传感器及其应用课程论文

1、院系：物电院专业：10级电子信息工程(2)班学号：08101100219姓名：李斌传感器及其应用课程论文 基于51的DS18B20的温度采集显示 摘要：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，已经成为一种比较成熟的技术。对于温度的测量方法与装置的研究就凸显得非常重要。由单片机与温度传感器构成的测温系统可广泛应用于很多领域，如粮仓，植物培养室等。本设计采用51单片机和DS18B20 数字温度传感器来进行温度测量的方法,包括温度传感器芯片的选取、单片机与温度传感器接口电路的设计,以及实现温度信息采集和数据传输的软件设计。DS18B20 数字温度传感器是单总线器件,

2、与51 单片机组成一个测温系统,具有线路简单、体积小等特点,而且在一根通信线上,可以挂接很多这样的测温系统,十分方便。 传感器的未来发展趋势 21世纪是信息科学与技术全新发展的时代，信息技术已经成为社会发展一股新的强大推动力。传感器技术作为信息技术和产业的重要组成部分，因此受到了国家和社会各个行业的高度重视，并且迅速发展。在传感器及其应用这门课程中我们了解了各种各样的传感器。 传感器技术是以传感器为核心论述其内涵、外延的学科，也是一门涉及测量技术、功能材料、微电子技术、精密与微细加工技术、信息处理技术和计算机技术等相互结合形成的密集型综合技术。当今的传感器是一种能把非电输入信息转换成电信号输出

3、的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器未来的发展主要朝着以下四个方面：发现新效应，开发新材料、新功能；新的效应和现象的发现，是新的敏感材料的开发的重要途径，而新的敏感材料的开发是新型传感器出现的重要基础。 传感器的多功能集成化和微型化；所谓集成化就是在同一芯片上，或将众多同类型的单个传感器件集成为一维，二维或三维阵列型传感器，或将传感器件与调理、补偿等处理电路集成一体化。微型传感器是朝着微米/纳米技术领域发展，其显著特征就是体积小、重量很轻，这种传感器一般应用于航空航天，环境保护，生物医学和工业自动化等高科技领域。传感器的数字化、智能化和网络化；传感器的数字化提高传感器本身的多种性

4、能。智能化是指传感器具有一种或多种敏感功能，不仅能实现信息的探测、处理、逻辑判断和双向通讯，而且具有自检测、自校正、自补偿、自诊断等多功能的器件或装置。传感器网络是一种由众多随机分布的一组同类或异类传感器节点与网关节点构成的无线网络。研究生物感官，开发仿生传感器；利用仿生学、生物遗传工程和生物电子学技术研究它们的机理，研究仿生传感器，也是一个十分引人注目的方向。(5)传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。所以学习与掌握各种传感器的应用对于我们电气工程专业显得尤为重要。也是把握科技最新前沿的一条途径。也就是说

5、，学会传感器的应用技术，好的就业在等你。DS18B20的引脚及内部结构 DS18B20内部如上图所示，主要由4部分组成：64 位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。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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8X5X41）。 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。 认识DS18B201.DS18B20是DALLAS公司生产的一种“单总线”温度传感器，它采用独特的单线接口方式，

6、仅需要一个端口引脚来发送或接收信息，在MCU和DS18B20之间仅需一条数据线。2.每个DS18B20都有一个唯一的ROM序列号，所以可以将多只DS18B20同时连在一根单总线上，进行简单的多点分布应用。3.DS18B20极为小巧，大小和一个普通的三极管相当，所以在温度测量方面有着比较广泛的应用，包括温度控制，工业系统，消费电子，温度计已经其他的一下热感测系统。4.DS18B20内部有三个主要数字部件：64位激光ROM，温度传感器，非易失性温度报警触发器TH和TL。5.DS18B20可以采用寄生电源方式工作，从单总线上汲取能量，在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期

7、间小号电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源充电，DS18B20也可以用外部电源35.5V电源供电。为什么使用DS18B20 DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点： 1 .采用单总线的接口方式 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。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。  2 .测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 + 125 ； 在 -10+ 85°C 范围内，精

8、度为 ± 0.5°C 。  3 .在使用中不需要任何外围元件。  4 .持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。  5 .供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而 使系统结构更趋简单，可靠性更高。  6 .测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 912 位。  7 .负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 8 .掉电保护功能 DS18B20 内部含有 E

9、EPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。 DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。 注：单总线特点单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。单总线通常要求外接一个约为 4.7K10K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。何为单总线 单总线即只有一根数据线，简单地说就是在一根线上传输0和1，完成系统中的数据交换，控制都由这根线完成。单总线通常要求外接一个约为 4.7K10K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。DS18B2

10、0与单片机的连接方法如图：DS18B20的ROM操作命令DS18B20依靠一个单总线端口通信，必须先建立ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此主机（MCU）必须首先提供下面5个ROM操作命令之一：1.读出ROM，代码为33H，用于读出DS18B20的序列号，即64位激光ROM代码。2.匹配ROM，代码为55H，用于识别（或选中）某一特定的DS18B20进行操作。3.搜索ROM，代码为F0H，用于确定总线上的节点数以及所有节点的序列号。4.跳过ROM，代码为CCH，命令发出后系统将对所有DS18B20进行操作，通常用于启动所有DS18B20转换之前，或系统中仅有一个DS18B20时。5.

11、报警搜索，代码为ECH，主要用于鉴别和定位系统中超出程序设定的报警温度界限的节点。DS18B20存储器操作命令1.温度转换，代码为44H，用于启动DS18B20进行温度测量，温度转换命令被执行后DS18B20保持等待状态。如果主机在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又忙于做温度转换的话，DS18B20将在总线上输出“0”，若温度转换完成，则输出“1”。2.读暂存器，代码为BEH，用于读取暂存器中的内容，从字节0开始最多可以读取9个字节，如果不想读完所有字节，主机可以在任何时间发出复位命令来终止读取。3.写暂存器，代码为4EH,用于将数据写入到DS18B20暂存器的地址2和地址3（T

12、H和TL字节）。可以在任何时刻发出复位命令来终止写入。4.复制暂存器，代码为48H，用于将暂存器的内容复制到DS18B20的非易失性E2RAM，即把温度报警触发字节存入到非易失性存储器里。5.重读E2RAM，代码为B8H，用于将存储在非易失性E2RAM中的内容重新读入到暂存器中。6.读电源，代码为B4H，用于将DS18B20的供电方式信号发送到主机。若在这条命令发出之后发出读时间隙，DS18B20将返回它的供电方式：“0”=寄生电源，“1”=外部电源。DS18B20的写时隙写时隙：当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1的时间隙和写0时间隙。所有写时间

13、隙必须最少持续60us,包括两个写周期间至少1us的恢复时间。DQ引脚上的电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的时间窗口内对DQ引脚采样。如果DQ引脚是高电平，就是写1，如果DQ引脚是低电平，就是写0。主机要生成一个写1时间隙，必须把数据线拉到低电平然后释放，在写时间隙开始后的15us内允许数据线拉到高电平。主机要生成一个写0时间隙，必须把数据线拉到低电平并保持60us。DS18B20的读时隙读时隙：从DS18B20读取数据时，主机生产读时间隙。当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平时，读时间隙开始。数据线必须保持至少1us；从DS18B20输出的数据在读时间隙的下降沿出现后1

14、5us内有效。因此，主机在读时间隙开始后必须停止把DQ引脚驱动为低电平15us，以读取I/O脚状态。在读时间隙的结尾，DQ引脚将被外部上拉电阻拉到高电平。所有读时间隙最少必须60us，包括两个读周期时间和至少1us的恢复时间。DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。 其工作时序包括：1.初始化时序；2.写时序；3.读时序。（1）初始化时序主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上

15、无器件应答。做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。 （2）写和读操作接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20写0和写1组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微

16、秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒

17、后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 4 个步骤 ：每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us ，然后释放， DS1

18、8B20 收到信号后等待 16us60us 左右，然后发出 60us240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。发送一条 ROM 指令DS18B20的指令集 （）发送存储器指令 DS18B20 的存储器指令集 现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：1、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令，3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“0、

19、0、1、1、0、0、1、1”。整个操作的总线状态如下图：读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。1、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。2、主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。3、主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图： 在这里说明一下，第二步跳过对ROM操作的命令是在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操作，若总线上不止一个器件，那么跳过R

20、OM操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。C程序实现 注： 本程序采用STC公司的STC89C52单片机，海翔开发已板验证。#include<reg52.h> /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#define uchar unsigned char#define uint unsigned int;/*/* 定义端口 */*/ sbit DQ=P37; /ds18b20 端口/*/* 全局变量 */*/uint temp;uchar flag_get,count,num,minute,second;uchar code tab=0x3f,

21、0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /7段数码管段码表共阳uchar str6;/*/* 函数声明 */*/void delay1(uchar MS); /延时函数unsigned int ReadTemperature(void); /读取温度void Init_DS18B20(void); /初始化unsigned char ReadOneChar(void); /读一个字节void WriteOneChar(unsigned char dat); /写一个字节void delay(unsigned int i); /延时函数/*/*

22、 主函数 */*/main()unsigned char TempH,TempL;TMOD|=0x01; /定时器设置初始化TH0=0xef;TL0=0xf0;IE=0x82;TR0=1;P2=0x00; count=0;while(1) str5=0x39; /显示C符号，代表摄氏度 str1=tabTempH/100; /十位温度 str2=tab(TempH%100)/10; /十位温度 str3=tab(TempH%100)%10|0x80; /个位温度,带小数点 str4=tabTempL; if(flag_get=1) /定时读取当前温度 temp=ReadTemperature(

23、); if(temp&0x8000) str0=0x40;/负号标志 temp=temp; / 取反加1 temp +=1; else str0=0; TempH=temp>>4; TempL=temp&0x0F; TempL=TempL*6/10;/小数近似处理 flag_get=0; /*/* 定时器中断 */*/void tim(void) interrupt 1 using 1/中断，用于数码管扫描和温度检测间隔TH0=0xef;/定时器重装值TL0=0xf0;num+;if (num=50) num=0; flag_get=1;/标志位有效 second+

24、; if(second>=60) second=0; minute+; count+;if(count=1) P2=0; P0=str0; /数码管扫描if(count=2) P2=1; P0=str1;if(count=3) P2=2; P0=str2; if(count=4) P2=3; P0=str3; if(count=5) P2=4; P0=str4; if(count=6) P2=5; P0=str5; count=0;/*/* 延时函数 */*/void delay(unsigned int i)/延时函数 while(i-);/*/* DS18B20初始化 */*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将