，最終可得到被測表面的真實溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)式中ε為材料表面發(fā)射率，ρ為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質真實溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與介質達到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質溫度）進行修正而得到介質的真實溫度。
在水泥制造生產中的應用
紅外溫度傳感器在水泥制造生產中有著廣泛的應用。據(jù)調查目前我國每年因紅窯事故造成的直接經濟損失達2000萬元，間接損失達3億元。用常規(guī)的方法很難對非勻速旋轉的水泥胴體進行測溫，國際上先進的辦法是在窯尾預熱平臺上安裝一套紅外掃描測溫儀，系統(tǒng)的軟件部分主要由數(shù)據(jù)采集濾波、同步掃描控制、數(shù)據(jù)通訊處理等，紅外輻射測溫儀按預定的掃描方式，實現(xiàn)對窯胴體軸向每一個測量段成的溫度的測量，在一個掃描周期內，紅外溫度傳感器將在掃描裝置的驅動下，將每一個測量元表面的紅外輻射轉換成溫度相關的電信號，送進數(shù)據(jù)采集裝置作為數(shù)據(jù)采集，同步裝置保證數(shù)據(jù)采集與回轉窯的旋轉保持嚴格同步，要讓測量的溫度值與測量元下確對應，測溫儀由掃描起點掃描到終點后，即對窯胴體表面各測量元完成了一次逐元溫度檢測后，立即快速返回掃描起點，開始下一掃描周期的檢測，數(shù)據(jù)經微機處理后，給出反映窯內狀況的圖像，文字信息，必要時可以發(fā)射聲光報警。為保證測量的精度，定要考慮物體的發(fā)射率，周圍環(huán)境影響。紅外測溫儀要垂直對準窯胴體的表面，因因水汽，塵埃，煙霧的影響，要采取加裝水冷，風吹掃裝置。意義： 1.生產過程中對產品的質量監(jiān)控與監(jiān)視，只要溫度控制在設定值內，產品質量會有保證，過低過高都浪費能源； 2.在線安全的檢測可以起到保護人以及設備安全； 3.降低能耗，節(jié)約能源。
在熱處理行業(yè)中的應用
紅外溫度傳感器可以廣泛的應用于鋼鐵生產過程中，對生產過程的溫度進行監(jiān)控，對于提高生產率和產品質量至重要。紅外溫度傳感器可精確地監(jiān)視每個階段，使鋼材在整個加工過程中保持正確的冶金性能。紅外溫度傳感器可以幫助鋼鐵生產過程中提高產品質量和生產率、降低能耗、增強人員安全、減少停機時間等。
紅外溫度傳感器在鋼鐵加工和制造過程中主 要應用在連鑄、熱風爐、熱軋、冷軋、棒材和線材軋制等過程中。
紅外溫度傳感器傳感頭有數(shù)字和模擬輸出兩種，發(fā)射率可調?！@對于發(fā)射率變化金屬材料尤其重要。要生產出優(yōu)質的產品和提高生產率，在煉鋼的全過程中，精確測溫是關鍵。連鑄將鋼水變?yōu)楸馀鳌迮骰蚍脚鲿r，有可能出現(xiàn)減產或停機，需精確的實時溫度監(jiān)測，配以水嘴和流量的調節(jié)，以提供合適的冷卻，從而確保鋼坯所要求的冶金性能，最終獲得優(yōu)質產品、提高生產率和延長設備壽命。所選傳感頭的型號由生產過程和傳感頭安放位置決定。如安裝在惡劣的環(huán)境中，視線受到灰塵、水霧或蒸汽的阻擋，光纖雙色傳感頭和一體化 比色測溫探頭是最佳選擇。如需要鑄坯邊緣到邊緣的溫度分布圖，可使用行掃描式紅外測溫儀。熱軋的類型以及軋制過程中軋機的數(shù)量和類型隨所加工的產品的類型而變化。為了消除控制冷卻區(qū)內蒸汽和灰塵對測溫的影響，使用比色測溫儀即使在目標的能量被阻擋95%的情況下仍可準確測溫。在熱軋過程中，通常冷卻的鋼板由卷取機卷成鋼卷，以便運輸至冷軋或其它設備處。為保持層流冷卻區(qū)合理冷卻，在卷取機處需要準確測溫。該點的溫度是至關重要的，因為其決定成卷前的鋼材是否被合理的冷卻。否則不合理的冷卻可能改變鋼材的冶金性能以致造成廢品。由于該點溫度較低且鋼材以 75～100 英尺/秒的速度在運行，因此就需要一種具有快速響應時間的低溫系列的紅外測溫儀。有些軋鋼廠成卷方法是在粗軋之后熱鋼成卷，運到工廠的 其它地方。然后熱軋開卷，并送入精軋，經冷卻，然后在卷取機上重新成卷。在熱軋開卷之處，準確測量及監(jiān)視溫度非常重要，因為操作人員依此正確設置精軋 機軋輥的參數(shù)。經常在完成精軋冷卻之后進行成卷，鋼卷被運至本廠另一個廠區(qū)冷軋或運至其它工廠。冷軋使鋼材成為更薄而更平整的產品，這時鋼材是在大約94℃軋制或在環(huán)境溫度下完成的。在各精軋機之間安裝的測溫儀使操作員根據(jù)檢測的溫度變化來對軋機進行調整。
在有些生產過程中，如高速軋制和振動的細棒或線材產品的溫度測量是很困難的，高性能紅外雙色測溫儀就可以解決這個問題。當目標偏離視場或局部受阻擋（灰塵、蒸汽、障礙物等）的情況下，雙測溫儀仍能精確測溫。熱風爐為高爐提供高溫穩(wěn)定的熱風，為了安全操作，需監(jiān)測熱風爐拱頂溫度。目前，我國熱風爐拱頂溫度測量大多采用熱電偶。由于熱電偶的使用環(huán)境（高溫，高壓）和結構的 限制，在溫度波動大、振動及安裝方式等諸多因素的影響下，造成熱電偶壽命短、測量準確度不穩(wěn)定、維護麻煩等缺點。一種專用于熱風爐拱頂溫度測量的紅外測溫保護裝置可以取代熱電偶測溫方法以避免由此方法所帶來的諸多缺點，用戶使用結果證明該裝置運行穩(wěn)定、可靠、效果良好。
在電力方面的作用
1.連接器-電連接部位會逐漸放松連接器，由于反復的加熱(膨脹)和冷卻(收縮)產生熱量、或者表面臟物、炭沉積和腐蝕。非接觸式紅外測溫探頭HE-155K可以迅速確定表明有嚴重問題的溫升。
2.電動機-為了保持電動機的壽命期，檢查供電連接線和電路斷路器(或者保險絲)溫度是否一致。3.電動機軸承-檢查發(fā)熱點，在出現(xiàn)的問題導致設備故障之前定期維修或者更換。4.電動機線圈絕緣層-通過測量電動機線圈絕緣層的溫度，延長它的壽命。
5.各相之間的測量-檢查感應電動機、大型計算機和其它設備的電線和連接器各相之間的溫度是否相同。6.變壓器-空冷器件的繞組可直接用非接觸式紅外測溫探頭HE-155K測量以查驗過高的溫度，任何熱點都表明變壓器繞組的損壞。
7.不間斷電源-確定UPS輸出濾波器上連接線的發(fā)熱點。一個溫度低的點表明可能直流濾波線路是開路。8.備用電池-檢查低壓電池以確保連接正確。與電池接頭接觸不良可能會加熱到足以燒毀電池芯棒。9.鎮(zhèn)流器-在鎮(zhèn)流器開始冒煙之前檢查出它的過熱。
在生活中的具體應用
1.冰箱中的溫度傳感器。當冰箱內的溫度高于設定值時，制冷系統(tǒng)自動啟動；而當溫度低于設定值時，制冷系統(tǒng)又會自動停止 冰箱溫度的控制是通過溫度傳感器實現(xiàn)的。2..汽車中的溫度傳感器。車用傳感器是汽車電子設備的重要組成部分，擔負著信息收集的任務。在汽車電噴發(fā)動機系統(tǒng)、自動空調系統(tǒng)中，溫度是需測量和控制的重要參數(shù)之一。發(fā)動機熱狀態(tài)的測量、氣體及液體溫度的測量，都需要溫度傳感器來完成。因而車用溫度傳感器是必不可少的。由于發(fā)動機工作在高溫(發(fā)動機表面溫度可達150℃、排氣歧管可達650℃)、振動(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100%RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術指標要比一般工業(yè)用傳感器高1-2個數(shù)量級，其中最關鍵的是測量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來的測量誤差將最終導致發(fā)動機控制系統(tǒng)難以正常工作或產生故障。溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。已實用化的產品有非接觸式紅外溫度傳感器(通用型0℃～500℃，精度1%，響應時間500ms；高溫型300℃～1600℃，精度0.5%，響應時間100ms)等。
3..家用電器中的溫度傳感器。溫度傳感器廣泛應用于家用電器(微波爐、空調、油煙機、吹風機、烤面包機、電磁爐、炒鍋、暖風機冰箱、冷柜、熱水器、飲水機、洗碗機、消毒柜、洗衣機、烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等場合的溫度測量與控制等)、醫(yī)用/家用體溫計，便攜式非接觸紅外溫度測溫儀等等許多方面。
紅外溫度傳感器的益處工業(yè)用紅外溫度傳感器的益處
便捷！紅外溫度傳感器可快速提供溫度測量，紅外溫度傳感器為一體化集成式紅外測溫儀，傳感器、光學系統(tǒng)與電子線路共同集成在金屬殼體內。另外由于紅外測溫儀堅實、輕巧，時代瑞資HE-155k易于安裝，金屬殼體上的標準螺紋可與安裝部位快速連接；同時HE-155k還有各型選件（例如吹掃保護套、90°可調安裝支架、數(shù)字顯示表等）以滿足各種工況場合要求。
精確!紅外溫度傳感器的另一個先進之處是精確，通常精度都是1度以內。這種性能在你做預防性維護時特別重要，如監(jiān)視惡劣生產條件和將導致設備損壞或停機的特別事件時。因為大多數(shù)的設備和工廠運轉365天，停機等同于減少收入，要防止這樣的損失，通過掃描所有現(xiàn)場電子設備-斷路器、變壓器、保險絲、開關、總線和配電盤以查找熱點。用紅外測溫儀，你甚至可快速探測操作溫度的微小變化，在其萌芽之時就可將問題解決，減少因設備故障造成的開支和維修的范圍。
安全!安全是使用紅外溫度傳感器最重要的益處。不同于接觸測溫儀，非接觸測溫是紅外測溫儀的最大的優(yōu)點，使用戶可以方便的測量難以接近或移動的目標,你可以在儀器允許的范圍內讀取目標溫度。非接觸溫度測量還可在不安全的或接觸測溫較困難的區(qū)域進行，像蒸汽閥門或加熱爐附近，他們不需接觸測溫時一不留神就燒傷手指的風險。高于頭頂25英尺的供/回風口溫度的精確測量就象在手邊測量一樣容易。HE-155k紅外測溫儀有激光瞄準，便于識別目標區(qū)域。有了它你的工作變的輕松多了。
出紅外線。紅外溫度傳感器通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。運用這一方法，便能實現(xiàn)對目標進行遠距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進行分析判斷。
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