天津科技大学2011届本科生毕业论文
l)传统的分立式温度传感器(含敏感元件); 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向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。
智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。
信息采集，即传感器技术，是现代信息技术三大基础之一。传感器，尤其是温度传感器的应用覆盖机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、消费电子产品和专用设备等各个领域。随着社会的生产不断扩大，其应用领域还在飞速拓展。 l)汽车工业
现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用传感器的数量和水平，一般大约安装几十到近百只传感器。温度传感器可用于控制发动机进气温度、燃油温度、机油温度、冷却液温度和车内外温度、安全气囊等以使得汽车性能稳定、工作可靠、耐振动、耐环境、长寿命等。 2)工业自动化
大型机电设备运行温升监测，冷库环境温控，只能建筑自控系统，火车轴瓦测温及货物运输系统，飞机动态性能试验，导弹高低温试验和弹体内部机件温度测量与控制，油井、煤矿远程温度测量，大型粮库温度测量，制药与发醇〔艺温度控制，制造热敏火灾报整器、高分辨率精密温度监测仪和热化学分析仪器 等必需的测温元件。 3)消费电子产品
中国是家电产品生产大国，中国的家电产品除了巨大的内需市场外，还大量出口国际市场，由于低廉的生产成本使中国成为全球最大的家电出口国，家用电器对温度传感器市场需求主要来自空调、冰箱、电热水器、电饭煲、电磁炉、面包机、手机电池和微机等。 4)专用设备
专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。目一前医疗领域是温度传感器销售量巨大、利润可观的新兴市场，该领域要求传感器件向
6
天津科技大学2011届本科生毕业论文
小型化、低成本和高可靠性方向发展。
2.2智能数字温度传感器
DS18B20是美国 Dallas Semicnductor公司推出的数字式温度传感器，它遵循单线协议，可以与处理器进行双向数字通信，是一种使用起来非常方便的温度传感器。 l)特性
? 独特一线总线接口t绷，传输数字信号，因此布线精简，抗干扰性强。 ? 每个DS18B20有唯一的64bit光刻ROM码，因此可以一线上能挂接
多个温度传感器。
? 测温范围从-55O摄氏度到+125O摄氏度，在-10摄氏度到+85O摄氏
度范围内，精度为士0.5摄氏度。
? 可以直接从数据线取得电源，可以不外加电源;支持3V到5.5V电压
范围。
? 用户可设定报警温度储存于温度传感器的EEPROM中，掉电后依然保
存。
2)DS18B20引脚
如图2-2，DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。本设计中采用3.3V外接电源供电模式。
7
天津科技大学2011届本科生毕业论文
图2-2 DS18B20引脚图
3)DS18B20模块介绍
如图2-3， DS18B20有两种供电模式，可以由外部Vdd供电，也可以直接从DQ信号线获取寄生电源，这样就又能节省一根线，不过代价是温度转换时间变长。本课题的设计使用3线方式，即使用Vdd、GND、DQ三根线。
图2-3 DS18B20 内部模块
DS18B20内部的主要构件有:
①64位光刻ROM码。64位光刻ROM码从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。根据这个64位光刻ROM码就可以唯一地识别出任何一个传感器。 ②温度灵敏元件。
③9个字节的存储器SeratchPad以及3个字节非易失性的EEPROM包含了所要读取的温度以及各种设置，用于存储用户自定义的报警上下限值和寄存器设置。用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。 4)硬件连接方法
DS18B20的输出级是集电极开路方式，需要加一个上拉电阻。虽然使用一线总线实现信号的收发，内部其实有独立的信号接受端和发送端。如图2-4所示。
8
天津科技大学2011届本科生毕业论文
图2-4 DS18B20外部通讯连接
5)051820的基本操作指令
DS18B20的操作指令分为ROM操作命令和存储器操作命令。 ①ROM操作命令及其含义
? Read ROM指令代码(33h):如果只有一片DS18B20，可用此命令读出
其序列号，若在线 DS1820多于一个，将发生冲突。
? Match ROM指令代码(55h):多个DS18B20在线时，可用此命令匹配一
个给定序列号的DS1820，此后的命令就针对该DS18B20。
? Skip ROM指令代码(CCh):此命令执行后的存储器操作将针对在线的所
有DS1820。
Search ROM指令代码:用以读出在线的DSI1820的序列号列号。 ? Write Scratchpad指令代码(4Eh):写两个字节的数据到温度寄存器。 ? Read Scratchpad指令代码(BEh):读取温度寄存器的温度值。 ? Copy Scratehpad指令代码(48h):将温度寄存器的数值拷贝到EERAM
中，保证温度值不丢失。
? Convert T指令代码(44h):启动在线DS128O做温度A/D转换。 ? Recall E2指令代码(B8h):将EERAM中的数值拷贝到温度寄存器中。 ? Read Power supply指令代码(B4h):在本命令送到DS1280之后的每一个
读数据间隙，指出电源模式:“0”为寄生电源;“1”为外部电源。 6)时序
对DS1820操作的时序包括初始化时序、写时序和读时序，分别如图2-5所示。
? 主机将一线总线下拉480us以上后，DS18B20执行初始化。在主机释放
后总线由于上拉电阻的作用变 成高电平，此后 DS18B20会再次将总线拉低6OuS到240us。等DS18B20释放总线后，就可以进行后续的 动作。 ? 向 DS18B20写入O时，只需要将总线下拉6Ous;写入1时，将总线下
9
天津科技大学2011届本科生毕业论文
拉l us然后拉高直到6OuS。
? 从总线上读取数据，需要将总线下拉l us，然后在15us内对总线数据进 ? 行采样，在15us末时采样比较好。一个读取周期要保持至少60us再进
行后续的命令。
图2-5 DS1820的初始化时序、写时序和读时序
7)一线总线操作方法
对 DS18B20的基本操作依循三步骤: ①初始化
②ROM命令(包括查找、读取、指定、跳过、报警查找) ③功能命令(包括温度转换、写内存、读内存、复制内存等)
10