温度传感器工作原理

温度传感器工作原理1.引脚★●GND接地。●DQ为数字信号输入\输出端。●VDD为外接电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）2.与单片机的连接方式★单线数字温度传感器DS18B20与单片机连接电路非常简单，引脚1接地（GND），引脚3（VCC）接电源+5V，引脚2（DQ）接单片机输入\输出一个端口，电压+5V和信号线（DQ）之间接有一个4.7k的电阻。由于每片DS18B20含有唯一的串行数据口，所以在一条总线上可以挂接多个DS18B20芯片。外部供电方式单点测温电路如图★外部供电方式多点测温电路如图★3.DS18B20的性能特点DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。●多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。●不需要外部器件。●在寄生电源方式下可由数据线供电，电压范围为3.0~5.5V。●零待机功耗。●温度以9~12位数字量读出●用户可定义的非易失性温度报警设置。●报警搜索命令识别并标识超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。4.内部结构.DS18B20采用3脚PR—35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图★64位ＲＯＭ的位结构如图★◆。开始８位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一序号，共有４８位；最后８位是前面５６位的ＣＲＣ检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入用户报警上下限数据。8位检验CRC48位序列号8位工厂代码MSBLSBMSBLSBMSBLSBDS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PROM。高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，结构如图★。前2字节包含测得的温度信息。第3和4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转化为相应精度的数值。该字节各位的定义如图★，其中，低5位一直为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；R0和R1决定温度转化的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表★高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节是前面所有8字节的CRC码可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到转化命令后，开始启动转化。转化完成后的温度值就以16位的带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存RAM的第1、2字节中。单片机可以通过单线接口读出该数据。读数据时，低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。温度值格式如图★图中，S表示符号位。当S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转化为十进制；当S=0时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制值。DS18B20完成温度转化后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较，若T＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。5DS18B20通信协议在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否则将无法读取温度结果。根据DS18B20通信协议，主机控制DS18B20完成温度转化必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60us，然后发出60～240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。DS18B20的ROM指令如表★◆，RAM指令如表★◆表★◆ROM指令表指令约定代码功能温度变化44H启动DS18B20进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms），结果存入内部9字节RAM中读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后是传送两字节的数据复制暂存器48H将RAM中第3、4字节的内容复制到E2PROM中重调E2PROM0B8H将E2PROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式。寄生供电时DS18B20发送0，外接电源供电DS18B20发送1表★◆RAM指令表指令约定代码功能读ROM33H读取DS18B20温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合ROM55H发出命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码对应的DS18B20，使之作出响应，为下一步对该DS18B20读写作准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH跳过ROM工作报警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的芯片才能作出响应6.使用注意事项●因为硬件开销小，需要复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时必须严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果。●当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时需加以注意。●连接DS18B20电缆的长度超过50m时，最好采用屏蔽4芯双绞线，其中一对为接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地，正常通信距离可达150m。●在DS18B20测温程序中，向DS18B20发出温度转换时总要等到DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。7．温度数据的计算处理方法从DS18B20读取出的二进制值必须先转化成十进制值，才能用于字符的显示。DS18B20的转换精度为9~12位可选，为了提高精度采用12位。在采用12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。通过列举观察可以发现，一个十进制值与二进制值间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一个字节，这个字节的二进制值化为十进制值后，就是温度值的百、十、个位值，而剩下的低字节的低半字节化成十进制后，就是温度值的小数部分。因为小数部分是半字节，所以二进制值范围是0~F，转化成十进制小数值就是0.0625的倍数（0~15倍）。这样需要4位的数码管来显示小数部分。实际应用不必有这么高的精度，采用一位数码管来显示小数，可以精确到0.1℃。表★◆就是二进制与十进制的近似对应关系表。小数部分二进制与十进制的近似对应关系表小数部分二进制值0123456789ABCDEF十进制值0011233455667889STR-36B的使用要点1.STR-36B功能概述STR-36B无线收发模块是微功率、ISM全波段的无线通信模块。该模块内置控制CPU；核心接收芯片外包金属屏蔽外壳，保证了数据的可靠收发。2.STR-36B的实物照片、引脚及功能STR-36型引脚接口方式，为标准10针DIP连接Pin引脚名称功能说明1GND电源地接电源地2VDD电源输入+2.7---5.5VDC3TDB用户备用接口可接用户设备ADC,I/O口，作为功能扩展使用；可不接4TDB用户备用接口可接用户设备ADC,I/O口，作为功能扩展使用；可不接5RESET复位脚低电平有效，15ms6TxD/TTL串行数据发射端TTL(RxD)7RxD/TTL串行数据接收端TTL(TxD)8WakeUP无线唤醒（输出）无线信号唤醒用户设备，高电平唤醒；9B(RxD)RS-485的B，RS-232的RxDDP(USB)10A(TxD)RS-485的A，RS-232的TxDDN(USB)性能参数：型号STR-36型调制频率标准型在315.00～470MHz，特殊型在2400～2500MHz用户可选；调频方式GFSK/MSK功能双向发射/接收（半双工）稳频方式PLL最大发射功率+10dBm灵敏度-118dBm工作电压2.7--5.5V接口数据格式8E1/8N1/8O1可靠通信距离800m(outdoor)发射功耗27mA接收功耗16mA待机功耗10uA通信速率1.2kBit/s-300kBit/s用户可选；用户接口方式TTL接口/RS232接口/RS485接口；工作湿度10%~90%相对湿度无冷凝工作温度-40℃~85℃外形尺寸43mmx20mmx5mm（不含天线）3.STR-36B的无线唤醒功能STR-36B无线发射模块在没有数据传输的情况下，若没有设置无线唤醒功能，则无线模块一直保持发射或接收数据状态；若设置无线唤醒功能，则无线模块进入休眠状态。当模块的WKEN引脚接低电平时，模块工作在无线唤醒模式下。模块上电复位后，处于接收状态，在持续3S的时间内，如果没有接收到串口发来的数据，或没有收到有效数据，则模块进入休眠状态。在休眠过程中，如果收到串口发来的唤醒信号或无线唤醒信号，则被唤醒，同时WKUP引脚输出一个低电平脉冲信号。微处理器向该模块的串口发1字节的数据可实现串口唤醒。模块被唤醒后，若在3S的时间内没有收到串口发来的唤醒信号或无线唤醒信号，模块又进入休眠状态。4.STR-36B无线模块硬件电路设计●无线收发模块电路天线的选择天线的长度应取发射的1\4波长，当发射信号频率为433MHZ时，天线的最佳长度为18cm。为匹配，这里选择SANT307天线。●无线收发模块电路布局需要注意的问题无线收发模块应该安装在电路板边缘，离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影响而停震。●无线收发模块电路的电源设置在实际应用中，STR-36B可与其他设备共用电源，但必须选择纹波系数小的电源，不建议使用开关电源。另外，系统设备中若有其他设备，则需可靠接地。液晶显示模块LCM16021.1602字符型LCM的特性①内部具有字符发生器ROM（CGROM），即字符库。可显示192个5×7点阵字符，如图★，由该字符库可看出LCM显示的数字和字母部分的代码值，恰好与ASCII码表中的数字和字母相同。所以在显示数字和字母时，只需向LCM送人对应的ASCII码即可。②模块内有64字节的自定义字符RAM（CGRAM）用户可自定义8个5×7点阵字符。③模块内有80字节的数据显示存储器（DDRAM）LCM引脚引脚号符号引脚功能1GND电源地2VDD+5V逻辑电源3VEE液晶驱动电源4RS寄存器选择（1—数据寄存器，0—命令\状态寄存器）5R\W读\写操作选择6E使能（下降沿触发）7～14DB0～DB7数据总线，三态引脚号符号引脚功能15E1背光电源，通常为+5V，并串联一个电位器，调节背光亮度16E2背光电源地命令格式及功能说明1.清屏指令功能：1清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入空白的ASCII码20H;2光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;3将地址计数器(AC)的值设为0。2.光标归位指令功能：1把光标撤回到显示器的左上方;2把地址计数器(AC)的值设置为0;3保持DDRAM的内容不变。3.进入模式设置指令功能：设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。4.显示开关控制指令功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下：位名设置D0=显示功能关1=显示功能开C0=无光标1=有光标B0=光标闪烁1=光标不闪