ds18b20溫度傳感器原理詳解

DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，其輸出的是數(shù)字信號(hào)，具有體積小，硬件開(kāi)銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。 [1]DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。

DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)發(fā)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。

感器參數(shù)

測(cè)溫范圍為-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范圍內(nèi)誤差為±0.4°。

返回16位二進(jìn)制溫度數(shù)值

主機(jī)和從機(jī)通信使用單總線，即使用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收

在使用中不需要任何外圍元件，獨(dú)立芯片即可完成工作。

掉電保護(hù)功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，通過(guò)配置寄存器可以設(shè)定數(shù)字轉(zhuǎn)換精度和報(bào)警溫度，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值。

每個(gè)DS18B20都有獨(dú)立唯一的64位-ID，此特性決定了它可以將任意多的DS18b20掛載到一根總線上，通過(guò)ROM搜索讀取相應(yīng)DS18B20的溫度值

寬電壓供電，電壓2.5V~5.5V

DS18B20返回的16位二進(jìn)制數(shù)代表此刻探測(cè)的溫度值，其高五位代表正負(fù)。如果高五位全部為1，則代表返回的溫度值為負(fù)值。如果高五位全部為0，則代表返回的溫度值為正值。后面的11位數(shù)據(jù)代表溫度的絕對(duì)值，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)值之后，再乘以0.0625即可獲得此時(shí)的溫度值。

它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：

1. 溫度傳感器：DS18B20使用了一個(gè)內(nèi)置的溫度傳感器，通常是一個(gè)熱敏電阻。該傳感器能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化來(lái)改變其電阻值，從而提供與溫度相關(guān)的電信號(hào)。

2. 數(shù)字轉(zhuǎn)換器：DS18B20內(nèi)部包含一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將傳感器輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠?qū)囟戎缔D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字溫度。

3. 存儲(chǔ)器：DS18B20還擁有一個(gè)小型存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)傳感器的唯一標(biāo)識(shí)符(ROM代碼)和配置參數(shù)等信息。每個(gè)DS18B20傳感器都有自己獨(dú)特的64位ROM代碼，用于在1-Wire總線上進(jìn)行尋址。

4. 控制電路：為了實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信，DS18B20內(nèi)部還包含了一些控制電路，用于處理1-Wire總線的通信協(xié)議。這些電路負(fù)責(zé)與主控器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、命令接收和響應(yīng)等操作。

5. 1-Wire接口：DS18B20采用了1-Wire總線接口進(jìn)行通信。1-Wire總線是一種基于單個(gè)數(shù)據(jù)線和地線的串行通信協(xié)議，它允許多個(gè)DS18B20傳感器通過(guò)單個(gè)數(shù)據(jù)線與主控器進(jìn)行通信。

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括溫度傳感器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、控制電路和1-Wire接口。這些組成部分協(xié)同工作，使得DS18B20能夠提供精確的數(shù)字溫度測(cè)量結(jié)果并與其他設(shè)備進(jìn)行通信。

ds18b20溫度傳感器的工作原理

DS18B20溫度傳感器是一種數(shù)字溫度傳感器，其工作原理基于熱敏電阻的特性和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換。

1. 熱敏電阻原理：

DS18B20內(nèi)部的溫度傳感器是一個(gè)熱敏電阻，即電阻值隨溫度的變化而變化。通常，它是由特殊材料(如銅、鎳或鉑)制成的。當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值升高;當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻值降低。

2. 電路結(jié)構(gòu)：

DS18B20通過(guò)將電流通過(guò)熱敏電阻，測(cè)量電阻值來(lái)獲取溫度信息。傳感器內(nèi)部包含一個(gè)恒流源，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)熱敏電阻。

3. 數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換：

DS18B20內(nèi)部的數(shù)字轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將熱敏電阻的電阻值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字溫度值。它使用了一種稱為Sigma-Delta調(diào)制的技術(shù)。數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)熱敏電阻的電壓進(jìn)行采樣和量化，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這些數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，可以得到對(duì)應(yīng)的溫度值。

4. 存儲(chǔ)器和標(biāo)識(shí)符：

DS18B20內(nèi)部還包含一個(gè)小型的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)傳感器的唯一標(biāo)識(shí)符(ROM代碼)和配置參數(shù)等信息。這個(gè)標(biāo)識(shí)符可以用來(lái)在1-Wire總線上進(jìn)行尋址和識(shí)別。

5. 1-Wire通信：

DS18B20采用了1-Wire總線協(xié)議進(jìn)行與主控器的通信。1-Wire總線只需要單根數(shù)據(jù)線和地線，通過(guò)主控器發(fā)送指令和接收傳感器的響應(yīng)。

DS18B20溫度傳感器工作原理是通過(guò)驅(qū)動(dòng)恒定電流通過(guò)熱敏電阻，測(cè)量電阻值并使用內(nèi)部的數(shù)字轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度值。同時(shí)，它使用1-Wire通信協(xié)議與主控器進(jìn)行通信。這種設(shè)計(jì)使得DS18B20具有簡(jiǎn)單、精確和數(shù)字化的溫度測(cè)量能力。