温度传感器应用.doc

开封大学毕业设计（论文）开封大学毕业论文说明书论文题目 温度传感器应用 院 系机电学院专 业机电一体化技术学生姓名 沙少川 学 号 2008061188起迄日期 2010 年 12月27日 2011年1月10日指导教师 祁和义 职称副教授 职称填写日期: 2010 年 12 月10 摘要： 温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和IC集成温度传感器等接触式温度传感器。尤其是温度传感器的应用特别广泛，例如：数字温度传感器在火灾报警系统中的应用就能很好的体现温度传感器在现实生活中的应用。关键词： 温度传感器 数字温度传感器 火灾报警目录摘要：I前言11温度传感器概述22 传统分立传感器421热敏电阻传感器Pt10042.1.1传感器简介42.1.2传感器电路53 模拟集成传感器63.1电流输出型传感器AD59063.1.1 AD590简介63.1.2 AD590的工作原理73.1.3 测温电路的设计83.2电压输出型传感器LM35103.2.1 LM35简介103.2.2 LM35的工作原理113.3 LM94022113.3.1 LM94022简介113.3.2 LM94022基本原理124数字温度传感器164.1DS18B20164.1.1 DS18B20简介164.1.2 DS18B20工作原理174.2数字温度传感器在火灾报警系统中的应用194.2.1数字温度传感器特性与功能块图。194.2.2数字温度传感器ROM命令和功能命令。194.2.3 火灾报警系统硬件组成204.2.4 1-Wire总线技术数字温度传感器供电方式214.2.5温度采集与处理流程图225 总结23参考文献23I前言温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段： 1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。2.模拟集成温度传感器/控制器。 3.智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 温度传感器的分类 温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。 接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。 1温度传感器概述与压力一样，温度也是过程控制中最重要的测量变量之一。例如在冷却回路中，温度监测不仅用来确保产品质量，还用来保证系统安全。过程工业往往利用热能进行控制，所以，根据应用需要选择理想的温度传感器，可实现既定测量目的并确保最佳测量效果。当然，对过程工艺的熟悉和预见可能出现的不确定扰动也是很重要的。冷、热是如何定义的？我们可以通过身体的感知器官感觉并分辨温度差。然而，我们往往只能定义物体是冷是热，却不能将这种感觉量化。温度的涵义到底是什么呢？温度，即表示某物质每个粒子的平均动能。要通过这种能量来量化温度首先要定义温标，需要确定与某种材料温度相关的某个定点。最常见的定点是绝对零度即0K，以及水三相点（固态、液态、气态并存的点）273.16K。定点值的确定使绘制温度的直线图成为可能。其它定点值离上述点很远，例如氖的三相点是24.5561K，银的凝固点是1234.93K。这些定点值在最新版的国际温标（1990年版）(ITS-90)中确定。正确测量温度：测量温度的方法有多种，从简单的二极管到高精度的热噪声温度计。温度计可以分为两类：第一类温度计和第二类温度计。第一类为不需要用其他温度测量设备做预先校准的温度计。他们都是通过测量物理量，计算物理量和温度间的关系来确定温度的。例如气体温度计、热噪声温度计和应用测量黑体辐射的温度测量设备。这些温度传感器常常用于专门的实验室，使用起来相当复杂并且往往价格昂贵。第二类温度计则需要校准。工业上主要使用的是第二类温度计。特别是热电阻或热电偶温度传感器使用最为广泛。当安装温度传感器时，需要了解一些简单的基础原理：温度传感器主要测量的是它自身的温度。所以传感器必须尽可能靠近测量物安装并尽可能地避免环境影响，因为测量地点的干扰可能会使温度测量结果出现一些偏差。环境温度和介质温度较大的差异也可能会导致错误的测量值。如果传感器安装在保护套管中，也就意味着它远离了真实的测量点，温度传感器灵敏度会降低，测量值可能与真实值出现背离。主要测量原理：基于精确性和易于进一步处理测量信号的要求，下列测量原理十分适用于工业环境温度监测：热电阻温度计：热电阻温度计通过热电阻测量温度。纯金属，特别是贵金属有最大的阻值变化率，适合用来制作温度传感器。电阻温度计分为正温度系数（PTC）型和负温度系数（NTC）型，正温度系数型即阻值随温度的上升而增加，负温度系数型则是阻值随温度的上升而减少。如果电阻呈标准的线性特性，温度值可以很容易地通过多项式估算出来。一般地说，电阻温度计测量范围为-250至1000。标准的铂电阻是主要的检测器件，Pt100在0时为100，可用于精确测量高达850的温度。热电偶温度计：一个热电偶由两个不同的金属或半导体连接而成。基于塞贝克效应，若接合处的温度发生变化，则会在不同金属间将产生电势差。所形成的电势差取决于温度，温度差值对于不同金属的变化量也不同。温度差可在热端和冷端的接合处测得。如果要测热端的温度，则冷端温度必须已知，而冷端的温度是由其他的温度传感器测量的。根据热电原理，热端的温度可计算确定。热电偶几乎都用于1000及以上的温度测量。误差限额是指测量系统在特殊环境中工作所能保证得出的测量值与真实值的最大差值，故测量误差不能超过误差限额。重复精度重复精度指多次相同操作测量值和真实值间的最大差值。辨析率测量设备可测量到的最小的增量。2线制2线制热电阻配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用于制造A级精度的热电阻，且使用时引线及导线都不宜过长。3线制3线制可以消除引线电阻的影响，测量精度高于2线制。作为过程检测元件，其应用最广。4线制4线制不仅可以消除引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，还可以消除该电阻的影响。高精度测量应采用4线制。自身发热影响为了能够测量热电阻传感器的输出信号，一定有电流通过传感器。这个测量电流消耗能量并产生热量，使温度升高。大多数情况下，制造商提供一个1mA的测量电流，这样传感器不会产生额外的热量，可提供一个最真实的测量值。2 传统分立传感器21热敏电阻传感器Pt1002.1.1传感器简介Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：测量范围：200+850；允许电流：5mA；热响应时间：30s。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在之间变化时，最大非线性偏差小于0.5。铂热电阻阻值与温度关系为：（1）200t0时，RPt100=100*1+At+Bt2+Ct3(t-100)（2）0t850时，RPt100=100*(1+At+ Bt2) 式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100在常温0100变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：PRt=100(1+At),当温度变化1，PRt100阻值近似变化为0.39。表1为PRt100在0100的分度表。 表1 PRt100的分度表（0100）2.1.2传感器电路传感器电路包括测量电桥和放大电路两部分，如图1所示。图1 传感器放大电路 图中，R2、R3、R4和Pt100组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定，电桥的输入电压通过TL431稳至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。放大电路采用LM358集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大。温度在0100变化，当温度上升时，Pt100阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压Av对应升高。注意：虽然电桥部分已经经过TL431稳压，但是整个模拟的电压VCC一定要稳定，否则随着VCC的波动，运放LM358的工作电压波动，输出电压Av随之波动，最后导致A/D转换的结果波动，测量结果上下跳变。3 模拟集成传感器3.1电流输出型传感器AD590 AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。实际上，中国也开发出了同类型的产品SG590。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在515V之间变化，其电流只是在1A以下作微小变化。3.1.1 AD590简介AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图2所示，它采用金属壳3 脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图3所示。AD590的主特性参数如下：工作电压：430V；工作温度：55150； 保存温度：65175； 图2 AD590的外形电路 图3 集成温度传感器的符号 正向电压：44V；反向电压：20V；焊接温度（10秒）：300；灵敏度：1AK。3.1.2 AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个1k的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。其基本电路如图4所示。 图4是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相 等 ； T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并 联而成，图4感温部分的核心电路因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为：I1UBER（KTq）（lnn）R对于AD590，n8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载 电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图4中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1AK的I值。图5所示是AD590的内部电路，图中的T1T4相当于图4中的T1、T2，而T9， T11相当于图4中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接方式。而C1和R4则 图5 AD590的内部电路可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的13。T9和T11 的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出：UBE（R62 R5）I3R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的23。根据上式不难看出，要想改变UBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使UBE减小，不过，改变R5对UBE的影响更为显著， 因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最 终使其在250之下使总电流I达到1AK。3.1.3 测温电路的设计在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1A。当AD590的电流通过一个 10k的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mVK，为了使此电阻精确（01），可用一个96k的电阻与一个1k电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10k。图6所示是一个电流电压和绝对摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1235V），然后将此电压放大到273V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。将AD590放入0的冰水混合溶液中，A1同相输入端 的电压应为273V，同样使A2的输出电压也为273V，因此A1与A2两输出端之间的电压： 图6 电流电压及绝对摄氏温度转换电路 2732730V即对应于0。图7简单的测温电路 图7为简单的测温电路。AD590在25（298.2K）时，理想输出电流为298.2A，但实际上存在一定误差，可以在外电路中进行修正。将AD590串联一个可调电阻，在已知温度下调整电阻值，是输出电压U0满足1mV/K的关系（如25时，U0应为298.2 mV）。调整好以后，固定可调电阻，即可由输出电压U0读出AD590所处的热力学温度。图8 简单的控温电路图8为简单的控温电路。LM311为比较器，它的输出控制加热器电流，调节RT可改变比较电压，从而改变了控制温度。AD581是稳压器，为AD590提供一个合理的稳定电压。1.4 AD转换和显示电路的设计设计AD转换和显示电路具有两种方案。分述如下：（1）用AD转换器MC14433实现首先将AD590的输出电流转换成电压，由于此信号为模拟信号，因此，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。采用MC14433的转换电路如图9所示。此电路的作用是通过AD转换器MC14433将模拟信号转换成数字信号，以控制显示电路。其中MC14511为译码锁存驱动电路，它的输入为BCD码，输出为七段译码。LED数码显示由MC14433的位选信号DS1DS4通过达林顿阵列MC1413来驱动，并由MC14433的 DS1、Q2端来控制“”、“”温度的显示。当DS11，Q21时，显示为正；Q20时，显示为负。（2）用ICL7106来实现图9 A/D转换和数码显示电路框图采用ICL7106的AD转换及LCD显示电路框图如图10所示。其中，ICL7106是3位半显示的AD转换电路，它内含液晶显示驱动电路，可用来进行AD转换和LCD显示驱动。图10 AD590A/D转换和LCD显示框 3.2电压输出型传感器LM35图11 LM35的引脚图3.2.1 LM35简介LM35为电压输出型传感器，主要技术参数如下：电源电压：430V；测温范围：-55+150。图11为LM35的两种不同封装的外形图。3.2.2 LM35的工作原理LM35的输出电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示：V=0.01T0时输出为0 V，每升高1，输出电压增加10 mV。图12 LM35 A/D转换电路（串行）设计AD转换电路，有两种形式：串行输出和并行输出。其转换电路分别如图12和13所示。图13 LM35 A/D转换电路（并行）3.3 LM940223.3.1 LM94022简介LM94022是一种模拟输出的集成温度传感器，主要应用于手机、无线收发器、电池管理、汽车、办公室设备及家用电器等。该传感器主要特点包括工作电压低，可在1.5V电压下工作；工作电压范围宽1.55.5V；末级为推挽输出，有50A输出电流的能力；有四种灵敏度供用户选择；测量范围为-50+150；静态电流低，典型值为5.4A；精度（与测量范围有关）：2040为 1.5；-70-50为1.8；-5090为2.1；-50150为2.7；采用小尺寸SO70封装。LM94022的管脚排列如图14所示，各管脚功能如表3.1所示。 表3.1 LM94022引脚功能表图14 LM94022引脚图LM94022根据GS0、GS1被施加的不同电平有4种灵敏度供用户选择，如表3.2所示。用户可根据测温的范围及接口电路的工作电压的条件来合理选择。灵敏度由GS0及GS1的电平确定：高电平要求大于（VDD-0.5V）；低电平要求小于0.5V。 表3.2 LM94022提供的4种灵敏度（典型值）。表3.2 灵敏度参照表3.3.2 LM94022基本原理图15 LM94022的输出特性图LM9402输出电压随温度升高而下降，其灵敏度为负值。在VDD为5V时，不同灵敏度的几个特定温度值时的输出电压如表3.3所示（典型值）。表3 VDD为5V，TA为25时的输出电压值从图15可看出，其线性度极好，这是线性化后的特性。按表3.3的数据计算出的灵敏度值与表3.2给出的典型灵敏度有一些差值。例如，在GS=00时，-25时的输出电压为1168mV，-50时的输出电压为1299mV，则其平均灵敏度为-5.24mV/；50时的输出电压为760mV，75时的输出电压为619mV，则其平均灵敏度为5.64mV/。表3.2中GS=00时，灵敏度为-5.5mV/。 表3.3输出电压表 3.3.3 LM94022基本应用电路图16LM94022的基本应用电路图16是LM94022的基本应用电路。在此电路中，GS0、GS1都接地（低电平），所以灵敏度选择的是-5.5mV/。LM94022一般用作精度要求不高的温度测量及控制，其输出端往往与比较器或微控制器等接口。若温度传感器与控制电路距离较远时，连接线应采用屏蔽线。接电容负载的电路如图17所示。图3.4(a)与(b)的差别是负载电容容量不同：当负载电容CLOAD1100pF时，用图3.4(b)电路，其中RS值与CLOAD大小有关，如表3.4所示。图17 接电容负载的电路图（CLOAD1100pF）ab表3.4 CLOAD值与RS的关系 当LM94022直接与ADC（或微处理器中的ADC）接口时，开始工作时，LM94022的推挽输出端能向ADC中的Cin充电，如图18所示。 图18 LM94022与ADC接口电路图图19 LM94022接反相器实现关闭功能图20 LM94022接两输入与门实现关闭功能 增加关闭控制功能的电路LM94022是低功耗器件，为实现多路温度测量，可采用关闭控制，在断开VDD时，OUT端呈高阻抗。可以在LM94022的VDD端接一个反相器（见图19）或接一个两输入与门来实现关闭（见图20）。两者的区别是，前者施加高电平时实现关闭；后者是施加低电平时实现关闭。图21是一种数字温度计，其测量温度范围-40+125。LM94022检测的温度转换成模拟信号电压输出，其输出电压直接与带有ADC的微处理器接口，往ADC变换后的数字信号由微处理器进行处理后转换成相应的七段码，送温度显示（数码管），若采用微处理器对传感器作软件线性补偿，可提高测温精度。数字键出可输入报警温度给微处理器，若检测到的温度超过报警温度时，微处理器输出信号，使报警电路发出声、光报警。微处理器的I/O口还可输出开关控制信号，对温度实现简单的开关控制。图21 数字温度计电路 图22 简易的超过阈值温度报警电路图23 温度特性特性和输出波形图图22是一种简易的超过阈值温度报警电路。该电路由温度传感器、比较器、4.1V基准电压源、三极管、蜂鸣器及电阻R1R5等组成。电路的工作原理：若LM94022温度传感器的灵敏度已设定，则设定的阈值温度TTH对应的电压值VT可以从图2（或表3）中求出。若先不考虑产生滞后作用的R3的影响，则可以根据已知的VT值求出R1、R2值（在先确定R1值后求出R2值），VT=4.1VR2/（R1+R2）。为防止温度在阈值温度附近因传感器输出信号中存在噪声电压影响而使比较器输出产生振荡，在比较器电路中加了一个正反馈电阻R3，则产生一滞后电压VHYS，并且VT值也受R3的影响成为VT2，改进的超过阈值温度报警电路温度特性和输出波形如图23所示。VHYS=VT2-VT1，其中VT1、VT2可按下式求出：VT2=4.1VR2/（R1+R2/R3） VT1=4.1VR2/（R2+R1/R3） 上式中4.1V是基准电压值。为减小R3对VT值的影响，一般R3取值较大（如470k2M）。基准电压4.1V经R1、R2分压后的电压VT2加在比较器同相端，LM94022测量温度输出的电压VTEMP加在比较器反相端。一旦VTEMPVT2，则比较器输出VOUT由低电平跳变到高电平，如图11所示，VT导通使蜂鸣器发出报警声。当温度降到（VT2-VHYS）时，比较器输出VOUT才由高电平跳变到低电平，报警声停止。应用LM94022的设计注意事项如下：为保证传感器输出电压精度，VDD取值为 VDD=VOUT+1V； 设计时应尽可能取大的灵敏度，以减少噪声对输出信号电压的影响；减少噪声影响，可在LM94022输出端加一个高频旁路电容器；当传感器与接口电路之间连接较长时，连接线应采用屏蔽线。 4数字温度传感器4.1DS18B204.1.1 DS18B20简介a. 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；b. 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯c. DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温d. DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内e. 温范围55125，在-10+85时精度为0.5f. 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温g. 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快h. 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力e. 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如下图1:DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。4.1.2 DS18B20工作原理 DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图24所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图24 DS18B20的测温原理框图DS18B20有4个主要的数据部件： （1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 （2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。 （3）DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 （4）配置寄存器 该字节各位的意义如下：TMR1R0111111低五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）R1R0分辨率温度最大转换时间00993.75ms0110187.2ms1011375ms1112750MS4.2数字温度传感器在火灾报警系统中的应用4.2.1数字温度传感器特性与功能块图。 DS18B20的核心功能就是可以直接转换成数字量。由于每一个智能温度传感器DS18B20有一个唯一的64位序列号。允许多个DS18B20在同一条总线上工作。因此可以用一个单片机在一个大范围内控制多个数字温度传感器DS18B20，经常用于环境温度控制、温度监测系统以及过程监测和控制系统中。1-Wire 器件64位序列号的最高有效字节是循环冗余校验CRC 码。该值基于前面的56位数据。当系统主机开始与某个器件进行通信时，可以从低位开始读取8个ROM 字节即64位序列号。 1-Wire总线技术的温度传感器DS18B20温度的测量范围为 - 55 + 125 。便笺存储器中包含两个字节温度寄存器用于存储温度传感器的数字输出。另外提供一个字节报警上限TH和一个字节报警下限TL寄存器。还有一个字节组态寄存器。组态寄存器允许用户设置分辨率为9 12位。分别对应温度值0.5、0.25、0.125和0.0625。TH、TL和组态寄存器可以存放在EEPROM中，因此当系统掉电时，TH、TL和组态寄存器中的数据仍将保存。1-Wire总线技术的温度传感器DS18B20功能块如图25所示。 图25 1-Wire技术的温度传感器DS18B20功能块图 4.2.2数字温度传感器ROM命令和功能命令。 为了能够使1-Wire总线技术的温度传感器DS18B20正常工作，需要按照一定顺序执行相关命令。首先进行初始化，其次执行ROM命令，最后执行DS18B20功能命令。常用的ROM命令有5个。每个命令均为一个字节。在发送DS18B20功能命令之前，主CPU必须发布适当的ROM命令。对ROM的五种操作命令有ROM搜索命令（代码为F0H），ROM命令（代码为33H），匹配ROM命令（代码为55H），跳过ROM命令（代码为CCH）和搜索报警命令（代码为ECH）。 当主CPU使用了ROM命令之后，如果访问想要通信的从设备DS18B20时，主CPU能够发布一个DS18B20功能命令。1-Wire总线技术的温度传感器DS18B20功能命令主要有5条。这些命令允许主CPU读或写DS18B20的便笺存储器，开始温度转换以及决定电源的模式。DS18B20功能命令如下所述。 1.温度转换命令（代码为44H）使DS18B20开始转换。转换完毕的温度数据存放在两个字节的温度寄存器中。 2.写便笺存储器命令（代码为4EH）允许主CPU 写3个字节数据到便笺存储器中。第一个数据字节被写入到TH寄存器中，第二个数据字节被写入到TL寄存器中，第三个数据字节被写入到组态寄存器中。数据写入从最低有效位开始。在主CPU发出复位脉冲之前，三个字节必须被写完。 3.读便笺存储器命令（代码为BEH）允许主CPU 读出便笺存储器中的内容。数据传输从字节0的最低有效位开始到字节8。便笺存储器中的9个字节内容被读出。其中字节8为CRC校验码。如果只需要读出便笺存储器中的部分字节，主CPU可以随时发出复位脉冲终止读操作。 4.拷贝便笺存储器命令（代码为48H）将拷贝便笺存储器字节2、3、4即TH 、TL和组态寄存器内容到EEPROM。 5.从EEPROM重新调出命令（代码为B8H）将从EEPROM重新调出TH 、TL和组态寄存器内容，并将数据放置到便笺存储器字节2、3、4中。上电时从EEPROM重新调出命令（代码为B8H）将会自动执行。4.2.3 火灾报警系统硬件组成 火灾报警系统由AT89C51，实时时钟电路DS1302，键盘与显示电路，RS485通信电路，MAX813L组成的看门狗电路，串行E2PROM存储器电路等组成，采用多个传感器测量不同房间内的温度，可以设置不同房间的报警上限值，可以实现多个房间对应温度的显示和报警。 火灾报警系统硬件组成如图26所示。 图26 火灾报警系统硬件组成图 4.2.4 1-Wire总线技术数字温度传感器供电方式 DS18B20的电源供电有两种。外部供电方式和寄生电源供电方式。外部供电方式如图3所示。图3中引脚 VDD接外部电源。而寄生电源供电方式不需要外部电源如图4所示。工作于寄生电源供电方式时，VDD和GND 均接地。在需要远程温度检测和空间受限制时非常有用。图27中当1-Wire总线为高电平时，DS18B20从1-Wire总线上经过引脚DQ“偷窃”电源，偷窃的电荷给总线供电。当总线为低电平时，存储在寄生电源电容上的电荷为传感器供电。当DS18B20用于寄生电源供电方式时，VDD必须要接地1。但是在寄生电源供电方式时，当DS18B20执行温度转换和拷贝便笺存储器内容到EEPROM中时，操作电流能够达到1.5mA. 此电流能够导致电压明显下降而使传感器不能正常工作。为了保证DS18B20有充足的供电电流，当进行温度转换和拷贝便笺存储器内容到EEPROM中时，必须要在总线上提