【正文】 膨脹式溫度計(壓力式溫度計) 和固體膨脹式溫度計三大類。膨脹式溫度計可以用作標(biāo)準(zhǔn)儀器，廣泛用于測量設(shè)備，管道和容器的溫度； 在醫(yī)療衛(wèi)生和食品工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。缺點：不便于遠(yuǎn)距離測溫(壓力式溫度計除外) ，結(jié)構(gòu)脆弱，易壞。使用熱電阻作感溫元件的溫度計常稱為電阻溫度計。熱電阻必須與二次儀表配合使用才能指示出被測介質(zhì)的溫度。這種測溫的方法已廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)與民用生活中，在此基礎(chǔ)上，人們還將熱敏電阻與信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換集成在一塊芯片中，開發(fā)了集成溫度傳感器，使得設(shè)計出來的溫度自動控制系統(tǒng)既簡單可靠性又高，因此在業(yè)內(nèi)運用極廣。三、熱電偶熱電偶是用兩種不同成份的導(dǎo)體焊接在一起，兩端溫度不同時，在回路中就會有熱電勢產(chǎn)生，因此熱電偶是通過測量熱電勢從而測量溫度的一種感溫元件，它是一種變換器，它能將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栐儆娠@示儀表顯示出來。它是熱電效應(yīng)理論的具體應(yīng)用之一。優(yōu)點：測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)快，可作遠(yuǎn)距離測量， 測溫范圍廣。石英晶體溫度傳感器穩(wěn)定性很好， ℃以上。五、DS18B20傳感器（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供。 （3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 （5）溫范圍－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177。 （6）可編程的分辨率為9～12位，℃、℃、℃℃，可實現(xiàn)高精度測溫。 （8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。經(jīng)過以上分析，結(jié)合本系統(tǒng)的運用需要，決定選用電壓電流式集成溫度傳感器DS18B20作為系統(tǒng)的測溫傳感器。濕度檢測較之其它物理量的檢測顯得困難，這首先是因為空氣中水蒸氣含量要比空氣少得多；另外，液態(tài)水會使一些高分子材料和電解質(zhì)材料溶解，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質(zhì)結(jié)合成酸或堿，使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化，從而喪失其原有的性質(zhì)；再者，濕信息的傳遞必須靠水對濕敏器件直接接觸來完成，因此濕敏器件只能直接暴露于待測環(huán)境中，不能密封。微型化、集成化及廉價是濕敏器件的發(fā)展方向。該系統(tǒng)主要由以下功能塊系統(tǒng)構(gòu)成：中央控制處理器STC89C52組成的主機系統(tǒng)；環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輸出顯示與鍵盤控制系統(tǒng)等。電路分析我們在下一章節(jié)中進(jìn)行分析。（2）該系統(tǒng)能用軟件的方式控制硬件，所有用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)向硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)開發(fā)軟件自動完成的，易操作?？蛇m合大規(guī)模的現(xiàn)場制作。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。C~+125176。C 范圍內(nèi),精度為177。C。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從中央處理器到 DS18b20 僅需連接一條線（和地），讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供 ，而不需要外部電源。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。F至257176。F *以9 位數(shù)字值方式讀出溫度 *在1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 *用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置 *告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況） *應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產(chǎn)品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng)2 . 引腳排列3. 引腳說明 引 腳8腳SOIC引腳PR35符號說 明51GND地42DQ單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，漏極開路見。器件從單線的通信線取得其電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內(nèi)，斷開此電源 直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹埂? 圖31 DS18B20結(jié)構(gòu)框圖 與DS18B20的通信經(jīng)過一個單線接口。主機必須首先提供五種ROM操作命令之一：1） Read ROM(讀 ROM) ；2） Match ROM（匹配ROM)；3）Search ROM（搜索 ROM）；4）Skip ROM（跳過 ROM）； 5）Alarm Search（告警搜索）。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個特定的器件，并給總線上的主機指示存在多少器件及其類型。 一個控制操作命令指示DS18B20完成溫度測量，該測量的結(jié)果將放入 DS1820 的高速暫存存貯器（Scratchpad memory）通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果。如果不對DS18B20施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲器。對這些寄存器的讀訪問通過高速暫存存貯器。 2. 寄生電源(parasite power) 圖31示出寄生電源電路。寄生電源的優(yōu)點是雙重的：1）利用此引腳，遠(yuǎn)程溫度檢測無需本地電源；2）缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。因為DS18B20的工作電流高達(dá)1mA，5K的上拉電阻將使I/O線沒有足夠的驅(qū)動能力。 3. DS18B20的運用DS18B20通過使用在板溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。DS18B20 通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時鐘周期個數(shù)計數(shù)來測量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。同時，計數(shù)器用鈄率累加器電路所決定的值進(jìn)行予置。如果門開通時間仍未結(jié)束，那么此過程再次重復(fù)。通過改變溫度每升高一度，計數(shù)器必須經(jīng)歷的計數(shù)個數(shù)來實行補償。DS18B20 內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供 ℃的分辨力。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換因子查找表。 可用下述方法獲得更高的分辨力。然后讀取計數(shù)器中剩余的值，這個值是門周期結(jié)束后保留下來的值（COUNT_REMAIN）。用戶可以用下面的公式計算實際溫度值：4 . 報警搜索操作 DS18B20完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，就拿溫度值和存儲在TH和TL中的值進(jìn)行比較。TH或TL 的最高有效位直接對應(yīng)16位溫度寄存器的符號位。每進(jìn)行一次測溫就對這個標(biāo)識進(jìn)行一次更新。這樣就允許許多DS18B20并聯(lián)在一起同時測溫，如果某個地方的溫度超過了限定值，報警的器件就會被立即識別出來并讀取，而不用讀未報警的器件。最前面8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19h）。最后8位是以上56位的CRC碼。只有建立了 ROM 操作協(xié)議，才能對DS18B20進(jìn)行控制操作。成功進(jìn)行一次 ROM 操作后，就可以對 DS18b20 進(jìn)行特定的操作，總線控制器可以發(fā)出六個存儲器和控制操作命令中的任一個。總線控制器可以用64位ROM中的前56位計算出一個CRC值，再用這個和存儲在DS18b20中的值進(jìn)行比較，以確定ROM數(shù)據(jù)是否被總線控制器接收無誤。在任何使用CRC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸校驗的情況下，總線控制器必須用上面的公式計算出一個CRC值，和存儲在DS18B20的64位ROM中的值或 DS18B20內(nèi)部計算出的8位CRC值（當(dāng)讀暫存器時，做為第9個字節(jié)讀出來）進(jìn)行比較。當(dāng)在 DS18B20中存儲的或由其計算的CRC值和總線控制器計算的值不相符時，DS18B20內(nèi)部并沒有一個能阻止命令序列進(jìn)行的電路。 移位寄存器的各位都被初始化為0。移入8位CRC會使移位寄存器復(fù)0。存儲器由一個暫存RAM和一個存儲高低溫報警觸發(fā)值TH和TL的非易失性電可擦除（E2）RAM組成。數(shù)據(jù)先被寫入暫存器，這里的數(shù)據(jù)可被讀回。這一過程確保更改存儲器時數(shù)據(jù)的完整性。頭兩個字節(jié)包含測得的溫度信息。下面兩個字節(jié)沒有使用，但是在讀回數(shù)據(jù)時，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯1。還有一個第九字節(jié)，可以用讀暫存器命令讀出。圖32 DS18b20存儲器圖8. 單線總線系統(tǒng) 單線總線系統(tǒng)包括一個總線控制器和一個或多個從機。關(guān)于這種總線分三個題目討論：硬件結(jié)構(gòu)、執(zhí)行序列和單線信號（信號類型和時序）。為此每一個總線上的器件都必須是漏極開路或三態(tài)輸出。一個多點總線由一個單線總線和多個掛于其上的從機構(gòu)成。圖33 硬件結(jié)構(gòu)單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。在恢復(fù)期間，如果單線總線處于非活動（高電平）狀態(tài)，位與位間的恢復(fù)時間可以無限長。 通過單線總線端口訪問 DS1820 的協(xié)議如下： *初始化 *ROM 操作命令 *存儲器操作命令 *執(zhí)行/數(shù)據(jù) 通過單線總線的所有執(zhí)行（處理）都從一個初始化序列開始。存在脈沖讓總線控制器知道 DS18B20在總線上且已準(zhǔn)備好操作。所有 ROM 操作命令都8位長度。只有在總線上存在單只DS18B20的時候才能使用這個命令。 Match ROM [55h] 匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的DS18B20。所有和64位ROM序列不匹配的從機都將等待復(fù)位脈沖。 Skip ROM [CCh] 這條命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下右以節(jié)省時間。 Search ROM [F0h] 當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單線總線上有多少器件或它們的64位ROM編碼。 Alarm Search [ECh] 這條命令的流程圖和Search ROM相同。報警條件定義為溫度高于TH或低于TL。 b. I/O信號 DS18B20需要嚴(yán)格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。所有這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。 總線主機發(fā)送（TX）一復(fù)位脈沖（最短為480us的低電平信號）接著總線主機便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx ）。在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20等待1560us并且接著發(fā)送存在脈沖（60240us的低電平信號）。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置 2 和3。 Read Scratchpad [BEh] 這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到E2存儲器，DS18B20就會輸出一個“0”，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20則輸出“1”。 Convert T [44h] 這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而 DS18B20又忙于做時間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20將在總線上輸出 “0”，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出“1”。 Recall E2 [B8h] 這條命令把報警觸發(fā)器里的值拷回暫存器。若在這條命令發(fā)出之后發(fā)出讀時間隙，器件會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識： “0”=忙，“1”=完成。 d . 讀/寫時間隙 DS18B20的數(shù)據(jù)讀寫是通過時間隙處理位和命令字來確認(rèn)信息交換。有兩種寫時間隙：寫1時間隙和寫0時間隙。 I/O線電平變低后，DS18B20在一個15μs到60μs的窗口內(nèi)對I/O線采樣。 主機要生成一個寫0時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平并保持60μs。當(dāng)主機把數(shù)據(jù)線從高高平拉到低電平時，寫時間隙開始。因此，主機在讀時間隙開始后必須停止把I/O腳驅(qū)動為低電平15μs，以讀取I/O腳狀態(tài)。所有讀時間隙必須最少60μs，包括兩個讀周期間至少1μs的恢復(fù)時間。可以應(yīng)用于辦公自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。 　 特點： 　　全互換性 在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 　　長時間飽和下快速脫濕 　　可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸 　　高可靠性與長時間穩(wěn)定性 　　專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) 　　可用于線性電壓或頻率輸出回爐 　　快速反應(yīng)時間 HS1101工作原理溫度檢測采用HS1101型溫度傳感器，HS1101是HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬穸葌鞲衅?，采用獨特的工藝設(shè)計。圖34 濕度測量電路555芯片外接電阻R57，R58與HS1101，構(gòu)成對HS1101的充電回路。HS1101作為一個變化的電容器，仿真圖中由Cx代替，連接2和6引腳。可以通過微處理器采集555芯片的頻率，然后查表即可得出相對濕度值。整個系統(tǒng)硬件由三大部分組成：以DS18B20和HS1101溫濕度傳感器為主的溫濕度測量傳感部分、以STC89C52單片機為主的控制部分、以1602液晶顯示器為主的顯示部分。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。整個系統(tǒng)的電路原理圖如圖41所示：圖41 系統(tǒng)電路原理圖 溫度測量傳感部分溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)）向控制系統(tǒng)傳輸。RP1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電，在I/O線上不要求強的上拉。 濕度測量傳感部分HS1101是電容式濕度傳感器，由于電容不可直接測量，故選用555多諧震蕩電路檢測到頻率，然后由單片機計算的電容值，再根據(jù)電容值算出相應(yīng)的濕度值，這樣能較精確的測出當(dāng)前環(huán)境的相對濕度。Y1為12MHZ晶振與STC89C52的XTAL1和XTAL2引腳相連為系統(tǒng)提供時鐘頻率。 蜂鳴器電路原理蜂鳴器額定電流IB≤30mA，而對于AT89S52單片機，P1口的灌電流為 1．6mA，拉電流為60μA，由此可見，僅靠單片機的P1口電流是不能驅(qū)動蜂鳴器的，必須使用集晶體管放大電路，為了使單片