基于DS18B20温度传感器的温度测量系统设计.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

基于DS18B20温度传感器的温度测量系统设计

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

基于DS18B20温度传感器的温度测量系统设计

摘要：本文针对基于DS18B20温度传感器的温度测量系统设计进行了研究。首先介绍了DS18B20温度传感器的基本原理和特性，然后详细阐述了温度测量系统的硬件设计、软件设计以及系统测试。通过实验验证了系统的稳定性和准确性，为实际应用提供了有力支持。本文共分为六个章节，分别为引言、传感器原理、系统设计、硬件设计、软件设计、系统测试与验证以及结论。本文的研究成果对提高温度测量系统的性能和应用具有参考价值。

随着科技的发展，温度测量技术在工业、农业、医疗等领域得到了广泛应用。传统的温度测量方法存在精度低、可靠性差、操作复杂等问题。因此，研究一种基于新型传感器的温度测量系统具有重要意义。本文针对DS18B20温度传感器，设计了一种高精度、低成本的温度测量系统，并对系统进行了详细的研究和实验验证。

一、传感器原理

1.DS18B20温度传感器简介

DS18B20是一款高度集成的数字温度传感器，以其出色的性能和可靠性在众多温度测量应用中脱颖而出。该传感器采用单总线接口，使得系统设计变得简洁而高效。其测量范围为-55℃至+125℃，精度可达±0.5℃，这种高精度性能使其在工业、医疗、科研等领域得到了广泛应用。例如，在工业制造过程中，DS18B20可以用于实时监测设备温度，确保生产过程的稳定性和产品质量。

DS18B20的内部结构包括一个温度传感器、一个转换器和单总线接口。温度传感器负责检测环境温度，而转换器则将温度信号转换为数字信号，通过单总线接口输出。这种结构设计使得DS18B20具有极低的功耗，适合长期稳定运行。在实际应用中，DS18B20能够通过单总线与微控制器进行通信，从而实现远程温度监测和控制。以智能家居系统为例，DS18B20可以用于监测室内温度，并通过微控制器控制空调等设备，实现室内温度的智能调节。

DS18B20的温度测量速度快，响应时间短，通常在1ms内即可完成温度数据的采集。此外，该传感器具有出色的抗干扰能力，能够在恶劣的工业环境中稳定工作。其单总线接口简化了电路设计，减少了布线成本。据相关数据显示，DS18B20的单总线接口最多可以连接多达64个传感器，大大提高了系统的扩展性和灵活性。在大型工业项目中，DS18B20的这种特性使得系统设计更加灵活，可以满足不同场景下的温度测量需求。

2.DS18B20温度传感器工作原理

DS18B20温度传感器的工作原理基于其内部的热敏电阻和模数转换器。该传感器采用独特的单总线通信协议，使得多个DS18B20传感器可以同时连接到同一数据线上，实现多点的温度监测。以下是DS18B20温度传感器工作原理的详细描述：

(1)温度测量：DS18B20内部包含一个热敏电阻，其阻值随温度变化而变化。当环境温度发生变化时，热敏电阻的阻值也会相应改变。DS18B20内部电路会根据热敏电阻的阻值变化，通过测量电路将温度转换为数字信号。具体来说，DS18B20内部有一个温度放大器，将热敏电阻的微小变化放大，然后通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号。

(2)模数转换：DS18B20内部采用逐次逼近型模数转换器（SARADC），将温度信号转换为数字信号。这种转换器具有高分辨率，通常可以提供9位到12位的转换精度。在DS18B20中，转换精度为9到12位，即温度测量值可以精确到0.0625℃至0.015625℃。转换后的数字信号存储在传感器的内部寄存器中，可以供外部设备读取。

(3)单总线通信：DS18B20采用单总线通信协议，允许多个传感器同时连接到同一数据线上。该协议具有以下特点：①数据传输速率可达1.5MB/s，适用于高速数据传输；②数据传输方向可双向，支持数据的读写操作；③具有地址识别功能，每个DS18B20传感器都有一个唯一的64位序列号，通过地址识别，可以实现对多个传感器的独立控制。在单总线通信过程中，DS18B20传感器通过数据线上的电压变化来识别外部设备的指令，并将温度数据发送给外部设备。

在DS18B20的工作过程中，外部设备首先向传感器发送一个启动信号，传感器接收到启动信号后，将内部寄存器的温度数据输出到数据线上。外部设备读取数据后，发送一个停止信号，传感器接收到停止信号后关闭数据线。在数据传输过程中，DS18B20传感器会根据外部设备的指令进行温度测量、数据转换和通信。这种工作原理使得DS18B20在多个领域得到广泛应用，如家庭自动化、工业控制、医疗监测等。

3.DS18B20温度传感器特性

DS18B20温度