DS1820及其高精度溫度測量的實(shí)現(xiàn)

1、DS1820及其高精度溫度測量的實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線 誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問 題，才能夠達(dá)到較高的測量精度。我們在為某水電站開發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫 度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，為了克服上面提到的三個(gè)問題，采用了新型數(shù)字溫度傳感 器 DS1820，在對其測溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了提高 DS1820測量 精度的方法，使 DS1820的測量精度由 0.5 提高到 0.1 以上，取得了良好的 測溫效果。 DS1820 簡介DS1820是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其 內(nèi)部使用了在板（

2、ON-B0AR）D 專利技術(shù)。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)。與其它溫度傳感器相比， DS1820具有以下特性：（1）獨(dú)特的單線接口方式， DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線 即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS1820的雙向通訊。（2）DS1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上， 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。3）DS1820在使用中不需要任何外圍元件。4）溫范圍 55 125，固有測溫分辨率 0.5 5）測量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送。DS1820測溫原理如圖 2 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響 很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)

3、數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變 化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫 度寄存器被預(yù)置在 55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn) 生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值 將加 1 ，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)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(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存 器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 2 中的斜率累加器用 于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。在正常測溫情況下， DS1820的測溫分

4、辯率為 0.5以 9 位數(shù)據(jù)格式表示， 其中最低有效位（ LSB）由比較器進(jìn)行 0.25比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 中的余值轉(zhuǎn)化 成溫度后低于 0.25 時(shí)，清除溫度寄存器的最低位（ LSB），當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 中的 余值轉(zhuǎn)化成溫度后高于 0.25 ，置位溫度寄存器的最低位（ LSB），如 25.5 對應(yīng)的 9 位數(shù)據(jù)格式如下：2 提高 DS1820測溫精度的途徑2.1 DS1820 高精度測溫的理論依據(jù)DS1820正常使用時(shí)的測溫分辨率為 0.5 ，這對于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度 監(jiān)測來講略顯不足，在對 DS1820測溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀 取 DS1820內(nèi)部暫存寄存器的方法，將 DS18

5、20的測溫分辨率提高到 0.1 0.01 DS1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表 1 所示，其中第 7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度 寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值，第 8 字節(jié)存放的是每度所對應(yīng)的計(jì) 數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果。首先 用 DS1820提供的讀暫存寄存器指令 (BEH)讀出以 0.5 為分辨率的溫度測量結(jié) 果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實(shí)際溫度整數(shù)部分 T 整 數(shù)，然后再用 BEH指令讀取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 M剩余和每度計(jì)數(shù)值 M每 度，考慮到 DS1820測量溫度的整數(shù)部分以 0.25 、 0.75 為進(jìn)位界限的

6、關(guān) 系，實(shí)際溫度 T 實(shí)際可用下式計(jì)算得到：T實(shí)際=(T 整數(shù) 0.25 )+(M 每度 M剩余)/M 每度2.2 測量數(shù)據(jù)比較表 2 為采用直接讀取測溫結(jié)果方法和采用計(jì)算方法得到的測溫?cái)?shù)據(jù)比較， 通過比較可以看出，計(jì)算方法在 DS1820測溫中不僅是可行的，也可以大大的提 高 DS1820的測溫分辨率。 DS1820 使用中注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：(1) 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820與微處理 器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的

7、保證 讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用 PL/M、 C 等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程 序設(shè)計(jì)時(shí)，對 DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。(2) 在 DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820數(shù)量問題，容易 使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820超過 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn) 測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。(3) 連接 DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電 纜傳輸長度超過 50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞 線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線 帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS1820進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充 分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4) 在 DS1820測溫程序設(shè)計(jì)中，向