温度传感器论文优秀4篇

温度传感器论文 篇一

关键词：半导体 温度传感器

一、温度传感器原理

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。在半导体技术的支持下，相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。

1、接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。

2、非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。 非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。

二、智能温度传感器发展的新趋势

进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、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的方向迅速发展。

1、提高测温精度和分辨力 在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精度、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℃。

2、增加测试功能 新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率，分辨力及最大转换时间。 智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。

3、可靠性及安全性设计 传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器普遍采用了高性能的Σ-Δ式A/D转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。Σ-Δ式A/D转换器不仅能滤除量化噪声，而且对元件的精度要求低。

三、半导体温度传感器测温原理及其关键技术

硅基IC电路中，可实现温度传感功能的元器件主要有集成电阻器、二极管、双极晶体管、MOS晶体管。当然，还有各种利用MEMS工艺制造的热敏电阻器、热电偶等，但目前基本上还与CMOS工艺不兼容。

1、双极晶体管温度传感器

二极管的电流包括扩散电流和耗尽层、表面层里的产生复合电流，后者在双极晶体管的基极互相抵消，所以，正向偏置的双极晶体管的集电极电流IC基本上都是纯扩散电流，若利用高精度电流源，令2个匹配晶体管的集电极电流相同，ΔVBE将和绝对温度成正比。但这样得到的温度电压曲线起点是绝对零度，对于-50～150℃的测温范围，电压输出不是0～5V,对于后端A/D来说，需要额外的电平移动电路。通过构造Vf=aVptat-VBE1和Vref=VBE1+aVptat可以得到任意的过零点TZ以及几乎不随温度变化的恒压源。采用BJT的优点是低成本、长期稳定性、高灵敏度、可预测性较高，以及相关温度的时间非依赖性。缺点是受自生成熟、工艺容差的影响，以及热循环后信号有小漂移和小数量级的非线性。为了工艺兼容，需要采用寄生三极管技术实现，主要有2种结构：纵向双极晶体管，横向双极晶体管。

2、CMOS温度传感器

利用CMOS构建温度传感器一般有2种途径。其一是利用MOS管的亚阈值区构造MOS管的PTAT,灵敏度可达1.32mV/℃,但对偏置源的依赖有100mV/V,且高温下会产生漏电，因对阈值电压VT依赖大，在高性能要求时，必须有大范围的微调和校准，不具备长期稳定性；另一途径是通过强反型状态下，MOS管的载流子迁移率μ与VT和温度的关系加以测量。基于此有5种设计方案：即只基于μ随温度的改变；只基于VT随温度的改变；同时考虑VT和μ2个变量；利用MOS器件的零温度系数点，以及利用逻辑门延时随温度增加的原理来构建的数字环振。CMOS温度传感器和基于寄生BJT的温度传感器相比的主要优势在于模型精确，受封装影响小，在AC电源下衬底漏电小，且占用芯片面积小等优势，但其主要的缺点是受工艺波动的影响要大于后者，所以，产业界目前仍普遍采用CVBT技术。

3、半导体温度传感器

输出方式采用模拟输出的温度传感器需要外加线性化电路及校准，因此，会使成本增加。而数字化接口或频率输出能使性能更可靠，即使在量产时仍能保持其精确度。频率输出通常采用的方法是做一个环形振荡器或张驰振荡器。前者会受VDD变化的影响，而后者理论上与VDD无关。两者都基于相同的原理，通过对电容器的充放电产生振荡，充放电电流来源于某个温度敏感元件。为了数字接口输出，有通过片上计数器实现，其主要缺点是面积大；另一种方案是采用片上集成A/D,然后，通过I2C等总线协议输出。

结论

温度传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。该领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，随着新一代温度传感器的开发和产业化，竞争也将变得日益激烈。

参考文献

缪家鼎， 徐文娟， 牟同升。 光电技术。 杭州： 浙江大学出版社

温度传感器论文 篇二

【关键词】AT89C52 蓄电池 DS18B20 通讯电路 Labview

温度是工农业生产，科学研究和生活领域中一个非常重要的物理参数，目前对温度的测量已有许多方法，可以将其分为两类：一种是传统的接触式测量通过原始的玻璃管，热电阻和热电偶等等；另一种是目前流行的非接触式测量通过红外测温。然而非接触式测温只在医学领域得到应用，其应用最广的还是传统的测温方法，随着信息技术的迅猛发展，属于信息技术的前沿尖端产品传感器也朝着单片集成化，智能网络化和单片系统化迅速发展，尤其是被广泛用于工农生产，科学研究和生活等领域的温度传感器，其数量和发展速度高居各传感器之首。本文将介绍由DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器以及它的设计。

1 系统总体设计

本系统是基于单片机的对蓄电池的温度检测系统设计，由DS18B20温度传感器和A/D转换器TLC1549分别完成对温度和电压的检测，电源电路实现为单片机提供稳定的电压，同时。单片机对温度和电压信号的数据进行采集并处理，控制LCD显示器来显示采集的温度，如果检测到的温度超过了单片机设定的上限值或者下限值，那么与单片机相连接的声光报警电路就会发出报警信号。本系统采用了RS-232通讯标准，实现了与上位机的通讯，将采集到的温度电压信号传送到PC机上进行显示，做到简单明了化。蓄电池温度检测系统的总体设计方案如图1所示。

2 电路设计

2.1 DS18B20的接口电路

DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，它使用1-Wire（单线）接口，这种总线只需要一条I/0线进行数据传输，这种集成化的智能温度传感器与模拟传感器最大的区别是将温度信号直接转化成数字信号，然后通过串行通信方式输出。DS18B20具有微型化，低功耗，高性能，抗扰能力强，易于与微处理器接口等优点适合用于各种温度测控系统。

DS18B20与微处理器的连接有两种方式，可以采用寄生电源方式，其VCC和GND端均接地；也可采用如本图所示的外接电源方式，其中VCC端用+3V～+5.5V电源供电。

在本设计中我们采用的是外接电源的工作方式。利用单片机的P20-P25引脚与DS18B20相连接，其电路如图2所示。

2.2 电压检测电路设计

测量电路输出信号是模拟信号，要经过A/D转换才能送到单片机进行处理。TLCl549是串行方式输出数据，它与单片机的接口电路如图3所示。

单片机的P0.3口与I/O CLOCK输入相连，它来控制I/O时钟；P0.4口与A/D转换结果输出相连，它将A/D转换结构输入到单片机里；P0.5口选相连，它来控制A/D转换器的选通。

2.3 RS-232通讯电路

在本文研究的检测系统中，计算机与上位机的通信就是通过RS-232总线来完成的。MAX232需要4个电解电容C1、C2、C3、C4 ，是内部电源转换所需电容，其取值均为1μF/25V。宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片，C5为0.1μF的去耦电容。单片机与MAX232的串行通信接口电路如图4所示。

3 软件程序设计

软件设计采用模块化的方法，主要有主程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度检测程序、电压检测、液晶显示程序、温度报警程序。开始时首先开定时器中断T0和外部中断INT0，LCD显示基本的画面，紧接着采集温度和电压，然后判断各个标志位进行相应的函数调用。

3.1 温度检测程序设计

温度检测部分主要是由以下几个部分构成：单片机和温度采集部分。其中单片机部分我们采用的是AT89C51，它是整个检测系统的控制中心，我们将AT89C51的P2.0脚与DS18B20相连接，采用的是外接电源工作方式。温度检测的流程如图5所示。

3.2 电压检测程序

在芯片选择CS无效情况下，TLCl549的最初被禁止且DATA OUT处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK工作，并使DATA OUT脱离高阻状态，串行接口然后把I/O CLOCK序列提供给I/O CLOCK，并从DATA OUT接收前次转换的结果。I/O CLOCK从单片机接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O时钟提供采样模拟输入的控制时序。在CS下降沿前次转换的MSB出现在DATA OUT端。10位数据通过DATA OUT被发送到单片机的接口。为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。如果I/O CLOCK传送大于10个时钟长度，那么在10个时钟的下降沿内部逻辑把DATA OUT拉至低电平，以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内CS端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果。A/D转换的程序流程图如图6所示。

3.3 液晶显示程序设计

向液晶控制器送数据，显示所测的和所设置的数据。在编程时需经历LCD初始化编程和LCD显示编程两个过程。在LCD初始化流程设计时，首先是上电复位，延时大于40s以后进行功能设定，所选用的是8位接口控制字和基本指令级，中间插入延时。接着打开显示设置，选择整体显示开，游标显示关和正常显示。然后清除屏幕显示，选择设定DDRAM的地址计数器为00H；更新设置进入设定点将I/D设为1和游标右移AC加1。最后进入设定点控制字，选择游标右移，地址计数器加1。

4 图形化编程语言LabVIEW

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台）是一种图形化的编程语言（G语言）。LabVIEW程序包括三部分：前面板、框图程序和图标/接口部件。前面板模拟真实仪器的前面板，用于设置输入数据和观察输出量。输入量称为Controls，输出量称为Indicators。用户可以使用多种图标，如旋钮、开关、按钮、图表、文本框、图形等，使前面板直观易懂。

与传统的文本式程序设计一样，LabVIEW也有控制流程图功能执行的部分→www.chayi5.com←，它们包括sequence、case statement、for loop、while loop结构，它们被图形化地描述成边界结构，像在传统的线形化程序设计中可以插入代码段一样，可以把图标放在LabVIEW图形结构的界限内部。

5 结论

论文主要研究内容是DS18B20温度传感器检测问题，对蓄电池环境温度和电压进行实时检测和报警的设计，在论文的最后引入液晶显示模块，将采集到的数据送到LCD上，并将检测到的数据跟设定的上下限值显示出来，做到一目了然。

参考文献

[1]李广弟等。单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001.

[2]刘宝元等。基于单片机的温湿度监控系统设计[J].中国科技核心期刊，2009.12（3）：4-6.

[3]王洪业。传感器技术[M].长沙：湖南科学技术出版社，1995.

[4]阎石编著。数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.

[5]刘君华。基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社，2003.

作者简介

李佳怡（1986-），女，吉林省吉林市人。硕士学位。现为吉林化工学院助教。研究方向为控制工程、控制理论与控制系统仿真。

温度传感器论文 篇三

关键词：设施农业；温室；无线传感器网络

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A

温室是设施农业里较为重要的组成部分，目前，温室内不论是对环境的监测系统，还是操作控制系统都已经实现了自动化、机械化的目标，其杰出的高新技术能够将温室内作物所需要的温湿度、光照、水分与营养等环境参数时刻调配到适宜的状态。温室内种植的作物种类繁多，因此，自动机械化的系统在处理各种类型的对象时，最为关键的一步就是要准确无误的获取该类对象的信息。从我国目前的设施农业状况来看，温室并不具有竞争优势，不论是从温室本身的结构来说，还是从对环境的调控能力和控制系统技术来讲，都具有明显的不足之处，远远落后于其他国家。另外，我国在农业种植这方面，由于所种植的作物种类繁多且零散分布范围广阔，这就给我国布施农业设施带来了不利之处。

1 实例概述

该项目中温室内的监测系统主要由三大部分组建而成，首先是PC机控制器部分，其次是温室执行器部分，最后是无线传感器网络部分。在该次监测中，我们将单一的温室作为应用无线传感器网络技术的实验控制区。当无线传感器节点部分开始运作时，PC机控制器终端将会对其发出的数据进行收集。无线传感器收到命令并开始执行时，将会对温室内环境的各项数据进行实时监测并发出数据信息以供备份。图1为无线传感器网络温室环境监测系统。

图1 无线传感器网络温室环境监测系统

2 分析系统组成模块

2.1 传感器节点

无线传感器网络技术中最为重要的一个部分就是传感器节点，我们通常将节点划分为两种不同的类型，其一是网关节点，其二是终端节点。这两种类型的节点分别具有其自身的任务。

2.1.1 网关节点

网关节点具有3个方面的任务：感知传感器数据；能同步接收同一个网络终端节点传输的数据；可以利用3G或者GPRS网络将传感器获取的数据上传到英特网上。

2.1.2 终端节点

终端节点的任务主要是将传感器传送来的数据进行提取、储存并处理，最终转发，这些数据必需是与该终端节点相连的传感器传输的，否则无效。

无线传感器网络节点作为信息包的发起者和转发者具有传感、处理信号和无线通信的功能。本文中将传感器节点的系统设置为微型嵌入式，这种模式的传感器节点可以将收集到的各项数据分门别类的发送到网关，供其进行储存。网关与外部网络进行通信的方式并不是单一的，有多种通信方式供我们选择，常见的有因特网、卫星或者是GPRS/3G网络等。

2.2 数据处理模块

数据处理模块运行状况的好与坏关系到整个传感器节点的工作质量，可以说数据处理模块是传感器节点的核心部分，它在整个环节中起着配发任务、控制设备、数据收集整理传输等作用。我们从无线传感器网络的实际特点出发，深入研究适合整个网络的数据处理模块，根据研究结果来看，数据处理模块不仅需要具备一般单片机的基本性能，而且还应该具备以下特点：

2.2.1 高度的运行速度

运行速度的快慢决定了处理器处理信息能力的强与弱，这是影响网络与节点进行实时传输数据工作的关键因素。

2.2.2 较高的集成度

集成度越高，数据处理模块才能尽可能的集成更多节点的关键部位，外形尺寸的大小会制约集成度。

2.2.3 降低能源的消耗量

一般的处理器功能消耗再大，也会有能源进行持续补给，而无线传感器网络在运作时并不会有持续的能源进行补充。

2.2.4 降低成本

高成本的传感器会对网络化的布局造成影响，不利于传感器的普及。

2.2.5 具备足够多的I/O和扩展接口

传感器日益趋向多功能化，但是在应用初期就实现多功能化是不可能的，因此，目前我们需求的传感器系统需要具备强大的可扩展性。

2.3 数据采集模块

该项目在数据采集模块的选取上，通过深入了解市场上销售的各类传感器的精准度、消耗量以及供电性能等，并经过不断的比对，最终采用了新一代基于CMOSensTM技术的系统，这是瑞士一家知名公司所生产的，使用这种技术的系统能够更好的传感温室内环境的各项数据，既能免去复杂的调试，又能使用温湿度传感器SHT10来收集温室环境内温湿度的实时数据，SHT10温湿度传感器相较于一般的温湿度传感器来说，具有新型的全呼唤功能，更为先进、人性化。选用CMOSensTM技术的系统具有以下优点：耗能较低；体积小巧；高效的运转速度；强大的防干扰能力。

2.4 供电模块

本次实验所采用的系统中，各个模块所要求的供电电压均不高，只要供电电压在2.4～3.6V之间就足够系统进行正常的运作了，因此，在实验前期我们只需要选用两节5号的干电池就可以满足系统供电的要求了。以容量为15000mA/h的电池来说，温室内对温湿度和光照强度数据的采集工作一般每间隔2min就会运作1次，那么该容量的电池大概可以维持整整1a，因此，在这1a内我们不需要担心因为供电不足而引发的其他问题了。

3 系统软件设计

应用无线传感器网络技术的温室监控系统主要由两个系统组成：其一是收集数据的系统，其二则是实现无线控制的系统。温室内生长的作物有其自身的生理信息，我们通过数据收集系统来全方位采集作物的各项信息，通过无线网络将采集到的信息全部传输到汇聚的节点上，当汇聚节点接收到信息后会将所有信息进行融合整理的工作，之后再将数据传送给控制器，与此同时，控制器会向汇聚节点下达指令，通过汇聚节点将指令传送到传感器节点处。

4 应用层软件设计

本次实验在应用层软件的设计上采用了LabVIEW8.2的监控界面。这种设计便于我们使用图形甚至符号来编写程序。目前来说，将设备连接到计算机最为快捷流行的方式就是使用USB进行设备对接，本项目已经将USB连接技术应用到汇聚节点与PC机控制器的连接当中，完成连接的USB设备将会由函数和VISA USB VI一起来控制。PC机控制器需要通过USB连接将指令传送到汇聚节点上，经由汇聚节点转发，最终将指令下达给传感器节点，由传感器节点或者温室内的执行器来完成指令。一般来说，PC机控制器下达的指令有两种：一种是唤醒或者休眠传感器节点，另一种则是各种设备的开关量命令。

5 结语

无线传感器网络技术是近年来新兴的一种获取信息的技术，它会随着无线通信、传感器技术、信息处理技术等的发展而日益强大。将无线传感器网络技术应用到温室内，不仅能够打破传统有线监控系统的局限性和复杂性，而且相较于传统的温室监控系统来说，无线传感器网络技术具有安装简单且易进行技术维护等优势。

参考文献

[1] 吴金洪，丁飞，陈应春，等。现代温室无线数据采集系统的研究[J].计算机测量与控制，2007，15（3）：405-406.

温度传感器论文 篇四

关键词：HMP45D，温湿度传感器，原理，维护

引言

HMP45D温湿度传感器是芬兰VAISALA公司开发的具有HUMICAP技术的新一代聚合物薄膜电容传感器，目前大连周水子国际机场空管气象部门已投入业务运行的自动气象站[1]，均采用该传感器。论文范文，。由于该传感器的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触，从而使传感器在某些环境中产生漂移。论文范文，。而仪器的电气参数会随时间的推移、温度变化及机械冲击产生变化，因此传感器需要进行定期维护和校准。

1.HMP45D温湿度传感器的结构

HMP45D温湿度传感器应安装在其中心点离地面1.5米处。其中，温度传感器是铂电阻温度传感器，湿度传感器是湿敏电容湿度传感器[2]，即HMP45D是将铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体的温湿度传感器，如图1所示。

图1 HMP45D温湿度传感器外型图

2.HMP45D温湿度传感器的工作原理

2．1 温度传感器工作原理

HMP45D温湿度传感器的测温元件是铂电阻传感器Pt100，其结构如图2。铂电阻温度传

感器是利用其电阻随温度变化的原理制成的。标准铂电阻的复现可达万分之几摄氏度的精确度，在-259.34～+630.74范围内可作为标准仪器。铂电阻材料具有如下特点：温度系数较大，即灵敏度较大；电阻率交大，易于绕制高阻值的元件；性能稳定，材料易于提纯；测温精度高，复现性好[3]。

图2 铂电阻温度传感器结构图

由于铂电阻具有阻值随温度改变的特性，所以自动气象站中采集器是利用四线制恒流源供电方式及线性化电路，将传感器电阻值的变化转化为电压值的变化对温度进行测量[4]。铂电阻在0℃时的电阻值R0是100Ω，以0℃作为基点温度，在温度t时的电阻值Rt为

(1)

式中：α，β为系数，经标定可以求出其值。由恒流源提供恒定电流I0流经铂电阻Rt，电压I0Rt通过电压引线传送给测量电路，只要测量电路的输入阻抗足够大，流经引线的电流将非常小，引线的电阻影响可忽略不计。所以，自动气象站温度传感器电缆的长短与阻值大小对测量值的影响可忽略不计。论文范文，。测量电压的电路采用A/D转换器方式。

2．2 湿度传感器工作原理

HMP45D温湿度传感器的测湿元件是HUMICIP180高分子薄膜型湿敏电容，湿敏电容具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的变化而变化，从而完成对湿度的测量。湿敏电容主要由湿敏电容和转换电路两部分组成，其结构如图3所示。它由上电极(upper electrode)、湿敏材料即高分子薄膜(thin-film polymer)、下电极(lower electrode)、玻璃衬底(glass substrate)几部分组成。

图3 湿敏电容传感器结构图

湿敏电容传感器上电极是一层多孔膜，能透过水汽；下电极为一对电极，引线由下电极引出；基板是玻璃。整个传感器由两个小电容器串联组成。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小，电容量通常在48～56pF。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1V的线性变化。由此，可以通过湿敏电容湿度传感器测得相对湿度。

3．HMP45D温湿度传感器的校准和维护

对HMP45D 传感器的维护，要注意定期清洁，对于温度传感器测量时要保证Pt100 铂电阻表面及管脚的清洁干燥。论文范文，。在清洗铂电阻时一定要将湿度传感器取下，使用酒精或异丙酮进行清洗。其具体步凑如下：

1） 旋开探头处黑色过滤器，过滤器内有一层薄薄的白色过滤网，旋出过滤网，用干净的小毛刷刷去过滤网上的灰尘，然后用蒸馏水分别将它们清洗干净。

2） 等保护罩和滤纸完全风干之后，将其安装到传感器上。然后再将传感器通过外转接盒连接到采集器上，再和湿度标准传感器一起放入恒湿盐湿度发生器进行对比。恒湿盐容器的温湿参数[4]如表1。

表1HMP45D校准前后数据对比

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