基于数字温度传感器的温度测量仪表设计综述

《基于数字温度传感器的温度测量仪表设计综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

基于数字温度传感器的温度测量仪表设计文献综述一、前言：温度的测量和控制在储粮仓库、智能控制及其它的工农业生产和科学研究中应用广泛。温度检测的传统方法是使用诸如热电偶、热电阻这样的模拟传感器，经信号取样电路、放大电路和A/D转换电路处理，获取表示温度值的数字信号，再交由微处理器处理。这种方法电路复杂，设备杂多，一定程度上影响了测温的可靠性。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，用单片机和数字温度传感器来实现温度测温是智能数字温度设计的一大亮点。随着单片机的飞速发展，功能变得越来越强大，可以实现很多电路系统的设计。基于数字温度传感器的温度测量仪表就是一个很好的例子，将数字温度传感器与单片机最小系统相连，通过LED数码管或液晶显示屏显示出来，可以直观、方便、快速的测量温度。二、主题：1.温度测量仪表的发展历史温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验中，有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为1℃和0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计往往读数比较困难，不易读准，并且使用非常不方便。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用[1]。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。但是，作为应用系统设计人员需要根据系统要求选用适宜的传感器，并与自己设计的系统连接起来，从而构成性能优良的监控系统。20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1℃。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9～12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5～0.0625℃。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125℃，测温精度为±0.2℃。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。Maxim公司生产的DS1620，DS1620是直接数字输出的温度传感器，采用DS1620不需要在AT89S51系统中扩展A/D转换器，因此可以降低电路的复杂性[5.6]。DS1620是一片8 引脚的片内建有温度测量并转换为数字值的集成电路，他集温度传感、温度数据转换与传输、温度控制等功能于一体。测温范围：-55～+125℃，精度为0.5℃。该芯片非常容易与单片机连接，实现温度的测控应用，单独做温度控制器使用时，可不用外加其他辅助元件[7]。DS1620可把测得的温度用9位的数据表示出来，同时，本身还有3个温度报警输出，因此在恒温箱、温度计及其它对温度敏感的系统中得到了广泛的应用。2.温度传感器的发展历史、研究现状温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；数字温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。传统的分立式温度传感器——热电偶传感器：热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃[8]。模拟集成温度传感器：集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。其主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单[2]。数字温度传感器：数字温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。数字温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。数字温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平[3.4]。3.数字温度计的发展方向进入21世纪后，提高测温精度和分辨率、增加测试功能、总线技术的标准化和规范化、可靠性和安全性设计、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技研究是数字温度计的主要发展方向。4．基于数字温度传感器测温仪表的实现数字温度传感器采用半导体集成电路与微控制器技术，在一个芯片上集成了温度测量模块、数据信号转换模块、计算机接口模块、存储模块等。系统结构简单，抗干扰能力强，不仅可以完成温度检测功能，还可以同时完成可预置温度报警、多路A/D转换、温度补偿功能[10]。数字温度传感器能够直接输出数字量， 其输出的数字信号直接送入51系列单片机进行处理，待测量稳定后，在LED显示窗口上显示出被测温度。三、总结：在传统的测温电路设计中，使用热敏电阻之类的温度传感元件，利用其感温效应，将被测温度转换成电压或电流采集过来，进行A/D转换，将模拟温度值转换成对应的数字温度值，再通过显示设备显示出来。这种电路需要A/D转换电路，所以电路相对复杂。数字温度传感器集成了A/D转换器，可以很容易的连接到单片机的I/O口。随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度测量仪表的要求也越来越高。所以在扩展测温范围、扩大测温对象、显示数字化和检定自动化等方面的研究应投入更多的时间和精力。四、参考文献：[1]游博坤，詹宝.温度测量仪表.北京-机械工业出版社.1982.9.[2]韩志军,沈晋源,王振波.《单片机应用系统设计——入门向导与设计实例》M.北京：机械工业出版社.2005.[3]王幸之，钟爱琴等.《AT89系列单片机原理与接口技术》[M].北京-北京航空航天大学出版社.2004.[4]周美娟.单片机技术及系统设计[M].北京-清华大学出版社.2007.[5]常健生.数字传感器.长春-东北师范大学出版社.1988.8.[6]滕召胜，李继，黄大春等.基于数字温度传感器DS1620的储粮温度自动测试系统[J].仪表技术和传感器.2000.（2）：28-30.[7]王主军.数字式温度测控芯片DS1620在温度测量中的应用[J].电子技术应用.1999.25（6）：71-72.[8]刘洋,吴双,赵永刚.热电偶温度传感器的研究与发展现状[M].中国仪器仪表.2003.11:1-3.[9]张欣，孙宏昌，尹霞.单片机原理与C51程序设计基础教程.北京-清华大学出版社.2010.7.[10]杨帆.传感器技术.西安-西安电子科技大学出版社.2008.9.