单总线数字式智能型温度传感器在测控领域中的应用

图1　传感器内部电路原理图

　　传感器有一个64位ROM数据存储器，第一个八位是产品系列编号，接着48位是产品序号；一个72位高速暂存RAM和一个16位非易失性电可擦写EEPROM；ROM与RAM后8位是循环冗余校验码(CRC)，主机根据此码来判断传输过程的正确性。
　　传感器只有三根外引线，单总线数据传输端口DQ，共用地线GND，外供电源线VCC。单总线供电原理是：当DQ或VCC引脚为高电平时，高电平通过D1或D2向C充电便得到了内部VDD电源电压。
　　传感器温度测量原理是利用两个不同温度系数振荡器，通过开启低温系数振荡器经历的时钟周期个数计数来测量温度，而开启计数门计数时间由高温系数振荡器决定。

3　传感器适用范围
　　单总线数字式智能温度传感器主要功能是测量温度，应用范围非常广泛，如各种武器系统、航天与航空飞行器、船舰设备、各种自动化设备、机电设备等，各种设备机柜内部、电子组合内部、电路板上功率器件旁边、通风道内部、要求散热良好和通风良好的设备；如工业生产过程控制、发电厂、热电厂、大型中央空调设备用户端、自动化生产线、农业养殖、温棚、温室、干燥房、粮食仓库等等。
　　由于这种传感器在多点测试、远距离分散测试、安装现场受空间条件限制(如埋入大型电机绕线内部，通风道内部)，集中控制方面的应用显示出极大的优点。一个典型应用是这种温度传感器应用于相控阵雷达天线阵面驱动电路温度测控处理设备中，(在相控阵雷达天线阵面中，天线阵是由数千个天线单元紧密排列组成的，每个天线单元由移相器、驱动电路、幅射源组成)直接把电源传感器焊接安装在天线单元印刷电路板驱动电路功率器件旁边或直接固定在天线单元印刷电路板驱动电路功率器件上，检测驱动电路工作环境温度变化，根据检测结果判断天线单元驱动电路工作是否正常。它使该设备硬件部分比传统测试方法简化到几十分之一，检测设备与相控阵雷达天线系统可靠性等技术性能指标有极大的提高。

4　传感器应用系统设计
　　本系统为远距离、分散式、多点测试、集中控制温度测试系统，主要用途是自动测试、自动记录被测现场环境温度，通过测试被测现场环境温度变化，可实现对现场环境温度的控制、自动超限报警、设备故障检测等。
　　系统硬件原理如图2所示，单片机(89C2051C)或PC机(486以上)为主机系统连接方式控制 N个温度传感器(DS1820)，那么每个温度传感器被视为从机。单总线定义为主机与从机之间只有一根线连接，其余外部VCC和GND连接到一块并接地球。单总线上连接的每一个传感器件主机能在适当的时间驱动总线，总线的空闲时间状态必需为高电平，目的是为N个DS 1820器件充电。单总线上若保持低电平状态450μs以上，所有DS1820器件便被复位。单总线处理顺序(以下以PC机为例)：PC机通过单总线接口为每个传感器初始化，ROM、RAM存储器操作命令、处理与读出数据。除了DS1820响应存在脉冲信号外，其余信号都由主机产生。主机发出这些信号的脉冲持续时间有前、后之分，信号格式等都有一定要求。

图2　单总线温度测试系统原理方框图

　　PC总线接口电路原理如图3所示，该接口电路由DIP开关、比较器、3/8译码器、数据驱动接口、数据读写控制、串行接口芯片电路组成。该接口电路通过PC地址总线地址选通，数据总线传输，控制总线读写控制串行接口电路的信号收发，实现PC机与传感器的数据交换。

图3　单总线PC总线接口电路原理方框图

　　系统软件设计与编程必须严格遵守单总线连接方式(protocol)协议所规定的内容操作。程序流程框图如图4所示，下面简要介绍程序功能框图内容。系统自检：检查N个从机(DS182 0)是否存在；系统初始化：从机复位，设置TH值与TL值，设置工作时间结束标志，设置采样间隔延时时间，设置从机总数目N；温度变换操作：启动温度变换，温度传感器存储ROM与RA M操作，报警搜索等操作；测试数据处理：读出测量温度数值，CRC码校对，数据比较处理，数据记录，按一定格式存放数据，超限值判断处理等；显示及报警超限：值声光报警，按一定格式显示时间、地点、传感器编号、当前所测温度数值等；间隔采集延时：按设置采样间隔延时时间循环；结束：按设置工作时间结束任务；保存测试数据：测试结果按表格方式、文本方式存盘或输出到打印机打印。

图4　程序流程图