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DS18B20数字式温度传感器


DS18B20 数字式温度传感器,与传统的热敏电阻有所不同的是,使用集成芯片, 采用单总线技术,其能够有效的减小外界的干扰,提高测量的精度。同时,它可以 直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理, 接口简单, 使数据传输和处理简 单化。 部分功能电路的集成,使总体硬件设计更简洁,能有效地降低成本,搭建电 路和焊接电路时更快,调试也更方便简单化,这也就缩短了开发的周期 。 DS1

8B20 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℃ 范围内,精度为± 0.5℃ 。 ( 3 )在使用中不需要任何外围元器件即可实现测温。 ( 4 )多点组网功能。多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上,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 9~12 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 EEPROM,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。 二、DS18B20 测温原理

DS18B20 的内部测温电路框图 低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小, 用于产生固定频率的脉冲信号送 给减法计数器 1,为计数器提供一频率稳定的计数脉冲。高温度系数晶振随温度变 化其震荡频率明显改变,很敏感的振荡器,所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲 输入,为计数器 2 提供一个频率随温度变化的计数脉冲。图中还隐含着计数门,当 计数门打开时,DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数,进而完 成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将 -55℃ 所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中,减法计数器 1 和温度 寄存器被预置在-55℃ 所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生 的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1, 减法计数器 1 的预置将重新被装入, 减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产 生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时,停止温度寄存器 值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测 温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就 重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值。 三、DS18B20 的管脚排列及封装图

DS18B20 实物管脚分布图 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,电源供 电 3.0~5.5V (在寄生电源接线方式时接地)。 DS18B20 的硬件接口非常简单。供电方式为计生电源供电或外部供电。

寄生电源工作方式 采用寄生电源供电时,在远程温度测量和测量空间受限的情况下特别有价值。寄 生电源供电的原理是在数据线为高电平的时候“窃取”数据线的电源,电荷被存储 在寄生供电电容上,用于在数据线为低的时候为设备提供电源。需要注意的是, DS18B20 在进行温度转换或者将高速缓存里面的数据复制到 EEPROM 中时, 所需的电 流会达到 1.5mA,超出了电容所能提供的电流,此时可采用一个 MOSFET 三极管来供 电。

外接电源工作方式

当 DS18B20 采用外部供电时,只需将其数据线,与单片机的一位双向端口相连就 可以实现数据的传递。 注意:当温度高于 100℃ 时,不能使用寄生电源,因为此时器件中较大的漏电流 会使总线不能可靠检测高低电平,从而导致数据传输误码率的增大。 四、DS18B20 内部结构

DS18B20 的内部结构 DS18B20 内部结构如图所示,主要由四部分组成:64 位光刻 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。 光刻 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。64 位光刻 ROM 的排列是:开始 8 位(地址: 28H )是产品类型标号, 接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号,并且每个 DS18B20 的序列号都不相同, 因此它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码;最后 8 位则是前面 56 位的循环冗 余校验码( CRC=X8+X5+X4+1 )。由于每一个 DS18B20 的 ROM 数据都各不相同,因 此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻址, 从而实现一根总线上挂接 多个 DS18B20 的目的。

64B 闪速 ROM DS18B20 中的温度传感器用于完成对温度的测量,它的测量精度可以配置成 9 位,10 位,11 位或 12 位四种状态。温度传感器在测量完成后将测量的结果存储在

DS18B20 的两个 8BIT 的 RAM 中,单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在 前,高位在后。数据的存储格式如下表(以 12 位转化为例):

温度信号寄存器格式 这是 12 位转化后得到的 12 位数据, 存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中, 二进 制中的前面 5 位是符号位,如果测得的温度大于 0,这 5 位为 0 ,只要将测到的数 值乘于 0.0625 即可得到实际温度;如果温度小于 0,这 5 位为 1,测到的数值需要 取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。 例如:+125℃的数字输出为 07D0H,+25.0625℃的数字输出为 0191H,-25.0625℃ 的数字输出为 FF6FH,-55℃的数字输出为 FC90H 。 DS18B20 完成温度转换后, 就把测得的温度值与 TH, 作比较, T>TH 或 T<TL, TL 若 则将该器件内的告警标志置位,并对主机发出的告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告警搜索。

#include<reg51.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code table[]={"Now temperature: sbit RS=P3^7; sbit E=P3^5; sbit DQ=P3^3; sbit sounder=P1^0; sbit button1=P1^1; uint tem,a; void delay(uint x) {while(x--);} void write_zl(uchar zl) {E=0; RS=0; P0=zl; E=1; delay(500); E=0; } void write_sj(uchar sj) {E=0; RS=1; P0=sj; E=1; delay(500); E=0; } void init_lcd() { write_zl(0x38);//开显示 write_zl(0x01);//清屏 write_zl(0x06);//整屏不移动 write_zl(0x0C);//不开光标 } void init_18b20() { DQ=1; delay(8); //延时 DQ=0; delay(80); DQ=1; delay(20); } void write_dat(uchar dat) { uchar i,k; k=dat;

C"} ;

for(i=0;i<8;i++) { DQ=0; DQ=k&0x01;//从低位开始 delay(5); DQ=1; k>>=1; } delay(4); } int read_sj() { uchar j,date; for(j=0;j<8;j++) { DQ=1; delay(1); DQ=0; date=date>>1; DQ=1; if(DQ==1) // date|=0x80; delay(4);} return(date); } void temperaturechange() { uint tempH,tempL; init_18b20(); write_dat(0xcc);//只对一个操作就跳过读序列号操作 write_dat(0x44); //启动温度转换 delay(60000); delay(33750);//需要 93.75ms init_18b20(); write_dat(0xcc); write_dat(0xbe);//读温度寄存器 tempL=read_sj();//读取温度低位 LSB tempH=read_sj();//读取温度高位 MSB if(tempH&0x80) //高 5 位是 1 为负数 { a=1; tem=tempH; tem<<=8; //共 16 位 tem=tem|tempL; //合并高低位数 tem=~tem+1; tem=tem*(0.0625);

} else { a=0; tem=((tempH*256)+tempL)*0.0625;//转换实际温度 } } void write_temperature(uint temp) //温度正负显示 { uint bai,shi,ge; bai=temp/100; shi=temp%100/10; ge=temp%10; if(a==1) { if(shi>0) {write_zl(0x80+0x40+3); write_sj('-'); write_zl(0x80+0x40+4); write_sj(0x30+shi); } else { write_zl(0x80+0x40+3); write_sj(0x00); write_zl(0x80+0x40+4); write_sj('-');} }

else { if(bai>0) //若 bai 显示 shi 肯定显示 { write_zl(0x80+0x40+3); write_sj(0x30+bai); write_zl(0x80+0x40+4); write_sj(0x30+shi); } else { if(shi>0) //否则判断 shi 是否显示 { write_zl(0x80+0x40+4); write_sj(0x30+shi); } else { write_zl(0x80+0x40+4);

write_sj(0x00); } write_zl(0x80+0x40+3); write_sj(0x00); } }

write_zl(0x80+0x40+5); //个位公用总的显示 write_sj(0x30+ge); } void main() { uchar n; init_lcd(); while(1) { write_zl(0x80); for(n=0;n<20;n++) write_sj(table[n]); temperaturechange(); write_temperature(tem); } }

HUMIREL 湿度传感器 HS1101/HS1100 基于独特工艺设计的电容元件,这些相对湿度传感器可以大批量 生产。可 以应用于办 公自动化,车厢内空气质量控制,家电,工业控制系统等。在需要湿度补 偿的场合他 也可以得到很大的应用。 特点: 全互换性 在标准环境下不需校正 长时间饱和下快速脱湿 可以自动化焊接,包括波峰焊或水浸 高可靠性与长时间稳定性 专利的固态聚合物结构 可用于线性电压或频率输出回炉 快速反应时间 最大参数值 (Ta=25℃ 除非特别标定) 参数 符号 参数值 单位 工作温度 Ta -40~100 ℃ 储存温度 Tstg -40~125 ℃ 供电电压 Vs 10 Vac 湿度范围 RH 0~100 %RH 焊接时间@T=260℃ t 10 S 特征参数 (Ta=25℃,@10KHz,除非特别标定) 特征参数 符号 Min Typ Max 单位 湿度测量范围 RH 1 99 5 供电电压 Vs 5 10 V 标称电容@55%RH C 177 180 183 pF 温度效应 Tcc 0.04 pF/℃ 平均灵敏度(33%~75%RH) △C/%RH 0.34 pF/%RH 漏电流 Ix 1 nA 恢复时间@150 小时结露 tr 10 s 迟滞 +/-1.5 % 长时间稳定性 0.5 %RH/yr 反应时间 ta 5 S 曲线精度(10%~90%) +/-2 %RH

可以按要求提供详细的说明书 Apollo 深圳光之神电子 http://www.i-Apollo.com 特征曲线 Calibration data are traceable to NIST standards through CETIAT laboratory 工作频率:10KHz Ta=25℃ Polynomial response: 测量频率影响 本说明书里的电容测量都是在 10KHz 条件下测的,但是传感器并没有限制 必须工作在 5K~100KHz。可以用以下的公式做校正: 极性 测量时为了达到更好的互换性,回路中需要把传感器的第 2 脚接地。这脚 已经标记在传感头的背面的标签上。 焊接说明: 参考应用注意事项 HPC007 VA 线性电压输出回路 内部电路方块图 5~99%RH 典型温度影响:+0.1%RH/℃(10~60℃) 电压输出典型参数(@VCC=5V,25℃) RH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vout - 1.41 1.65 1.89 2.12 2.36 2.60 2.83 3.07 3.31 3.55 Apollo 深圳光之神电子 频率输出回路 注释 此电路为典型的 555 非稳态电路。HS1101/HS1100 作为电容变量接在 555 的 TRIG 与 THRES 两引脚上,引脚 7 用作电阻 R4 的短路。 等量电容 HS1101/HS1100 通过 R2 与 R4 充电到门限电压(约 0.67Vcc), 通过 R2 放电到触发电平(约 0.33Vcc),然后 R4 通过引脚 7 短路到地。传感 器由不同的电阻 R4 与 R2 充放电,其工作循环可以描述如下: Thigh=C@%RH*(R2+R4)*ln2 Tlow=C@%RH*R2*ln2 F=1/(Thigh+Tlow)=1/(C@%RH*(R4+2*R2)*ln2) 输出循环周期=Thigh*F=R2/(R4+2*R2)

为了使循环时间降低 50%,则与 R2 相比,R4 应该非常小,但是不要低于 最小值。 电阻 R3 是为了短路保护,555 必须为 CMOS。 注释: 555 电路的非平衡电阻 R1 是做内部温度补偿,目的是为了引入温度效应, 使它与 HS1101/HS1100 的温度效应相匹配。 必须象所有的 R-C 时钟电阻的要 R1 求一样,1%的精度,最大的温度效应应该小于 100ppm。由于不同型号的 555 的内部温度补偿有所不同,R1 的值必须与特定的芯片相匹配。。为了保证在 55%RH 的典型湿度值为 6660Hz,R2 也需要做稍许修正。如下表: 555 R1 R2 TLC555 909K 576 TS555 100nF 电容 523 7555 1732K 549 LMC555 1238 562 频率输出典型参数(REFERENCE POINT AT 6660Hz FOR 55%RH/25℃) RH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fr 7351 7224 7100 6976 6853 6728 6600 6468 6330 6186 6033 555 为典型的 CMOS 类型。TLC555(RH:百分比相对湿度,F:频率 Hz) Polynomial response: 测量误差与寄生电容曲线: 应该特别注意减 小输出寄生电容。 寄生电容会在电 路上与传感器并 联,造成 输出漂 移。 Apollo 深圳光之神电子 合理安装: HS1101/HS1100 经鉴定可以承受符合 MIL STD 750 规定的所有的焊接。如: 焊接温度与可焊性 高温高湿环境下的寿命@93%RH/60℃ : 1000Hours 波峰焊 260℃ + 45℃去离子水洗 低湿储存寿命@RH<10%/23℃: 1000Hours 机械冲击 1500g ,5blows,3direction 环境温度下浸入水中或处于 80℃ 环境下时间: 160Hours 震动 震动(F=100-2000Hz),固定(F=35Hz) 可以抵抗 75000ppm 的酸 气如含氮化合物、硫化物、氯乙 恒定加速度 永久标志 醇

ESD (静电)人体或机械方式 可以抵抗一些家用器具、汽车及消耗器具 产生的化学物质 有盐气体 MIL STD 750 / Method 1041 / 96 Hours 温度循环 -40℃/+70℃


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