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1、实验一：温度传感器 在 智能冰箱中的应用班级：学号：姓名：成绩： 一、研究现状：在市场上，DS18B20是美国DALLAS 半导体公司继 DS1820之后最新推 出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被 测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读书方 式。可以分别在 93.75ms和750ms内完成 9位和12位的数字量，并且从 DS18B20读出的信 息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读 写，温度变换功率来源于数据总 线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供 电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20系统结构更趋简单
2、，可靠性更高，而 其超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度 高，附加功能强，使得 DS18B20更受欢迎。对于普通的电子爱好者来说，DS18B20的优 势更是学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。DS18B20的主要特征有：全数字温度转换及输出；先进的单总线数据通信；最高 12位分辨率，精度可达 土 0.5摄氏度；12位分辨率时的最大工作周期为 750毫秒；可选择寄生工作 方式；检测温度范围为- 550 C +125 C (-67 F +257 F);内置 EEPROM,限温报警功能；64位光刻ROM,内置产品序列号，方便多机挂接； 多样封装形式，适应不同硬件系统。DS18B
3、20以其较高的综合性能获得了较高的市场率，但其精度仅能实现-10 C+85 C下误差 05 C,这与其使 用的测温原理有关，DS18B20采用了不同温度系数的振荡器测量振荡周期的方 法进行测温，较高的非线性可能导致其精度无法提升。 纵观国外温度传感器的研 制情况，精度及其他指标最高的，还属于智能型的CMOS集成温度传感器。该传感器使用的是双极型晶体管的基极-发射极电压VBE作为测温信号，通过直 流低频 信号直接测量出温度的变化。从集电极电流IC和基极-发射极电压VBE之间著名的指数关 系，可以得到以下 VBE与绝对温度T的关系函数。 VBE(T)几乎是温度的线性函数，其典型的斜率是-2mV/K
4、。如果集电极电流比是 常数，两个不同集电极电流IC1和IC2驱动的晶体管 VBE的差值 AVBE 与绝对温度成正比关系(PTAT)。在一个带隙基准电压源中，放大的 AVBE加到VBE上产生一个与温度无关的基准电压VREF,在后面的 ADC中可以利用这些量准确的测量出与温度正比的物理量，从而计算得到比较准确的温度值。31国外的智能温度传感芯片多采用 9-12位的A/D转换器，其分辨力 可达0.5-0.0625C。这 些只能的温度传感器大多由片上 2-A ADC和数字总 线接口在CMOS工艺下实现。传感器使用衬底PNP晶体管用于产生温度传 感器和ADC的参考电压。通过使用斩波放大器和动态元件匹配使
5、得读出电路 获得了高的初始精度，采用二阶曲率校正获得高线性度。通过一系列的措施降低或消除各种非理想因素，最后使得传感器的温度偏差主要由 PNP晶体管的基 极-发射极电压决定的，并利用片内额外的晶体管测量校准得到环境温度，与传 感器的输出相比较 整理后得到最终结果。相比于传统的测量校准技术，这个方 案更迅速、生产成本更低。这几年来温度传感器的研究仍朝着精度更高、体积更小的发展趋势在前进。二、温度传感器在智能冰箱中的应用1、应用介绍：电冰箱温度控制系统是利用温度传感器 DS18B20采集电冰箱 冷藏室和冷冻室的温度，通过INTEL公司的高效微控制器 MCS-C51单片机进行 数字信号处理，从而达到
6、智能控制的目的。本系统可实现电冰箱冷藏室和冷冻室 的温度设置、电冰箱自动除霜、开门报警等功能。通过对直冷式电冰箱制冷系统的改进和采用模糊控制技术， 实现了电冰箱的 双温双控，使电冰箱能根据使用条件的变化迅速合理地调节制冷量， 且节能效果 良好。2、工作原理：根据冷藏室和冷冻室的温度情况决定是否开压缩机，若冷藏室的温度过高，则打开电磁冷门 V1,关闭阀门V2, V3,同时打开压缩机，产生高温 高压过热蒸气，经过冷凝器冷凝，干燥过滤器干燥，毛细节流管降压后，在蒸发 器汽化制冷，产生低温低压的干燥气体。经过电磁阀门 V1流入冷藏室，使冷藏 的温度迅速降低，当温度达到要求时关闭压缩机，同时关闭电磁阀门
7、V1。若是冷冻室的温度过高，则应打开 V2关闭V1, V3。电磁阀门V3主要用于冷冻室 的化霜。需要化箱时打开V3,从压缩机流出的高温高压气体流经冷冻室可匀速将 冷冻室霜层汽化。达到化霜的效果。一般化霜的时间要短，不然会伤存放的食品。3、原理图及分析:控制系统结构如图所示，主要由电源开关，电压检测装置，温度传感器，功 能按键，单片机，延时电路，显示电路，指示灯电路，除霜装置和故障报警装置 等够成。图1控制系统结构图DS1820M温原理如图2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响 很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化 其振荡率明显改变，所产生的信号作为计
8、数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄 存器被预置在-55c所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1 , 计数器1的预置将重新被装入，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。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测 温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1的预置值。图2 DS1820测温原理图在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5 C以9位数据格式表示，其 中最低有效位（LSB由比较器进行0.25 C比较，当计数器1中的余值转化成温 度后低于0.25 C时，清除温度寄存器的最低位（LSB ,当计数器1中的余值转 化成温度后高于0.25 C,置位温度寄存器的最低位（LSB 。三、学习体会：经过一段时间的学习，我对温度传感器的功能、种类、结构原理、当前的研 究现状和发展趋势都都有了一定的了解。 它的应用领域也十分广泛，它们的基本 原理都是将各种被测非电量的变化转换成电阻的变化量，然后通过对电阻变化量 的测量，达到非电量电测的目的，测量温度越来越精确。通过学习，发现自己掌 握的基础知识还不够牢靠，这次又补充了温度传感器方面的详细知识。受益匪浅， 今后还要继续努力。