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毕业设计（论文）

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DS18B20温度传感器课程设计报告

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DS18B20温度传感器课程设计报告

摘要：本论文以DS18B20温度传感器为核心，进行了一次课程设计。通过学习DS18B20传感器的工作原理，完成了从硬件设计、软件编程到系统集成的一系列工作。在硬件设计方面，设计了一个基于DS18B20的测温系统，并对系统进行了调试与测试；在软件编程方面，采用C语言编写了DS18B20的温度读取程序，并通过串口将数据发送至计算机；在系统集成方面，实现了传感器与上位机的数据传输，并对传输的数据进行了实时显示和处理。本文详细介绍了DS18B20传感器的应用原理、系统设计过程、程序实现及实验结果，具有一定的实用价值。

前言：随着物联网技术的飞速发展，各种智能传感器在工业、家居、医疗等领域得到了广泛应用。DS18B20作为一种低成本、高可靠性的数字温度传感器，具有独特的优势，因此在温度监测和控制领域得到了广泛关注。本文旨在通过对DS18B20温度传感器的课程设计，让学生了解其工作原理、系统设计方法以及编程技巧，提高学生的实际操作能力。

一、DS18B20温度传感器概述

1.DS18B20传感器简介

(1)DS18B20是一种高性能的数字温度传感器，由Maxim公司生产。该传感器采用单线制通信协议，通过一根数据线即可实现与微控制器的数据交互，大大简化了系统的硬件设计。其工作温度范围为-55℃至+125℃，测量精度可达±0.5℃，这使得DS18B20在众多领域都得到了广泛的应用。例如，在工业生产中，DS18B20常用于对环境温度、设备温度的实时监测，以保证生产过程稳定进行。此外，在智能家居领域，DS18B20也发挥着重要作用，如家庭中央空调、热水器的温度控制等。

(2)DS18B20采用非易失性存储器，即使在断电情况下，也能保留测量的温度值，这使得它在需要断电后恢复的场合中具有独特的优势。其内部集成了温度传感器、温度转换电路和微控制器，无需外部元件即可直接测量温度。在电路设计中，DS18B20只需简单的供电和接地即可正常工作。据统计，DS18B20自1999年上市以来，全球销量已超过数千万只，成为市场上最受欢迎的数字温度传感器之一。

(3)DS18B20的温度转换速度快，在1ms内即可完成温度测量，且转换精度高。在实际应用中，DS18B20能够满足多种温度监测需求。例如，在农业领域，利用DS18B20对农作物生长环境的温度进行监测，有助于实现智能化农业管理。在医疗领域，DS18B20可用于体温监测、病房环境温度控制等。此外，DS18B20还广泛应用于科研、军事、汽车、航空等领域，为各类温度监测和控制提供了可靠的技术支持。据统计，DS18B20在各个领域的应用案例已超过数十万个。

2.DS18B20的工作原理

(1)DS18B20温度传感器的工作原理基于热敏电阻和转换电路。传感器内部包含一个温度敏感的热敏电阻，当温度发生变化时，热敏电阻的阻值也会相应改变。DS18B20利用这一特性，将温度变化转换为电信号。首先，传感器通过一个温度敏感的N型半导体材料制成热敏电阻，当温度上升时，半导体中的自由电子数量增加，导致电阻值降低；反之，当温度下降时，电阻值升高。然后，DS18B20内置的模数转换器（ADC）将热敏电阻的阻值变化转换为数字信号。

(2)DS18B20的转换电路由温度敏感的热敏电阻、参考电压源、运算放大器、采样保持电路等组成。其中，运算放大器负责将热敏电阻的阻值变化转换为电压信号，采样保持电路则用于将模拟电压信号转换为数字信号。转换电路的工作原理如下：当温度发生变化时，热敏电阻的阻值变化引起参考电压源输出的电压变化，该电压变化通过运算放大器放大后，送入采样保持电路。采样保持电路将放大的电压信号转换为数字信号，并将其存储在内部的数据寄存器中。

(3)DS18B20采用单线制通信协议，通过一根数据线实现与微控制器的数据交互。单线制通信具有以下特点：数据传输速度快，通信距离远，抗干扰能力强，电路设计简单。在通信过程中，DS18B20通过数据线发送温度测量数据和状态信息，微控制器通过数据线读取这些信息。DS18B20的单线制通信原理如下：在数据线空闲状态下，微控制器向DS18B20发送一个脉冲信号，启动温度测量；DS18B20完成温度测量后，将测量结果通过数据线发送给微控制器。微控制器在接收到测量结果后，可以对其进行处理和分析，实现温度监测和控制功能。

3.DS18B20的特性及应用

(1)DS18B20温度传感器具有一系列显著特性，使其在多个行业中得到了广泛应用。首先，DS18B2