在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。而新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20的出現(xiàn)，為克服上面提到的三個問題提供了很好的解決方法。
Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板專利技術。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。這種新的”一線器件“體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟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，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。
DS18B20的應用
DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳T0-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9～12位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，微處理器只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。
DS18B20的工作原理
DS18B20的工作原理如上圖所示。固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55℃所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。上圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20一線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）一發(fā)ROM功能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù)據(jù)。
微處理器與DS18B20的典型接口設計
DS18B20的手冊上推薦了幾個不同應用方式的測溫電路，分別為寄生電源供電方式、寄生電源強上拉供電方式和外部電源供電方式。經(jīng)過試驗證明，外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，在這種方式下，充分發(fā)揮了DS18820寬電源電壓范圍的特點，即使電源電壓VCC降到3V時，也能夠保證溫度測量精度。下圖給出了具體的原理圖。
為了滿足工業(yè)生產(chǎn)過程的需要，傳感器DS18820需要安裝到各種惡劣條件的地點，由于DS18B20直接與微處理器I/O連接，當外部有強烈干擾，會通過DS18B20和連接的電纜傳入微處理器，容易造成微處理器損壞。為了隔離干擾，傳統(tǒng)的方法是采用光耦進行隔離，但是由于DS18B20的通信方式為單總線式，在一條數(shù)據(jù)線上完成讀寫，具有雙向傳輸數(shù)據(jù)的功能，而光耦沒有雙向通信功能。
通過對DS18820的讀寫時序的仔細研究，我們發(fā)現(xiàn)對DS18B20的讀寫控制可以分別采用兩個I/O口進行控制，其中一個I/O口進行數(shù)據(jù)的讀，另一個I/O口對數(shù)據(jù)進行寫。具體原理見下圖。
從上圖中可以看出，原理在實現(xiàn)上并不是需要很大的改動，只是多使用了微處理器一條I/O口線，并且在程序上也不需要很大的改動，只是在讀寫的時候分別適用不同的I/O。由于DS18B20的時序要求非常嚴格，所以，DC光耦選擇了高速光耦HCPL0611，并且電源使用了DC/DC隔離模塊，使DS18B20與微處理器之間完全實現(xiàn)了電氣上的隔離，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性。
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