【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 困難的。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測(cè)表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過(guò)儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，最終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)：式中ε為材料表面發(fā)射率，ρ為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測(cè)量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過(guò)計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)測(cè)量和控制中就可以用此值對(duì)所測(cè)腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。 非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫逐漸由可見(jiàn)光向紅外線(xiàn)擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。 DS18B20溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出北側(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：①獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；②多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；③無(wú)須外部器件；④可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，~；⑤零待機(jī)功能；⑥溫度以9或12位數(shù)字量讀出；⑦用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；⑧報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；⑨負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警器觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶(hù)報(bào)警上下限。 64位ROM結(jié)構(gòu)圖DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。低5位一直為1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換得精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率，定義方法見(jiàn)表1。 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖 配置寄存器表1 DS18B20分辨率的定義規(guī)定 由表1可見(jiàn),DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng),而且設(shè)定的分辨率越高,在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮.高速暫存RAM的第6,7,8字節(jié)保存未用,可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性.當(dāng)DS18B20接收溫度轉(zhuǎn)換命令后,讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先,高位在后,℃/. 溫度數(shù)據(jù)值格式當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí),表示測(cè)得的溫度值為正值,可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí),表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值,要先將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼,. 表2 DS18B20溫度與測(cè)得值對(duì)應(yīng)表DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后,就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH,TH或TTL,則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志置位,可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索.在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼(CRC).主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比較,以判斷主機(jī)收到ROM數(shù)據(jù)是否正確.,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖送給減法計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí),DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)震蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù),每次測(cè)量前,首先將55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1,溫度寄存器中,減法計(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.減法計(jì)數(shù)器1所對(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)減法計(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,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將被重新裝入,減法計(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,其輸出用于減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程,直到溫度寄存器值達(dá)到被預(yù)測(cè)值.另外,由于DS18B20單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的,它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要,:初始化DS18B20→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù). DS18B20測(cè)溫原理圖㈣ DS18B20與單片機(jī)的接口電路 DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時(shí)DS18B20的1腳接地,2腳作為信號(hào)線(xiàn),為為保證有效DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,總線(xiàn)上必須有強(qiáng)的上拉,，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。本章主要對(duì)溫度傳感器有了更深刻的了解。對(duì)溫度傳感器的工作原理和各溫度傳感器的分類(lèi)以及工作原理，適用范圍有了進(jìn)一步了解。并對(duì)即將進(jìn)行的基于DS18B20數(shù)字溫度測(cè)量?jī)x中DS18B20的工作原理及其特性有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解，對(duì)DS18B20的工作狀態(tài)的劃分和基本構(gòu)成電路有了進(jìn)一步的了解。對(duì)下一章硬件電路設(shè)計(jì)部分是一個(gè)重要的補(bǔ)充和鋪墊。3 硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)由DS18B20溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送入單片機(jī)。然后通過(guò)A89S51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)兩位共陽(yáng)極7段LED數(shù)碼管顯示測(cè)量溫度值。如附錄中本設(shè)計(jì)硬件電路圖所示，本電路主要有DS18B20溫度傳感器芯片，兩位共陽(yáng)極數(shù)碼管，AT89S51單片機(jī)及相應(yīng)外圍電路組成。其中DS18B20采用“一線(xiàn)制”與單片機(jī)相連。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：。 數(shù)字溫度計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示，控制器使用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器使用DS18B20，用4位公陽(yáng)LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。該系統(tǒng)采用的是美國(guó)DALLAS公司的單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器,ATMEL公司的單片機(jī)AT89S52作為處理器,配以四位共陽(yáng)數(shù)碼管整個(gè)系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)緊湊,功能完善。系統(tǒng)工作原理如下:。經(jīng)單片機(jī)處理后顯示溫度值。所示?！』贒S18B20的單總線(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)電路原理圖 AT89S51介紹AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存