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基于DS18B20的温度传感器设计(课程设计)

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基于DS18B20的温度传感器设计(课程设计)

摘要：本文针对DS18B20温度传感器的特性，设计了一种基于其的温度传感器系统。首先介绍了DS18B20传感器的原理和特点，然后详细阐述了系统的硬件设计、软件设计以及实验验证过程。通过实验测试，验证了该温度传感器系统的准确性和稳定性，为后续相关应用提供了有益的参考。

前言：随着科技的不断发展，温度传感器在工业、农业、医疗等领域得到了广泛的应用。DS18B20是一款具有高精度、低功耗、抗干扰能力强等特点的温度传感器，因此，对其进行深入研究具有重要的实际意义。本文以DS18B20温度传感器为基础，设计了一种基于其的温度传感器系统，并对系统进行了实验验证。

第一章DS18B20温度传感器概述

1.1DS18B20传感器简介

(1)DS18B20是一款高性能、低成本的数字温度传感器，由美国MAXIM公司生产。它采用单总线接口，具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、易于扩展等优点，广泛应用于工业、医疗、家庭等领域。DS18B20内部集成了温度传感器和数字信号处理器，能够直接输出温度值，无需进行模数转换，大大简化了系统的设计。

(2)DS18B20的测量范围宽，能够测量-55℃至+125℃的温度，其分辨率为9位，即0.5℃。该传感器具有非易失性存储器，能够存储上一次测量的温度值，即使断电后也能保持数据不丢失。此外，DS18B20支持多路复用技术，一个数据线可以连接多个传感器，极大地提高了系统的灵活性和扩展性。

(3)DS18B20的内部结构主要包括温度传感器、数字信号处理器、存储器、非易失性存储器、上拉电阻和温度报警阈值寄存器等。其中，温度传感器负责将温度信号转换为数字信号，数字信号处理器对温度信号进行处理，存储器用于存储温度值和报警阈值，非易失性存储器用于存储上一次测量的温度值，上拉电阻用于保证数据线的稳定，温度报警阈值寄存器用于设置温度报警阈值。这些特点使得DS18B20在众多温度传感器中脱颖而出，成为许多应用的首选。

1.2DS18B20传感器的工作原理

(1)DS18B20传感器的工作原理基于热敏电阻和模数转换器。当温度变化时，热敏电阻的阻值也会随之变化，这种变化通过模数转换器转换为数字信号。DS18B20内部集成了温度传感器和一个可编程的模数转换器，其分辨率为9位，即0.5℃，能够测量-55℃至+125℃的温度范围。例如，在25℃的环境下，DS18B20的输出代码为32768，而在0℃时输出代码为32768/2=16384。

(2)DS18B20采用单总线接口，通过一根数据线实现数据传输。在单总线通信中，数据线上的电平变化由传感器和微控制器共同控制。传感器通过数据线发送温度数据，微控制器通过数据线读取温度数据。这种通信方式具有节省引脚资源、降低系统复杂度的优势。例如，在读取温度数据时，微控制器首先发送一个复位脉冲，传感器接收到复位脉冲后，将数据线拉低，等待微控制器发送数据请求。

(3)DS18B20在测量温度时，首先进行温度传感器的采样，然后将采样结果转换为数字信号。在转换过程中，传感器内部的模数转换器将模拟信号转换为数字信号，同时将温度值转换为9位数字值。转换完成后，传感器将数字值通过数据线发送给微控制器。例如，在测量环境温度时，DS18B20可以将温度值转换为相应的数字信号，并通过数据线发送给微控制器，微控制器接收到信号后，即可得到环境温度值。这种工作原理保证了DS18B20具有高精度、低功耗、抗干扰能力强等特点。

1.3DS18B20传感器的特点与应用

(1)DS18B20传感器以其独特的设计和功能在众多温度测量设备中脱颖而出。其主要特点包括高精度测量、低功耗设计、抗干扰能力强以及易于扩展。例如，DS18B20的测量精度高达±0.5℃，这对于需要高精度温度控制的应用场景至关重要。此外，其低功耗特性使得传感器在电池供电的设备中尤为适用，如便携式温度计和无线温度监测系统。

(2)DS18B20的应用领域十分广泛，涵盖了工业控制、智能家居、医疗设备、科研实验等多个方面。在工业控制中，DS18B20可用于监测生产线上的温度变化，确保产品质量；在智能家居中，它可以用于智能温控系统，实现室内温度的精确控制；在医疗设备中，DS18B20可以用于监测患者的体温，提供准确的医疗数据。例如，在实验室中，DS18B20可以用于精确测量液体的温度，确保实验条件的稳定性。

(3)DS18B20的单总线接口设计大大简化了系统设计，减少了引脚数量和电路复杂性。这使得它