基于单片机的温度检测系统的设计

基于单片机的温度检测系统的设计内容摘要：

网络。 3．光纤温度传感器采用光纤温度传感器，光纤温度传感器是近几年发展的新技术，也是工业中用的最多的光纤传感器之一。 目前研究的光纤温度传感器主要有辐射式温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤温度传感器等。 虽然光纤温度传感器的精度很高，但成本较贵。 4. 超声波传感器　　声波传感器所发射和接收的声波，其振动频率都超过了人耳所能听到的范围。 它是通过计算声波从发射，经被测物反射回到接收器所需要的时间，来判断物体的位置。 对于对射式超声波传感器，如果物体挡住了从发射器到接收器的声波，则传感器就会检测到物体。 与光电传感器不同，超声波传感器不受被测物透明度和反光率的影响，因此在许多使用超声波传感器的场合就不适合使用光电传感器来检测。 5. 光纤　　安装空间非常有限或使用环境非常恶劣的情况下，我们可以考虑使用光纤。 光纤与传感器配套使用，是无源元件，另外，光纤不受任何电磁信号的干扰，并且能使传感器的电子元件与其他电子元件的干扰相隔离。 光纤分为塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一层金属外皮。 这层金属外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。 光束照在这两种材料的边界处（入射角在一定范围内，），被全部反射回来。 根据光学原理，所有光束都可以由光纤来传输。 两条入射光束（入射角在接受角以内）沿光纤长度方向经多次反射后，从另一端射出。 另一条入射角超出接受角范围的入射光，损失在金属外皮内。 这个接受角比两倍的最大入射角略大，这是因为光纤在从空气射入密度较大的光纤材料中时会有轻微的折射。 光在光纤内部的传输不受光纤是否弯曲的影响（弯曲半径要大于最小弯曲半径）。 大多数光纤是可弯曲的，很容易安装在狭小的空间。 玻璃光纤由一束非常细（直径约50μm）的玻璃纤维丝组成。 典型的光缆由几百根单独的带金属外皮玻璃光纤组成，光缆外部有一层护套保护。 光缆的端部有各种尺寸和外形，并且浇注了坚固的透明树脂。 检测面经过光学打磨，非常平滑。 这道精心的打磨工艺能显著提高光纤束之间的光耦合效率。 玻璃光纤内的光纤束可以是紧凑布置的，也可随意布置。 紧凑布置的玻璃光纤通常用在医疗设备或管道镜上。 每一根光纤从一端到另一端都需要精心布置，这样才能在另一端得到非常清晰的图像。 由于这种光纤费用非常昂贵并且多数的光纤应用场合并不需要得到一个非常清晰的图像，所以多数的玻璃光纤其光纤束是随意布置的，这种光纤就非常便宜了，当然其所得到的图像也只是一些光影。 玻璃光纤外部的保护层通常是柔性的不锈钢护套，也有的是PVC或其他柔性塑料材料。 有些特殊的光纤可用于特殊的空间或环境，其检测头做成不同的形状以适用于不同的检测要求。 玻璃光纤坚固并且性能可靠，可使用在高温和有化学成分的环境中，它可以传输可见光和红外光。 常见的问题就是由于经常弯曲或弯曲半径过小而导致玻璃丝折断，对于这种应用场合，我们推荐使用塑料光纤。 塑料光纤由单根的光纤束（）构成，通常有PVC外皮。 它能安装在狭小的空间并且能弯成很小的角度。 多数的塑料光纤其检测头都做成探针形或带螺纹的圆柱形，另一端未做加工以方便客户根据使用将其剪短。 邦纳公司的塑料光纤都配有一个光纤刀。 不像玻璃光纤，塑料光纤具有较高的柔性，带防护外皮的塑料光纤适于安装在往复运动的机械结构上。 塑料光纤吸收一定波长的光波，包括红外光，因而塑料光纤只能传输可见光。 与玻璃光纤相比，塑料光纤易受高温，化学物质和溶剂的影响。 对射式和直反式玻璃光纤与塑料光纤既有“单根的”－对射式，也有“分叉的”－直反式。 单根光纤可以将光从发射器传输到检测区域，或从检测区域传输到接收器。 分叉式的光纤有两个明显的分支，可分别传输发射光和接收光，使传感器既可以通过一个分支将发射光传输到检测区域，同时又通过另一个分支将反射光传输回接收器。 直反式的玻璃光纤，其检测头处的光纤束是随意布置的。 直反式的塑料光纤，其光纤束是沿光纤长度方向一根挨一根布置。 （二）工作原理DS18B20测温原理如图31所示。 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，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I的预置值减到0时，温度寄存器的值将加l，计数器1的预置将重新被装入，计数器l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，其输出用于修正计数器1的预置值。 图31 DS18B20 测温原理框图（三）存储器结构在DS18B20的存储器中包括两个字节的温度寄存器和一个字节的结构寄存器，结构分别如表31和表32。 表31 温度寄存器Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit023 22 21 20 21 22 23 24Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8S S S S S 26 25 24表32 结构寄存器Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit00 R1 R0 1 1 1 1 1DS18B20输出的摄氏温度在温度寄存器中被存为带标志位的16位数。 标志位(S)指示温度是正是负，S=0为正，S=1为负。 主机发出温度转换命令后DSl8B20将温度值存在温度寄存器中，当主机发出读温度指令后DS18B20将温度寄存器中的温度值传送给主机。 用户可根据需要通过对DS18B20的结构寄存器Rl，R0赋不同值来设定测量温度的分辨率。 R1，R0的值如表33所示。 根据本系统设计需要，℃。 表33 结构寄存器的配置R1 R0 结果位数 最大转换时间 分辨率0 0 9bit ℃0 1 10bit ℃1 0 11bit 375ms ℃1 1 12bit 750ms ℃（四）温度传感器DS18B20与P89C662的接口DSl8B20有两种封装模式：3脚和8脚封装，其中3脚封装比较常用，引脚功能分别为地GND、电源VDD、信号DQ。 DS18B20可通过两种方式供电：外加电源工作方式和寄生电源方式。 前者需要外加电源，正负极分别接引脚VDD及GND；后者不需外加电源，当总线(信号线)为高时稳定电源的提供是通过单线上的上拉电阻实现，总线信号为低时则由其内部的电容供电，在此种方式下VDD接地。 本系统采用3脚封装的DSl8B20，选用外加电源工作方式。 采用此种方式能增强DSl8B20的抗干扰能力，保证工作的稳定性。 电路连接如图32。 图32 DS18B20与P89C662的接口电路（五）多路测量每一片DSl820在其ROM中都存有其唯一的48位序列号在出厂前已写入片内ROM中主机在进入操作程序前必须逐一接入1820用读ROM(33H)命令将该l 820的序列号读出并登录。 当主机需要对众多在线1820的某一个进行操作时首先要发出匹配ROM命令(55H)，紧接着主机提供64位序列(包括该1820的48位序列号)，之后的操作就是针对该1820的。 而所谓跳过ROM命令即为：之后的操作是对所有1820的。 框图中先有跳过ROM，即是启动所有1820进行温度变换，之后，通过匹配ROM，再逐一地读回每个1820的温度数据。 在1820组成的测温系统中，主机在发出跳过ROM命令之后，再发出统一的温度转换启动码44H，就可以实现所有1820的统一转换，再经过1s后，就可以用很少的时间去逐一读取。 这种方式使其T值往往小于传统方式（由于采取公用的放大电路和A/D转换器，只能逐一转换。 ）显然通道数越多，这种省时效应就越明显。 初始化跳过ROM初始化等待1s变换温度设置1820个数B匹配ROM读存储器存在缓冲区指针增1初始化否是B1=0。 图33 多路测温程序框图（六）DS18B20的主要特性 　　，电压范围：～，在寄生电源方式下可由数 据线供电； 　　，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； 　　，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；　　，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； 　　－55℃～＋125℃，在10～+85℃时精度为177。 ℃； 　　～12位，℃、℃、℃℃，可实现高精度测温；。