微型温度测量的数字化方案

2011-06-02 14:36:49来源: 互联网

  随着技术的发展,各种惯性器件的性能在不断提高,体积也在不断小型化。对于惯性器件(如加速度计、陀螺)性能的提高,温度补偿作为一种重要的修正方式越来越引起人们的注意,因此如何在惯性器件极小的空间内精确地测量、传输、处理温度信息,成了能否使其性能和体积优势进一步提高的关键问题。
1 DS18B20U和“一线”总线
  在研制新一代的微型MMS加速度计时,温度测量的难题以一次摆在人们的面前。在3~4cm3的空间内放置一个传统的SO-8或TO-92封装的器件都显得拥挤,更何况还要旋转一个非主要功能的温度传感器了。
  纵观国际上现有的温度传感器的变化,总的趋势是从模拟向数字转变,相应的体积也在不断减小。在体积非常苛刻的惯性器件中使用高精度、数字输出型的温度传感器,MAXIM公司的DS18B20U最为符合要求。DS1820U是DS18B20系列产品中的一种。与以往模拟温度信号的输出不同,DS18B20的数字温度输出通过“一线”总线(1-Wire是被MAXIM公司收购的DALLAS公司新拥有的一种独特的数字信号总线协议,它将独特的电源线和信号线复合在一起,仅使用一条口线;每个芯片唯一编码,支持联网寻址、零功耗等待等,是所需硬件连线最少的一种总线)这种独特的方式,使多个DS18B20U方便地组建成传感器网络,为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。
  DS18B20真正令人惊奇的是其μSOP封装,这种封装只有3.0mm×6.4mm的水平尺寸,高度小于1.2mm。这样可以节省更多的印刷电路板空间,非常适合于集成度高、对尺寸要求严格的惯性器件电路。因此在本加速度计的狭窄空间中使用,它是最为合适的内嵌式温度传感器件。
DS18B20温度传感器的主要性能指标为:
*“一线”总线接口令需一个端口进行通讯。
*简单的多点分布应用。
*可通过数据线供电。
*测温范围为-55~+125℃,在-10~+85℃的范围内,精度为±0.5℃。
*温度以9~12位数字量读出,分辨率为0.0625℃。
*U型产品采用超小型的μSOP封装,大大减小了体积。
  以下介绍DS18B20U的一些使用要点,更详细的信息可以参考MAXIM公司网站提供的DS18B20的Datasheet(英文版)。
  1.1 DS18B20U的温度测量时间
  DS18B20U作为温度传感器。
  1.2 DS18B20U的“一线”总线标识序号
  每一个DS18B20U都有一个唯一的64位的“一线”总线标识序号,存放在DS18B20U的内部ROM(只读存储器)中。开始8位是产品类型编码(DS18B20编码均为28H),接着的48位是每个器件的唯一序号,最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码。
  1.3 DS18B20U的温度数据表示格式
  DS18B20U中有用于存储测得温度值的两个8位寄存器,它们存储的温度数据由两个字节组成,分别为LS Byte(低字节)和MS Byte(高字节),MS Byte的高5位存放温度值的符号,如果温度为负(℃),则MS Byte的高5位全为1,否则全为0。LS Byte的8位和MS Byte的低3位用于存放温度值的补码,LSB(最低位)为0.0625℃。将寄存器中的二进制数求补,就得到了被测温度值(-55℃~+125℃)。
  1.4 DS18B20U的供电方式
  DS18B20可以设置成两种供电方式,即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线,但由此带来的缺点是完成温度测量的时间较长;而采取外部供电方式则多用一根导线,但测量速度较快。注意:采用超小型μSOP封装的DS18B20U不适合使用数据总线供电方式。
  1.5 DS18B20U的多路同步测量
  每一片DS18B20在其ROM中都存在唯一的48位序列号,在出厂前已写入片内ROM中。
  如图1所示,当主机需要对众多在线DS18B20中的某一个进行操作时,首先发出匹配ROM命令(命令代号55h),紧接着主机提供64位序列号(包括该DS18B20的48位序列号),之后的操作就是针对该DS18B20的。但是DS18B20的命令中允许对所有在线节点进行统一操作,利用的是跳过ROM命令(命令代号CCh)。而所谓路过ROM命令即可:之后的操作是面对总线上所有DS18B20的。命令序列先跳过ROM,启动总线上所有DS18B20进行温度测量,然后通过匹配ROM再逐一地读回每个DS18B20的温度数据。这种方式使采集的温度数据具有很好的同步性,而且节省时间。
  2 “一线”网关的硬件设计
  为了收集DS18B20U器件采集的温度信息,需要控制挂接在“一线”总线网络上的DS18B20U芯片,所以需要研制“一线”网关。“一线”网关的主要功能就是面对试验人员,把“一线”总线上的DS18B20U的信息转换成异步串口232接口中的信息,这相当于两种类型网络之间的网关,因此叫做“一线”网关。“一线”网关由一个功能强大的8位单片机P89C668组合各种外围芯片构成,各模块之间的关系如图2所示。下面介绍其设计重点。

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关键字:数字温度传感器  DS18B20U  “一线”总线  网关

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0602/article_2572.html
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