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图2-7 MAX232外围接线图
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第三章 温度传感器DS18B20
3.1 温度传感器简介
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1.6～300K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。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，
西南交通大学本科毕业设计(论文) 第15页 如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数：式中ε为材料表面发射率，ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。
非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。
3.2 DS18B20温度传感器
DSl8B20是美国Dallas半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器，其内部包含有集成温度传感器、CPU、ROM、RAM 和I／O接口。
DS18B20的特性：
1. 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 2. 简单的多点分布应用 3. 无需外部器件 4. 可通过数据线供电 5. 零待机功耗
6. 测温范围-55~+125℃，以 0.5℃递增。华氏器件-67~+257F，以0.9F
递增
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7. 温度以9 位数字量读出
8. 温度数字量转换时间 200ms（典型值） 9. 用户可定义的非易失性温度报警设置
10. 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 11. 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
3.2.1 DS18B20引脚排列及说明
DS18B20有两种不同的封装形式，如图3-1所示。分别是TO-92和SOIC。图中3引脚的为TO-92封装，16引脚的为SOIC封装。
图3-1 DS18B20封装
表3-2对DS18B20的两种封装形式的引脚功能做了介绍。
表3-2引脚介绍
16脚SOIC 5 4 3 TO-92 1 2 3 符号 GND DQ VDD 说明 接地 数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路 可选的VDD引脚 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第17页
3.2.2 DS18B20内部机构
图3-3的方框图示出了DS18B20的主要部件。DS18B20有三个主要数字部
件：1）64位激光ROM，2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器TH和TL。同时还包括寄生电源电路、单线接口、高速暂存存储器、报警上限寄存器TH、配置寄存器和8位CRC(循环冗余校验码)发生器。 器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号处于低电平期间消耗电容上的电能工作，知道高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。
存储器和控制器温度灵敏元件电源检测64位ROM和单线接口高速缓存存储器低温触发器TL高温触发器TH配置寄存器8位CRC生成器 图3-3 DS18B20内部结构
为了更好的更好的了解及懂得DS18B20的使用，更加应该的是了解每一个模
块的功能和使用方法，同时还要明白的怎么将各个模块链接起来，为接下来的软件设计做好准备工作。下面就对各个模块做一个简单的介绍。
64位激光ROM：每一DS18B20包括一个唯一的64位长的ROM编码。开始八位是单线产品系列编码（DS18B20编码是10h）。接着的48位是唯一的系列号，最后八位是开始56位CRC循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。64位ROM和ROM操作控制部分允许DS18B20作为一个单线器件工作并遵循“单线总线系统”的单线协议。知道ROM操作协议被满足，DS18B20控制部分的功能是不可访问的。
表3-4 DS18B20 64位激光ROM
8位CRC编号 48位产品序列号 8位产品系列编码 MSB LSB MSB LSB MSB LSB