數(shù)字溫度傳感器在衛(wèi)星電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　為加快我國衛(wèi)星電源分系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計.充分體現(xiàn)數(shù)字電路體積小、重量輕、功耗低、適應(yīng)性強和可靠性高等優(yōu)點，提高電源分系統(tǒng)的電能重量比，本文以DSl8820作為溫度傳感器,并采用單片機控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集、計算、調(diào)節(jié)及V-T曲線控制。

　　1、V-T曲線控制原理

　　V-T曲線的控制關(guān)系為：V=N(Vs-kT)

　　式中：Vs電壓狀態(tài)值;T溫度;k溫度系數(shù);N為補償系數(shù)。 如溫度T上升，電壓v下降，這表明此時蓄電池升高，需要調(diào)節(jié)充電電壓使溫度降低，這就是V-T曲線補償。其具體方法是采用V-T曲線跟蹤補償方案來控制蓄電池的充電終止電壓.然后通過測量蓄電池組的端電壓和單體溫度.以預(yù)設(shè)的溫度補償電壓曲線確定充電結(jié)束狀態(tài)。同時在充電器內(nèi)部設(shè)置保護性充電終止電壓控制.以在電源控制計算機出現(xiàn)故障時停止對蓄電池充電.從而保證蓄電池組的安全。

　　2、數(shù)字溫度傳感器DSl8B20

　　2.1 DSl8B20的主要特點

　　DSl8B20是美國DALLAS公司繼DSl820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面都比DSl820有所改進。DSl8B20的主要特點如下：

　　◇采用單總線方式，僅需一根信號線與CPU連接即可傳送串行數(shù)據(jù)，且不需要外部元件;

　　◇每個芯片都有惟一編碼。多個DSl8B20;芯片可以并聯(lián)在一根總線上，故可實現(xiàn)多點測溫;

　　◇測溫范圍為-55～125℃，分辨率為12位;

　　◇測溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)為9～12位，并可編程選擇;

　　◇可用數(shù)據(jù)線供電，也可用外部電源。

　　2.2 DSl8B20的結(jié)構(gòu)及功能

　　DSl8B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其管腳排列如圖l所示。圖中，GND為地;I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平;VDD外部+5V電源端.不用時應(yīng)接地。

　　DSl8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM、高速暫存器、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等七部分。其中ROM由64位二進制數(shù)字組成，它由生產(chǎn)廠家光刻而成，共分為8個字節(jié)，字節(jié)0的內(nèi)容是該產(chǎn)品的廠家代號28H，字節(jié)1～6的內(nèi)容是48位器件序列號，字節(jié)7是ROM前56位校驗碼。每個DSl8B20的64位序列號均不相同，它可以看作是該DSl8B20的地址序列碼。ROM的作用是使每一個DSl8B20都各不相同，這樣，就可以在一根總線上掛接多個DSl8B20。

　　DSl8B20溫度傳感器主要用于對溫度進行測量，數(shù)據(jù)可用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，并以0.0625℃/LSB形式表示。具體的溫度和數(shù)字量的關(guān)系如表1所列。

　　2.3 DSl8B20的工作時序

　　根據(jù).DSl8B20的通信協(xié)議，用主機控制DSl8B20以完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DSl8B20生行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DSl8B20進行預(yù)定的操作，每一步操作必須嚴格按照時序規(guī)定進行。DSl8B20的_T作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。

　　2.4 DSl8B20使用注意事項

　　主機控制DSl8B20完成溫度轉(zhuǎn)換時，在每一次讀寫之前，都要對DSl8B20進行復(fù)位，而且該復(fù)位要求主CPU要將數(shù)據(jù)線下拉500μs，然后釋放。DSl8B20收到信號后將等待16～60μs左右，之后再發(fā)出60～240μs的低脈沖。主CPU收到此信號即表示復(fù)位成功。實際上，較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償。由于DSl8B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，因此，在對DSl8B20進行讀寫編程時，必須嚴格地保證讀寫時序，否則，將無法正確讀取測溫結(jié)果。

　　對于在單總線上所掛DSl8B20的數(shù)量問題，一般人們會誤認為可以掛任意多個DSl8B20，而在實際應(yīng)用中并非如此。若單總線上所掛DSl8B20超過8個時，則需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，因此，在進行蓄電池單體多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時該問題要加以注意。

　　連接DSl8B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中.當(dāng)采用普通信號電纜且其傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。而將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，如采用帶屏蔽層且每米絞合次數(shù)更多的雙絞線電纜，則正常通信距離還可以進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的，因此，在用DSl8B20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布容和阻抗匹配問題。

　　在DSl8B20測溫程序設(shè)計中，當(dāng)向DSl8B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DSl8820的返回信號。這樣，一旦某個DSl8B20接觸不好或斷線，在程序讀該DSl8B20時就沒有返回信號，從而使程序進入死循環(huán)。因此，在進行DSl8B20硬件連接和軟件設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。

　　3、數(shù)字V-T曲線控制系統(tǒng)

　　3.1 硬件設(shè)計

　　本設(shè)計選用美國Atmel公司的增強型Flash單片機AT89S52作為主處理器來完成主要的測控任務(wù).A999S52內(nèi)嵌的8 KB Flash ROM可在軟硬件上兼容AT89C52，但其最大的特點是集成了ISP接口.因而可直接在目標板上進行在線編程。另外,設(shè)計中選用DALLAS公司的DSl8B20作為溫度測量單元，其單總線上掛接的DSl8B20采用外接Vcc(而未用寄生供電)，進行多點測量;模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADI公司的AD574，精度為12 bit。其系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

　　3.2軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。編程時必須嚴格按照DSl8B20的時序規(guī)定進行。尤其需要注意的是,在多點溫度測量中，由于多個DSl8B20掛在一條總線上，為識別不同的器件，在系統(tǒng)安裝之前，應(yīng)將主機逐個與DSl8B20掛接，以讀出其序列號。具體是由主機先給DSl8B20發(fā)一個復(fù)位脈沖，在DSl8B20發(fā)回響應(yīng)脈沖給主機后，主機再發(fā)讀ROM命令(代碼33H)，并發(fā)一個15μs左右的脈沖，接著再讀取DSl8B20序列號的一位，并用同樣方法讀取序列號的每一位。其V-T曲線控制系統(tǒng)主程序和測溫子程序分別如圖3和圖4所示。

　　4、系統(tǒng)抗干擾設(shè)計

　　為了該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地工作，本系統(tǒng)還應(yīng)對其進行抗干擾設(shè)計。具體應(yīng)從以下幾個方面人手進行設(shè)計：

　　(1) 線加粗，合理走線、接地，三總線分開。使用完全光耦隔離方法來提高抗干擾能力，減少互感振蕩，光耦應(yīng)選擇高速器件;

　　(2) CPU、RAM、ROM等主芯片應(yīng)在Vcc和GND間接電解及瓷片電容，以去掉高低頻干擾;

　　(3) 應(yīng)采用獨立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并減少接插件與連線,以提高可靠性，減少故障率;

　　(4) 在外部供電的輸入口應(yīng)加二極管橋抑制電路，以防止逆向電流的出現(xiàn)，同時也使得內(nèi)外電路的地線隔離，從而起到抗干擾作用;

　　(5) 加復(fù)位電壓檢測電路可防止復(fù)位不充分從而CPU就工作的現(xiàn)象,尤其在有EEPROM器件時，復(fù)位不充分會改變EEPROM的內(nèi)容;

　　(6) 在單片機空單元寫上00H，并在最后放跳轉(zhuǎn)指令到ORG 0000H，可防止程序跑飛。

　　5、結(jié)束語

　　應(yīng)用AT89S52單片機和DSl8B20嵌入式數(shù)字溫度傳感器等設(shè)計的V-T曲線控制補償系統(tǒng)，可以方便地進行數(shù)據(jù)采集、計算和調(diào)節(jié)。試驗結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)完全可以達到設(shè)計要求，以實現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制要求。該方法與傳統(tǒng)的模擬硬件控制系統(tǒng)相比，可以很好地解決衛(wèi)星電源分系統(tǒng)的小型化、高精度、高可靠性和低功耗等問題?？梢灶A(yù)見，該設(shè)計方案在我國的航天領(lǐng)域?qū)⒂泻艽笞鳛椤?/p>