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DS18B20与AD590原理及应用电路.doc

DS18B20与AD590原理及应用电路.doc

上传者: 壹度被害 2017-10-19 评分 5 0 157 21 715 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《DS18B20与AD590原理及应用电路doc》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含DSB与AD原理及应用电路DSB测量温度范围为C~C在~C范围内,精度为C。DS的精度较差为C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输大大提高了系符等。

DSB与AD原理及应用电路DSB测量温度范围为C~C在~C范围内,精度为C。DS的精度较差为C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同新的产品支持V~V的电压范围使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜体积更小。DS、DSB、DS、一样都支持“一线总线”接口。DS与DSB软件兼容是DSB的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM精度降低为C适用于对性能要求不高成本控制严格的应用是经济型产品。DSB的性能是新一代产品中最好的。DSB内部结构主要由四部分组成:位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DSB引脚图、GND为电源地、DQ为数字信号输入输出端、VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。一、DSB温度传感器工作原理(热电阻工作原理)DSB温度传感器工作原理框图如图所示:DSB温度传感器工作原理框图图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变所产生的信号作为计数器的脉冲输入。计数器和温度寄存器被预置在所对应的一个基数值。计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数当计数器的预置值减到时温度寄存器的值将加计数器的预置将重新被装入计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数如此循环直到计数器计数到时停止温度寄存器值的累加此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用于修正计数器的预置值。二、DSB温度传感器的应用电路DSB温度传感器寄生电源供电方式电路图寄生电源方式特点:()进行远距离测温时无须本地电源。()可以在没有常规电源的条件下读取ROM。()电路更加简洁仅用一根IO口实现测温。()只适应于单一温度传感器测温情况下使用不适于采用电池供电系统中。DSB温度传感器寄生电源供电方式DSB温度传感器寄生电源强上拉供电方式电路图在强上拉供电方式下可以解决电流供应不足的问题因此也适合于多点测温应用缺点就是要多占用一根IO口线进行强上拉切换。DSB温度传感器寄生电源强上拉供电方式DSB温度传感器的外部电源供电方式外部电源供电方式是DSB温度传感器最佳的工作方式工作稳定可靠抗干扰能力强而且电路也比较简单可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统如图所示。外部供电方式的多点测温电路图三、DSB温度传感器使用中注意事项()较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿由于DSB温度传感器与微处理器间采用串行数据传送因此在对DSB进行读写编程时必须严格地保证读写时序否则将无法读取测温结果。在使用PLM、C等高级语言进行系统程序设计时对DSB操作部分最好采用汇编语言实现。()在DSB温度传感器的有关资料中均未提及单总线上所挂DSB数量问题容易使人误认为可以挂任意多个DSB在实际应用中并非如此。()连接DSB温度传感器的总线电缆是有长度限制的。在采用DSB进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。()在DSB温度传感器测温程序设计中向DSB发出温度转换命令后程序总要等待DSB的返回信号一旦某个DSB接触不好或断线当程序读该DSB时将没有返回信号程序进入死循环。()测温电缆线建议采用屏蔽芯双绞线其中一对线接地线与信号线另一对线接VCC和地线屏蔽层在源端单点接地。ADAD简介(特性AD是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:()测温范围~l,()线性电流输出lA,K()线性度好满刻度范围为()电源电压范围~V当电源电压在~V之间电压稳定度为l,时所产生的误差只有()电阻采用激光修刻工艺使在(K)时器件输出A:,()功率损耗低。AD的工作原理AD通过利用硅晶体管的基本性能来实现与温度成正比这一特性二极管的基本方程为:qVKTqVKTbcI=Is(e)Is(e()式中I通过二极管的电流Is二极管的反向饱和电流V二极管两端电压(伏)bc,q电子电荷量等于(库),K常数等于(焦耳,K)T绝对温度(K)qVKTbc由式()可知I,Is=e所以V=KT,qlnIIs=KT,qlnJ()bc由式()可知V与绝对温度成正比AD就是根据式()bc工作的。AD的简化电路如图所示分成两部电流I=设T、T为理想三极管将电流ICTI。由个和Tl一样的三极管并联构成T所以Tl的电C由式()可知V与T成正比V是T管射极电阻R上的压降由于V与成正比所流密度JI是T的电流密度J的倍两个相同的三极TTT管流过不同的集电极电流I时其V之差与绝对温度CBC以通过R上的电流I必与绝对温度T成正比因I=I集成电路中的总电流I必与CCTT成正比即:V=VV=KT,qlnJl,J=K,q(n)TbcbcT,=T()T成正比。,设R=I=(,R)T,T所以IT=lA,K(),T这就是AD当温度改变l度(绝对温度)获得lA电流输出的这就是把温度转成电流的道理。AD的应用电路基本应用电路如图是AD用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD的电流与热力学温度成正比当电阻R和电位器RP的电阻之和为kn时输出电压U随温度的变化为mV,K。但由于AD的增益有偏差电阻也有误差因此应对电路进行调整图测量热力学温度的基本应用电路RP用于校准调整。调整的方法为:把AD放于冰水混合物(K)中调整电位RP使U=mV。或在室温下(条件下调整电位器使U==mV。但这样调整只可保证在K或K附近有较高精度。模拟式摄氏温度测量电路如图所示电位器RP用于调整零点RP用于调整运放的增益。调整方法如下:在时调整RP使输出Uo=然后在时调整RP使Uo=mV。如此反复调整多次直至时Uo=mV时Uo=mV为止。最后在室温下进行校验。例如若室温为那么Uo应为mV。冰水混合物是环境沸水为环境。图模拟式摄氏温度测量电路数字式温度测量电路AD虽是一种模拟温度传感器但附加上一些电路可输出数字信号。如图所示是由AD和AD转换器组成的数字式温度测量电路。电位器RPl用于调整基准电压以达满度调节RP用于在时调零。当被测温度变化时通过R的电流不同使得A点电位发生相应变化检测此电位即能检测被测温度(AD所在处温度)的高低。A点电位送入IC的脚经处理后再送人显示电路驱动LED显示出被测温度。图数字式温度测量电路温差测量电路及其应用温差测量原理分析图是利用两个AD测量两点温度差的电路。两块AD分别位于两个被检测点B、B。BB处的温度I=分别为T,T由图可得I=ITTK(TlT)。假设两块AD有相同T图温差测量电路的标度因子KT运放的输出Uo为Uo=IR=KR(TT)可见整个电路总的标T度因子为F=Uo(Tl–T)=KRF值大小取决于R。刚才假定了两块感温器件具有相同T的标度因子K但实际上难免有差异电路中设置电位器RP通过隔离电阻Rl注入一个T校正电流L以获得平稳的零位误差。由校正前后的温度特性曲线可知只有在某一温度T时有I=,此点常设在量程的中间。应用举例()以某节能型药材仓库温、湿度控制系统为例若要求库房温度低于T相对湿度低于AB,RH。则采取的两种控制模式如下:控制模式一:当库内相对湿度高于AB,RH且库外温度低于T时进行库内外通风。这种方式是利用库内外湿度差进行空气的交换以达到库内除湿的要求其优点是高效、节能、节省资金。但这种方式受到严格的控制。首先库外的相对湿度要低于库内的它们之间的差要大于AB,RH这样才能有效保证及时地进行库内的除湿。其次库内库外的温度差要小于T这是因为如果在库外温度远高于库内温度时进行通风热空气进入库区后遇上冷空气就会造成药品、器材表面结露的现象进而影响药品和器材的质量。反之如果在库内温度远高于库外温度时进行通风冷空气进入库内后也会在药品器材表面结露。另外库外温度不能接近T。这是因为如果库外温度接近T时进行通风很可能使密闭的库温升高从而超过温度上限T。控制模式二:当温度高于T或湿度高于AB,RH但不满足第一种情况时开启冷冻空调机组进行库内降温除湿。为避免因库内外温差过大通风时药品、器材表面结露的现象必须严格控制系统温差值的精度。传统的测温差方法是对两点温度分别进行处理(调理电路、A,D、运算处理)后求差值此方法所得温差精度低。库内外温差测量可采用图所示电路利用温差值直接与设定值相比较既能保证较高的精度又简化了系统的软件设计提高了系统的可靠性。()如图所示的电路运放的输出端Uo连接上报警电路传感器B设置在警戒液面的位置传感器B设置在警戒液面上方较远的位置。这样即成为了种液位报警器。平时传感器B、B在相同的温度条件下调节电位器RPl使运放输出为零。当液面升高到警戒位时传感器B将会被液体淹没由于液体温度与环境温度不同因此运放输出控制电压Uo控制报警电路发出警报。N点最低温度值的测量将不同测温点上的数个ADS相串联可测出所有测量点上的温度最低值。该方法可应用于测量多点最低温度的场合。N点温度平均值的测量把N个AD并联起来将电流求和后取平均则可求出平均温度。该方法适用于需要多点平均温度但不需要各点具体温度的场合。AD在热电偶冷端补偿中的应用热电偶有热端和冷端它所产生的电动势为两者的热电势之差因此同环境温度有关时测量结果需要加以修正。利用AD的线性温敏特性可以给温差电偶的参考端(冷端)提供温度补偿使热电偶的参考端在任何环境温度下仅产生的V电动势。补偿的基本原理如图补偿电路如图所示。图热电倜冷端补偿基本原理图热电倜的冷端温度补偿图中将热电偶的冷热两端等效成两个受温度控制的电压源即电压源的电动势随温度而改变。其温度系数与电偶的塞贝克(Seebeck)系数相同。电偶参考端的温度补偿实际上就是在电偶的参考端人为的引入一个不受温度控制且温度系数相同而方向相反的电压源从而使参考端的总电动势不再受到环境温度的影响。这里我们选用的是铁康铜温差电偶它的测温范围为在室温范围内其塞贝克系数为,V。由图中不难导出加到放大器A的输入电压为:Vi=(VB)VV()To,式中VB为两端电压降,V为热电偶冷端所产生的热电势V为热电偶热端(测量端)所To,产生的热电势。合理的选择电阻RA和RT的值使满足CV=即Vi=V即加To,B到放大器输入端的电压就是热电偶热端所产生的热电势与冷端电势无关从而达到冷端补偿的目的。由于AD和冷端放在一起其产生的电流与冷端温度成正比此电流在上的压降抵消冷端误差电势从而实现补偿冷端误差。AD的选用AD是一种模拟温度传感器但是无需附加的线性化电路来校准热敏电阻的非线性。当要求电压(或电流)与温度之间呈线性关系时它是迄今为止的最佳选择。虽然新的数字输出温度传感器已经在许多应用中取代了模拟输出温度传感器但是模拟输出温度传感器在那些无需数字化输出的应用场合仍然能够找到其用武之地。AD电流输出温度传感器在许多应用领域一直是很有活力的产品。因为其高阻抗电流输出使它对长线传输的电压降落不敏感这种器件经常用于远程温度检测。因为它能够检测,的温度并且具有V,V宽电压工作范围它能用于多种多样的温度检测。具体设汁时可依据其特性参数选用。结束语由于AD精度高、价格低、不需辅助电源线性好。基于该器件输出电流与绝对温度成正比这种特性对于温度测量的应用包括冷端补偿和离散补偿的纠正以及流速测量、标准流度或风力测定。AD这一芯片适用于混合电路及受保护环境的快速温度测量条件下。此外AD也可用于细微的传感应用中。这一器件由于其高阻抗输出电路对长线路上电压压降较为敏感。根据其输出特性AD的应用也是多元化的:电流可转换成一个CMOS多路(复用)器或者供给电压也可转换成逻辑门输出。

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