温度测量与控制：掌握C51单片机温度传感器与编程，打造智能温控系统

# 1. 温度测量与控制基础**

温度测量与控制在工业自动化、环境监测和日常生活等领域有着广泛的应用。本章将介绍温度测量的基本原理、常见的温度传感器类型以及温度控制的基本概念。

**1.1 温度测量原理**

温度测量是基于物质的物理性质随温度变化的原理。常见的温度测量方法包括：

* **热电效应：**不同金属接触时，温度差会在接触点产生电压。
* **电阻效应：**导体的电阻随温度变化。
* **热敏电阻效应：**热敏电阻的电阻随温度呈非线性变化。
* **热电偶效应：**不同金属丝连接时，温度差会在连接点产生电压。

**1.2 温度传感器类型**

根据测量原理的不同，温度传感器可分为：

* **接触式温度传感器：**与被测物体直接接触，如热电偶、热敏电阻。
* **非接触式温度传感器：**通过辐射或对流方式测量温度，如红外温度计、热像仪。

# 2. C51单片机温度传感器

### 2.1 温度传感器的原理与类型

温度传感器是一种将温度信号转换为电信号的器件。根据其工作原理，温度传感器可分为以下两类：

- **数字温度传感器：**直接输出数字信号，无需额外的模数转换电路。常见的数字温度传感器包括：
- DS18B20：采用单总线通信协议，精度高，功耗低。
- TMP102：采用I²C通信协议，体积小，响应速度快。

- **模拟温度传感器：**输出模拟电压或电流信号，需要通过模数转换电路转换为数字信号。常见的模拟温度传感器包括：
- LM35：输出电压与温度成正比，精度高，线性度好。
- AD590：输出电流与温度成正比，精度高，响应速度快。

### 2.2 C51单片机温度传感器接口电路

#### 2.2.1 数字温度传感器

数字温度传感器与C51单片机连接时，通常采用单总线或I²C通信协议。

- **单总线通信：**
- 接线：DS18B20的数据线连接到单片机的P0口。
- 通信：单片机通过发送启动信号、地址信号和数据信号，控制DS18B20进行通信。

- **I²C通信：**
- 接线：TMP102的数据线连接到单片机的SDA口，时钟线连接到SCL口。
- 通信：单片机通过发送起始信号、地址信号和数据信号，控制TMP102进行通信。

#### 2.2.2 模拟温度传感器

模拟温度传感器与C51单片机连接时，需要通过模数转换电路将模拟信号转换为数字信号。

- **模数转换电路：**
- ADC0808：8位模数转换器，精度为8位，转换时间为13μs。
- ADC0809：10位模数转换器，精度为10位，转换时间为100μs。

- **连接方式：**
- 模拟温度传感器的输出端连接到ADC的输入端。
- ADC的输出端连接到单片机的P0口。

### 代码示例

**2.2.1 数字温度传感器（DS18B20）**

#include <reg51.h>

void main() {
    // 初始化单总线
    P0 = 0xFF; // 设置P0口为高阻态
    P0 = 0xCC; // 发送启动信号
    P0 = 0x44; // 发送地址信号（DS18B20地址为0x44）

    // 发送读温度命令
    P0 = 0xBE; // 发送读温度命令

    // 等待温度数据准备好
    while (P0 != 0xFF); // 等待P0口为高阻态

    // 读取温度数据
    unsigned char temp_h = P0; // 读取温度高字节
    unsigned char temp_l = P0; // 读取温度低字节

    // 计算温度值
    float temp = (temp_h << 8) | temp_l; // 将高低字节合并为温度值
    temp