DS18B20在测温系统光电隔离中的应用

    在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。而新型数字温度传感器DS18B20的出现，为克服上面提到的三个问题提供了很好的解决方法。

    Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。这种新的”一线器件“体积更小、适用电压更宽、更经济一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

    DS18B20的应用

    DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚T0-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9～12位数字量的形式反映器件的温度值，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，微处理器只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

    DS18B20的工作原理

    DS18B20的工作原理如上图所示。固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数振荡器随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0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。上图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，由于DS18B20一线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）一发ROM功能命令一发存储器操作命令一处理数据。

    微处理器与DS18B20的典型接口设计

    DS18B20的手册上推荐了几个不同应用方式的测温电路，分别为寄生电源供电方式、寄生电源强上拉供电方式和外部电源供电方式。经过试验证明，外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，在这种方式下，充分发挥了DS18820宽电源电压范围的特点，即使电源电压VCC降到3V时，也能够保证温度测量精度。下图给出了具体的原理图。

    为了满足工业生产过程的需要，传感器DS18820需要安装到各种恶劣条件的地点，由于DS18B20直接与微处理器I/O连接，当外部有强烈干扰，会通过DS18B20和连接的电缆传入微处理器，容易造成微处理器损坏。为了隔离干扰，传统的方法是采用光耦进行隔离，但是由于DS18B20的通信方式为单总线式，在一条数据线上完成读写，具有双向传输数据的功能，而光耦没有双向通信功能。

    通过对DS18820的读写时序的仔细研究，我们发现对DS18B20的读写控制可以分别采用两个I/O口进行控制，其中一个I/O口进行数据的读，另一个I/O口对数据进行写。具体原理见下图。

      从上图中可以看出，原理在实现上并不是需要很大的改动，只是多使用了微处理器一条I/O口线，并且在程序上也不需要很大的改动，只是在读写的时候分别适用不同的I/O。由于DS18B20的时序要求非常严格，所以，DC光耦选择了高速光耦HCPL0611，并且电源使用了DC/DC隔离模块，使DS18B20与微处理器之间完全实现了电气上的隔离，大大的提高了系统的可靠性。