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，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。 [1]DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。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)字測溫和控制領(lǐng)域。

DS18B20的讀寫時序和測溫原理與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)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖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發(fā)送給計數(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)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。

感器參數(shù)

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

返回16位二進制溫度數(shù)值

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

在使用中不需要任何外圍元件，獨立芯片即可完成工作。

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

每個DS18B20都有獨立唯一的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位二進制數(shù)代表此刻探測的溫度值，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)代表溫度的絕對值，將其轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)值之后，再乘以0.0625即可獲得此時的溫度值。

它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：

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

2. 數(shù)字轉(zhuǎn)換器：DS18B20內(nèi)部包含一個數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將傳感器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。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. 存儲器：DS18B20還擁有一個小型存儲器，用于存儲傳感器的唯一標(biāo)識符(ROM代碼)和配置參數(shù)等信息。每個DS18B20傳感器都有自己獨特的64位ROM代碼，用于在1-Wire總線上進行尋址。

4. 控制電路：為了實現(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總線接口進行通信。1-Wire總線是一種基于單個數(shù)據(jù)線和地線的串行通信協(xié)議，它允許多個DS18B20傳感器通過單個數(shù)據(jù)線與主控器進行通信。

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)字溫度測量結(jié)果并與其他設(shè)備進行通信。

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)字信號轉(zhuǎn)換。

1. 熱敏電阻原理：

DS18B20內(nèi)部的溫度傳感器是一個熱敏電阻，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，電阻值升高;當(dāng)溫度降低時，電阻值降低。

2. 電路結(jié)構(gòu)：

DS18B20通過將電流通過熱敏電阻，測量電阻值來獲取溫度信息。傳感器內(nèi)部包含一個恒流源，用來驅(qū)動電流通過熱敏電阻。

3. 數(shù)字信號轉(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)換器對熱敏電阻的電壓進行采樣和量化，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這些數(shù)字信號經(jīng)過處理后，可以得到對應(yīng)的溫度值。

4. 存儲器和標(biāo)識符：

DS18B20內(nèi)部還包含一個小型的存儲器，用于存儲傳感器的唯一標(biāo)識符(ROM代碼)和配置參數(shù)等信息。這個標(biāo)識符可以用來在1-Wire總線上進行尋址和識別。

5. 1-Wire通信：

DS18B20采用了1-Wire總線協(xié)議進行與主控器的通信。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驅(qū)動恒定電流通過熱敏電阻，測量電阻值并使用內(nèi)部的數(shù)字轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度值。同時，它使用1-Wire通信協(xié)議與主控器進行通信。這種設(shè)計使得DS18B20具有簡單、精確和數(shù)字化的溫度測量能力。