现代传感器技术及其应用(温度传感器)

由以上数据就可得到湿度和温度的值，计算方法： humi (湿度)= byte4 . byte3=45.0 (％RH)
temp (温度)= byte2 . byte1=28.0 ( ℃)
jiaoyan(校验)= byte4+ byte3+ byte2+ byte1=73(=humi+temp)(校验正确) 注意：DHT11一次通讯时间最大3ms，主机连续采样间隔建议不 小于100ms。
2.1
金属热电阻传感 器
工作原理—— 利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理 进行测温的。 测温范围—— -220850℃范围内的温度，少数情况下，低温可 测量至1K（-272℃），高温可测量至1000℃。 主要材料—— 铂和铜。
Rt
显示 仪表
图 2 金属热电阻传感器测量示意图
1） . 铂热电阻
1.2 AD590集成温度传感器特性
• AD590是美国模拟器件公司生产的单片 集成两端感温电流传感器,是一种已经IC 化的温度感测器,它会将温度转换为电流。 其规格如下： • 1） 每增加1℃,它会增加1μA输出电流 • 2） 可测量范围-55℃至150℃ • 3） 供电电压范围+4V至+30V
用来量度物体温度数值的标尺叫温标。
它规定了温度的读数起点（零点）和测 量温度的基本单位。
华氏温标（℉）——在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸 点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为F。
1 温标
温 标
摄氏温标(℃)——在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点 为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度℃，符号为t。 热力学温标（K）——规定分子运动停止时的温度为绝对温度 （0K），符号为T。热力学温标的零点—绝对零度，是宇宙低温的 极限，宇宙间一切物体的温度可以无限地接近绝对零度但不能达 到绝对零度（如宇宙空间的温度为0.2K）。
ห้องสมุดไป่ตู้
293.2 303.2 313.2 323.2 333.2 373.2
uA uA uA uA uA uA
2.932 V 3.032 V 3.132 V 3.232 V 3.332 V 3.732 V
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所 需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L， M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电 路外形如图1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端 V＋；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传 感器的电路符号如图2所示。 AD590相当于一个温度控制的恒流源，输出电流大小只与 温度有关，且与温度成正比。只需一个精密电阻，就可以将电 流（温度）信号转化为电压信号，总的灵敏度系数通过该电阻 设定。AD590的温度系数是1μA/K，即温度每增加1K，它会增 加1μA输出电流。其输出电流是以绝对温度零度-273℃为基准， 每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此 -10℃到100℃时 AD590输出电流为263μA到373μA。ADC0809的输入电压为0-5V， 所以需要电流-电压转换电路。
传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据(湿度、温度、 整数、小数)之间应该分开处理。如果，某次从传感器中读取如下 5Byte数据： byte4 byte3 byte2 byte1 byte0
00101101 00000000 00011100 00000000 01001001 整数 湿度 小数 整数 温度 小数 校验和 校验和
图1 温度传感器的组成框图
温 度 测 量 方 法
接触式——感温元件与被测对象接触，彼此进行热量交换，使感温元件与 被测对象处于同一环境温度下，感温元件感受到的冷热变化即是被测对象 的温度。常用的接触式测温的温度传感器主要有热膨胀式温度传感器、热 电偶、热电阻、热敏电阻、半导体温度传感器等。 非接触式——利用物体表面的热辐射强度与温度的关系来测量温度的。通 过测量一定距离处被测物体发出的热辐射强度来确定被测物的温度。常见 的非接触式测温传感器有：辐射高温计、光学高温计、比色高温计、热红 外辐射温度传感器等。
接触测量
非接触测量
红 外 线 测 温
2 电阻式温度传感器
电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化 而变化的原理来测量温度的，即材料的电阻率随温度的变化而变化， 这种现象称为热电阻效应。当温度升高时，虽然自由电子数目基本 不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加， 因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会 遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加。 把由金属导体铂、铜、镍等制成的测温元件称为金属热电阻， 分类 简称热电阻传感器； 把由半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
void RH(void) { //主机拉低18ms P2_0=0; Delay(180); P2_0=1; //总线由上拉电阻拉高 主机延时20us Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); //主机设为输入 判断从机响应信号 P2_0=1; //判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!P2_0) //T ! { U8FLAG=2; //判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束 while((!P2_0)&&U8FLAG++); U8FLAG=2; //判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态 while((P2_0)&&U8FLAG++); //数据接收状态 COM();
DHT11 数据结构
DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。 即，单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数 据包由5Byte（40Bit）组成。数据分小数部分和整数 部分,具体格式在下面说明。 一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格 式： 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bit温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和 校验和数据为前四个字节相加。

1 . 铂热电阻的电阻-温度特性
•
铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以在温度传感器中 得到了广泛应用。 • 铂电阻的测量范围为 -200～850℃。 • -200 ～ 0 ℃的温度范围内为：Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)] • 0 ～ 850℃的温度范围内为： Rt=R0(1+At+Bt2) • • • 式中Rt和R0分别为t和0℃时的铂电阻值；A、B、和C为常数，其数 值为 A = 3.9684*10-3/℃ B = - 5.847*10-7/℃ 分度号分别为Pt10、 Pt50、Pt100，其中 Pt100最常用。铂热电 阻不同分度号对应有相 应分度表，即Rt – t 的关系
引脚图
工作原理
流程图
AD590温度传感器
信号提取和处理
AD转换
单片机处理和显示
任务2 温湿度传感器
• DHT11温湿度传感器特性
• 工作电路原理
DHT11温湿度传感器特性
•
DHT11 是广州奥松有限公司生产的一款湿温度一 体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿 元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单 片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连 接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11 与单 片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要 一个I/O 口。传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数 据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校 验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11功耗很 低，5V电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。
AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好 的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1uA。 AD590温度与电流的关系如下表所示 摄氏温度 0℃ 10℃ AD590电流 273.2 uA 283.2 uA 经10KΩ 电压 2.732V 2.832 V
20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 100℃
性能指标和特性如下： 工作电压范围：3.5V-5.5V 工作电流 ：平均0.5mA
湿度测量范围：20－90％RH 温度测量范围：0－50℃
湿度分辨率 ：1％RH 8位
温度分辨率 ：1℃ 采样周期 单总线结构 与 TTL 兼容（5V） ：1S 8位
引脚图
DHT11数字湿温度传感器连接方法极为简单。第一脚接电源正， 第四脚接电源地端。数据端为第二脚。可直接接主机（单片机） 的 I/O口。为提高稳定性，建议在数据端和电源正之间接一只 4.7K的上拉电阻。第三脚为空脚，此管脚悬空不用。
3 种温标的换算关系为
tc TK 273.15
9 t F tC 32 5
温度的测量方法
温度不能直接测量，需要借助于某种物体的物理参数随温度冷热不同 而明显变化的特性进行间接测量。温度传感器就是通过测量某些物理 量参数随温度的变化而间接测量温度的。 温度传感器是由温度敏感元件（感温元件）和转换电路组成的，如图 3-1所示。 温度 感温元件 转换电路 温度显示
DHT11的传输时序
DHT11开始发送数据流程
主机发送开始信号后,延时等待 20us-40us 后读取 DH11T 的回 应信号，读取总线为低电平,说明 DHT11 发送响应信号， DHT11 发送响应信号后，再把总线拉高,准备发送数据,每一 bit 数据都以低电平开始,格式见下面图示。如果读取响应信号为 高电平,则 DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常。
主机复位信号和 DHT11 响应信号
数字‘0’信号表示方法
数字‘1’信号表示方法
子程序
• //-------------------------------• //-----湿度读取子程序 -----------• //-------------------------------• //----以下变量均为全局变量-------• //----温度高8位== U8T_data_H-----• //----温度低8位== U8T_data_L-----• //----湿度高8位== U8RH_data_H----• //----湿度低8位== U8RH_data_L----• //----校验 8位 == U8checkdata----• //----调用相关子程序如下---------• //---- Delay();, Delay_10us();,COM(); • //--------------------------------
《现代传感器技术及其应用》 课程学习
刘修泉
项目一 数字温度计的制作
项目功能描述
• 用AD590集成温度传感器制作一个便携 式数字温度计。
任务1 AD590集成温度传 感器原理
• 集成温度传感器特性
• 工作电路原理
1.1 概述
温度传感器的应用范围很广，它不仅 广泛应用于日常生活中，而且也大量 应用于自动化和过程检测控制系统。
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
U8RH_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8RH_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8checkdata_temp=U8comdata; P2_0=1; //数据校验 U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8R H_data_L_temp); if(U8temp==U8checkdata_temp) { U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp; U8T_data_H=U8T_data_H_temp; U8T_data_L=U8T_data_L_temp; U8checkdata=U8checkdata_temp; }//fi }//fi }