DS1820智能温度传感器，您知道多少？

智能温度传感器是在半导体集成温度传感器的基础上开发的. 它的主要优点是使用数字技术，可以直接以数字形式输出测量的温度；远程传输数据的能力；用户可以设置温度的上限和下限，并有自动报警功能，超过该上限；带有总线接口以适应各种微处理易于开发具有某些智能功能的温度测量和控制系统. 其中，DS1820是典型的智能温度传感器.

DS1820的基本功能

DS1820是在美国生产的网络数字温度传感器. 所有感测元件和转换电路都集成在形状像三极管的集成电路中. 由于其体积小，快速转换，高分辨率和数字传输，它被用于多点温度测量和智能温度检测系统. 与其他温度传感器相比，DS1820具有以下特点:

①独特的单线接口模式，DS8120与微处理器连接时仅需一个端口线即可实现双向通信.

②DS1820支持多点联网功能，多个DS1820可以挂在一根总线上，最多可挂248.

③DS1820不需要任何组件.

④温度测量范围为-55〜125℃，固有温度分辨率为0.5℃. 如果采用高分辨率模式，则分辨率可以达到0.1°C. 温度/数字转换时间的典型值为220ms，最大值为500ms.

⑤测量结果以9位数字量串行传输.

DS1820的工作原理

DS1820的内部框图如图1所示. 它包括三个主要数据组件: 64是ROM； 64是ROM. 温度感应器;温度警报触发器TH和TL.

说明:

1: 电源检测2: 64位ROM和单线接口

3: 内存和控制逻辑4: 备注RAM

5: 温度传感器6: 高温触发器TH

7: 低温触发器TL8: 8位CRC发生器

图1 DS1820的内部框图

DS1820温度测量原理如图2所示. 图中的低温系数晶体振荡器的振荡频率受温度的影响很小. 它用于产生固定频率的脉冲信号，该信号输出到计数器1. 高温系数晶体振荡器的振荡频率随温度变化，并且生成的信号作为计数器2脉冲输入反映了测得的温度. 计数器1和温度寄存器被预设在对应于-55℃的基础上. 计数器1对由低温系数晶体振荡器产生的脉冲信号进行递减计数. 当计数器1的预设值减小为0时智能温度传感器，温度寄存器的值将增加1，计数器1的预设值将重新加载，计数器1重新启动以对由低温系数晶体振荡器产生的脉冲信号进行计数. 该循环一直持续到计数器2计数到0为止，并停止温度寄存器值的累加. 此时智能温度传感器，温度寄存器中的值就是测得的温度. 图中的斜率累加计数器用于补偿和校正温度测量过程中的非线性，其输出用于校正计数器1的预设值.

说明

1: 预设计数器2: 坡度累积计数器

3: 低温系数振荡器4: 减法计数器

5: 计数比较器6: 预设计数器

7: 减为零8: 温度寄存器

9: 高温系数振荡器10: 减法计数器

11: 减少到零12: 增加

13: 停止14: 设置/清除最低有效位

图2 DS1820的内部温度测量电路框图

DS1820属于“单总线”技术芯片. 所谓的单线总线技术是一种计算机应用系统，在总线上仅包含一个主系统和几个从属系统. 由于总线上的所有设备都在不同的时间段内驱动总线，因此这相当于将数据总线，地址总线和控制总线组合在一起. 因此，整个系统应按照单总线协议指定的顺序工作. 为了使其他设备能够使用此总线，单线总线协议使用三态门，以便每个设备在不传输数据时将数据线腾空到其他设备. 单线总线在外部需要一个上拉电阻，因此多个DS1820芯片可以连接到一个总线. 从DS1820读取的信息或写入DS1820的信息仅需要一条端口线（单线接口）. 读取，写入和温度转换的电源来自数据总线. 总线本身也可以为连接的DS1820提供电源，而无需额外的电源.

对于DS1820的使用，大多数使用单片机来实现数据收集. 处理时，将DS1820信号线连接到单片机的一位端口线上，单片机可以挂起多个DS1820芯片，以实现多点温度检测系统. 图3显示了DS1820和单芯片电路的接线图. 上拉电阻必须连接到单线总线，其电阻值约为5kΩ（标称值为5.1kΩ或4.7kΩ）.

图3 DS1820与MCU的接线

使用DS1820的注意事项

DS1820虽然具有测温系统简单，测温精度高，连接方便，处理器I / 0端口少的优点，但在实际应用中还应注意以下几个问题:

①I/ O时序问题. 较小的硬件成本意味着相对复杂的软件补偿. DS1820和处理器之间使用串行数据通信. 因此，在设计软件时，尤其是在设计汇编程序时，请注意I / O的时序.

②寄生电源问题. 尽管DS1820支持寄生电源操作，但当总线上有八个以上的DS1820时，最好不要使用寄生电源方法，而应使用直接电源方法以确保温度测量的可靠性.

③挂在总线上的DS1820的数量. 在设计多点温度测量系统时，应注意的是，在一条总线上悬挂8个以上的DS1820时，微处理器的总线驱动器需要单独解决.

④避免总线断开或组件接触不良的问题. 向传感器发出温度转换命令后，处理器还等待DS1820返回信号. 一旦总线上的组件接触不良或断开连接，很容易导致程序进入无限循环而没有返回信号. 因此，请特别注意硬件连接和软件设计.

⑤提高测量分辨率. DS1820包含临时存储器，共9个字节. 字节0是温度的低字节，以补码形式表示. 字节1表示正号，当温度为正时为00H. 温度为负时为11H. 字节2和字节3是上限和下限警报值. 字节4和字节5是保留字节. 字节6存储计数器剩余值. 字节7存储每摄氏度的计数值. 字节8存储冗余校验码. DS1820本身可以达到0.5°C的温度分辨率. 为了满足高分辨率测量要求，可以直接从临时存储存储器中计算出它. 首先，读取当前温度值，丢弃9位数据的最低位，然后将其转换为8位数据，并将其记录为A（由字节1和字节2确定），然后读取并将其保留在门控循环停止后的计数器将B中的剩余值（字节6）记录为B，然后将每个度数产生的计数值（字节7）读取为C，最后使用公式T = A + 0.75-B / C，则温度分辨率为0.1℃.

DS1820应用程序

①机车高速轴承监测. 随着铁路速度的增加，机车的速度增加，牵引力增加，机车与铁轨之间的冲击，动力作用和振动增加，不可避免地导致轴箱轴承，牵引电动机轴承，保持力下降. 轴承和空心轴承的热量增加. 为了确保机车的高速和安全运行，实时车轴温度监控系统的应用非常重要. 数字智能温度传感器DS1820轴温度监控系统如图4所示. 该系统可以随意增加或减少温度测量点，实时显示每个测量点的温度，并可以进行声光报警并记录报警超出标准时提供信息.

图4 DS1820轴温度监控系统

②地下电缆温度监控系统. 火力发电厂地下电缆温度监控系统采用图5所示的分布式温度巡检系统. 该系统有9个子站，温度传感器采用DS1820. 可以在183个点处测量温度，根据方向和位置，这些点属于两条总线. 一条总线具有4个子站，另一条总线具有5个子站. 整个系统的覆盖直径可达1000m左右. 实际运行证明，该系统稳定可靠，能够正确检测出温度超限，并完成了其他需要完成的任务，大大提高了劳动生产率.

1: PC主站

2: 通信适配器

3: 子站

4: 温度测量点

图5地下电缆温度监控系统框图

由于DS1820的单线连接到多个温度测量元件，因此很容易形成多点温度测量，并且在测量，A / D转换和结果校正以及过程中无需切换通道，并且温度可以直接读出. 因此，系统结构简单易用. 它在常温测量中具有很大的优势，广泛应用于工作过程控制，桥梁质量监控，空调系统，智能建筑，粮仓，蔬菜温室温度控制等领域的温度测量中.

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