Prefacio
Los sensores de temperatura son ampliamente utilizados y numerosos, ocupando el primer lugar entre todos los tipos de sensores. El desarrollo de sensores de temperatura ha pasado aproximadamente por las siguientes tres etapas:
1. Los sensores de temperatura discretos tradicionales (incluidos componentes sensibles) convierten principalmente entre cantidades eléctricas y no eléctricas. 2. Simular sensor/controlador de temperatura integrado.
3. Sensor de temperatura inteligente. Actualmente, se están desarrollando nuevos sensores de temperatura en el mundo, desde analógicos a digitales, integrados a inteligentes y en red.
Clasificación de sensores de temperatura
Según el método de contacto entre el sensor y el medio medido, los sensores de temperatura se pueden dividir en dos categorías: uno es sensor de temperatura de contacto y el otro no. -contacto sensor de temperatura.
El elemento de medición de temperatura del sensor de temperatura de contacto debe tener un buen contacto térmico con el objeto que se está midiendo y lograr el equilibrio térmico a través de los principios de conducción y convección del calor, que es el valor indicado del objeto que se está midiendo. . Este método de medición de temperatura tiene alta precisión y puede medir la distribución de temperatura dentro de un objeto. Sin embargo, para objetos en movimiento con pequeña capacidad calorífica y efectos corrosivos en los elementos sensores de temperatura, este método producirá grandes errores.
El elemento de medición de temperatura sin contacto no entra en contacto con el objeto que se está midiendo. Normalmente se utiliza el principio del intercambio de calor radiante. La característica principal de este método de medición de la estabilidad es que puede medir pequeños objetivos en movimiento y objetos con capacidades caloríficas pequeñas o que cambian rápidamente. También puede medir la distribución de temperatura del campo de temperatura, pero se ve muy afectado por el medio ambiente.
Desarrollo de sensores de temperatura
1. Sensor de temperatura discreto tradicional-sensor de termopar
El sensor de termopar es el sensor de temperatura más utilizado en la medición industrial. contacto directo con el objeto que se mide, no se ve afectado por medios intermedios y tiene alta precisión. El rango de medición es amplio y se puede medir de forma continua desde -50 a 1600°C. Los termopares especiales, como los de oro, hierro, níquel y cromo, pueden medir temperaturas tan bajas como -269 °C, y los de tungsteno y tierras raras pueden medir temperaturas tan altas como 2800 °C.
2. Sensor de temperatura integrado analógico
El sensor integrado está hecho de un proceso de integración de semiconductores de silicio, por lo que también se le llama sensor de silicio o sensor de temperatura integrado monolítico. Los sensores de temperatura analógicos integrados se introdujeron en la década de 1980. Integra un sensor de temperatura en un chip y puede completar las funciones de medición de temperatura y salida de señal analógica.
Las características principales del sensor de temperatura analógico integrado son función única (solo mide la temperatura), pequeño error de medición de temperatura, bajo precio, respuesta rápida, larga distancia de transmisión, tamaño pequeño, bajo consumo de energía, etc. No se requiere calibración no lineal, el circuito periférico es simple y es adecuado para mediciones de temperatura a larga distancia.
2.1 Sensor de fibra óptica
Principio de medición de temperatura de fibra óptica
La tecnología de medición de temperatura de fibra óptica se puede dividir en dos categorías: una se basa en el principio de medición de radiación, utilizando fibra óptica como flujo de luz conductora. El conductor utiliza un elemento fotosensible para formar un sensor estructural. En segundo lugar, la fibra óptica en sí es un elemento sensor de temperatura y es un sensor funcional que transmite el flujo de luz; La fibra óptica tiene buena flexibilidad, amplio espectro de transmisión, baja pérdida de transmisión y es conveniente para uso local o transmisión remota. El diámetro de la fibra es pequeño, la estructura es simple y el volumen es pequeño. un paquete, una forma de Y o una matriz. Por lo tanto, como termómetro, se puede aplicar a casi todo tipo de objetos de detección y se puede utilizar en ocasiones especiales en las que otros termómetros son difíciles de aplicar, como sellado, alta presión, campo magnético fuerte, radiación nuclear, explosión estricta. A prueba de agua, anticorrosión, espacio extremadamente pequeño o artefactos de espacio extremadamente pequeño, etc. En la actualidad, la tecnología de medición de temperatura de fibra óptica incluye principalmente medición de temperatura de radiación total, medición de temperatura de radiación única, medición de temperatura de longitud de onda dual y medición de temperatura de longitud de onda múltiple.
2.1.1 Termometría de radiación total
La termometría de radiación total mide la energía de radiación en todas las bandas, que está determinada por la ley de Planck:
Durante la medición, los cambios en La radiación de fondo circundante, la distancia de prueba, la absorción, la emisión y la transmitancia del medio afectarán seriamente la precisión. Al mismo tiempo, la emisividad es difícil de predecir. Sin embargo, debido a su estructura simple, fácil operación, medición automática y amplio rango de medición de temperatura, los pirómetros se utilizan generalmente como dispositivos de monitoreo de temperatura objetivo fijo en la industria. El rango de medición de este termómetro de fibra óptica es generalmente de 600 ~ 3000 ℃ y el error máximo es de 65438 ± 06 ℃.
2.1.2 Termometría de radiación única
Según la ley de radiación del cuerpo negro, la radiación monocromática de un objeto a una determinada temperatura es una función de un solo valor de la temperatura. La radiación monocromática aumenta la temperatura mucho más rápido, por lo que se puede obtener información sobre la temperatura midiendo el brillo de las radiaciones individuales.
Dentro del rango ordinario de temperatura y longitud de onda, el brillo de la radiación monocromática se expresa mediante la fórmula de Wien:
2.1.3 Método de termometría de longitud de onda dual
El método de termometría de longitud de onda dual utiliza dos tipos diferentes de La temperatura del objeto está determinada por la relación de un solo valor entre la relación de la señal de la longitud de onda de trabajo y la temperatura. La relación de las dos señales viene dada por la siguiente fórmula:
En aplicaciones internacionales, después de medir R(T), la temperatura T se puede obtener consultando la tabla. Al mismo tiempo, si λ1 y λ2 se seleccionan apropiadamente de modo que ε(λ1, T) y ε(λ2, T) del objeto medido sean aproximadamente iguales en estas dos bandas específicas, se puede obtener la verdadera temperatura objetivo independientemente de la emisividad. . Este método tiene una velocidad de respuesta rápida, no se ve afectado por la inducción electromagnética y tiene una gran capacidad antiinterferente. Especialmente en ambientes hostiles como polvo y humo, tiene ventajas obvias medir la temperatura de objetos en movimiento o que vibran donde el objetivo no llena el campo de visión. Pero en aplicaciones prácticas está limitado porque supone que la emisividad de las dos bandas es igual, lo que sólo puede satisfacerse con cuerpos grises. El rango de temperatura de este tipo de instrumento es generalmente de 600 ~ 3000 ℃ y la precisión puede alcanzar ±2 ℃.
2.1.4 Método de termometría de radiación de longitudes de onda múltiples
La termometría de radiación de longitudes de onda múltiples utiliza la información de medición de radiación multiespectral del objetivo para procesar los datos y obtener la temperatura y el espectro reales. del material. Considerando que el pirómetro de múltiples longitudes de onda tiene n canales, la señal de salida Si del I-ésimo canal se puede expresar como:
Combinando cualquiera de las fórmulas (9) a (13) con la fórmula (8 ), la temperatura t y la emisividad espectral se pueden obtener ajustando o resolviendo esta ecuación. En 1988, Coates analizó los métodos de ajuste de datos y la precisión de los pirómetros de longitudes de onda múltiples bajo los supuestos de las ecuaciones (9) y (10). En 1991, Mansoor [10] resumió los métodos de ajuste de datos y la precisión de los pirómetros de múltiples longitudes de onda. Este método tiene una alta precisión. Actualmente, Hiernaut et al. de la Unión Europea y Estados Unidos han desarrollado un pirómetro submilimétrico de 6 longitudes de onda (Figura 4) para medir temperaturas reales entre 2000 y 5000 K [11]. El Instituto de Tecnología de Harbin ha desarrollado un pirómetro con prisma espectroscópico de 35 longitudes de onda para medir la temperatura real de los materiales sometidos a ablación. Los pirómetros de longitudes de onda múltiples muestran un gran potencial en las mediciones de temperatura real por radiación. Los pirómetros de múltiples longitudes de onda son instrumentos prometedores para medir la temperatura real de objetos de alta temperatura, temperatura ultraalta y especialmente de alta temperatura transitoria. Este instrumento tiene un amplio rango de temperatura y se puede utilizar para medir la temperatura real dentro del rango de temperatura de 600 ~ 5000°C con una precisión de 65438±0%.
2.1.5 Conclusión
El desarrollo de la tecnología de fibra óptica proporciona condiciones muy favorables para la aplicación de la medición de temperatura sin contacto en la producción. La tecnología de medición de temperatura de fibra óptica resuelve muchos problemas que los termopares y los termómetros infrarrojos convencionales no pueden resolver. En el campo de las altas temperaturas, la tecnología de medición de temperatura por fibra óptica está mostrando una vitalidad cada vez mayor. La termometría de radiación total obtiene la temperatura midiendo la energía radiante en todas las bandas. La radiación de fondo circundante, los cambios en la absortividad del medio y la predicción de la emisividad εT causarán dificultades en la medición, lo que dificultará lograr una alta precisión. Cuanto más estrecha sea la banda seleccionada para la termometría de radiación única, mejor. Pero si el ancho de banda es demasiado estrecho, la energía recibida por el detector será demasiado pequeña, lo que afectará a la precisión de la medición. La termometría de radiación de múltiples longitudes de onda es un método muy preciso, pero el proceso es complejo y el costo alto, lo que dificulta su popularización y aplicación. La medición de temperatura de longitud de onda dual utiliza tecnología de comparación de longitud de onda de banda estrecha, que supera muchas deficiencias de los métodos anteriores. Aún se puede lograr una alta precisión en condiciones muy duras, como humo, polvo, vapor, partículas y cambios en la emisividad de la superficie del objetivo.
2.2 El sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores es un sensor de temperatura de fibra óptica transmisor de luz. El llamado sensor de temperatura de fibra óptica se refiere a un sistema de detección de fibra óptica que solo utiliza fibra óptica como ruta de transmisión de ondas de luz y utiliza otros componentes sensibles, como componentes ópticos o mecánicos, para detectar cambios en la temperatura medida. Este tipo utiliza principalmente fibras multimodo escalonadas con mayor apertura numérica y diámetro del núcleo. Debido a que utiliza fibra óptica para transmitir señales, también tiene las ventajas de aislamiento eléctrico, interferencias antielectromagnéticas y sensores de fibra óptica seguros y a prueba de explosiones. Es adecuado para mediciones en lugares donde los sensores tradicionales no pueden hacerlo. Entre estos sensores, el sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores es uno de los más estudiados.
El sensor de temperatura de fibra óptica por absorción de semiconductores consta de un absorbente semiconductor, una fibra óptica, un emisor de luz y un sistema de procesamiento de señales que incluye un detector de luz. Tiene las ventajas de tamaño pequeño, alta sensibilidad, operación confiable, fácil fabricación y sin pérdida de luz parásita. Por lo tanto, tiene un alto valor de aplicación en algunas ocasiones especiales, como la medición de temperatura de dispositivos de potencia de alto voltaje.
B Principio de medición de temperatura del sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores
El sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores se realiza utilizando las características del espectro de absorción de los materiales semiconductores que cambian con la temperatura. Según la investigación, en el rango de temperatura de 20 ~ 972 K, la energía de la banda prohibida, por ejemplo, del semiconductor, está relacionada con la energía del semiconductor.
La relación entre la temperatura t es
"
3. Sensor de temperatura inteligente
Sensor de temperatura inteligente (también conocido como sensor de temperatura digital ) salió a mediados de la década de 1990 es la cristalización de la tecnología microelectrónica, la tecnología informática y la tecnología de prueba automática. En la actualidad, se han desarrollado internacionalmente una variedad de productos de sensores de temperatura inteligentes, incluidos sensores de temperatura, sensores A/D y señales. Procesadores, memoria (o registros) y circuitos de interfaz Algunos productos también incluyen multiplexores, controladores centrales (CPU), memorias de acceso aleatorio (RAM) y memorias de solo lectura (ROM). Los sensores pueden generar datos de temperatura y cantidades de control de temperatura relacionadas, adaptarse a varios microcontroladores (MCU) y realizar funciones de prueba a través del software, es decir, la inteligencia depende del nivel de desarrollo del software.
3.1 Temperatura digital. Sensores.
Con el continuo avance y desarrollo de la ciencia y la tecnología, existen cada vez más tipos de sensores de temperatura. Los sensores de temperatura digitales se utilizan ampliamente en sistemas de control de temperatura, como controles industriales, termómetros electrónicos y médicos. Son instrumentos adecuados para sistemas de control automático de temperatura compuestos por varias interfaces de microprocesador y pueden superar las deficiencias del circuito de acondicionamiento de señal y el convertidor A/D cuando el sensor analógico interactúa con el microprocesador. Entre ellos, los sensores de temperatura digitales representativos incluyen el DS1820. , MAX6575, DS1722, MAX6635, etc.
1 Principio de funcionamiento de DS1722
1 y características principales de DS1722
DS1722 es de bajo costo, bajo consumo de energía El sensor de temperatura digital de tres buses Sus características principales se muestran en la Tabla 1.
2. La estructura interna del sensor de temperatura digital DS1722 está disponible en paquete m-SOP. Paquete SOIC de 8 pines, su disposición de pines se muestra en la Figura 1. Consta de cuatro partes principales: sensor de temperatura de precisión, convertidor analógico a digital, electrónica de interfaz SPI/de tres cables y registro de datos, y se muestra su estructura interna. en la Figura 2. /p>
Cuando se inicia la fuente de alimentación, el DS1722 está en estado de apagado. Después del encendido, el usuario cambia la resolución del registro para colocarlo en el modo de temperatura de conmutación continua o el modo de temperatura de conmutación continua. modo de conmutación única En el modo de conversión continua, el DS1722 convierte continuamente la temperatura y almacena el resultado en el registro de temperatura. La lectura del contenido del registro de temperatura no afecta su conversión de temperatura. conversión, almacena el resultado en el registro de temperatura y luego regresa al modo de apagado. Aplicaciones sensibles a la temperatura En la aplicación, el usuario puede configurar el registro de resolución a través del programa para lograr diferentes resoluciones de temperatura. , 9 bits, 10 bits, 11 bits o 12 bits, correspondientes a la temperatura. Las resoluciones son 1,0 ℃, 0,5 ℃, 0,25 ℃ y 0,60. DS1722 tiene dos interfaces de comunicación: interfaz serie Motorola y estándar de tres cables. Los usuarios pueden seleccionar el estándar de comunicación a través del pin SERMODE.
3. Método de operación de temperatura DS1722
El sensor DS1722 convierte la temperatura en una cantidad digital y la almacena en el registro de temperatura en formato de complemento a dos. A través de SPI o interfaz de tres cables, se pueden leer los datos en las direcciones 01H y 02H en el registro de temperatura. La dirección de los datos de salida se muestra en la Tabla 2 y la relación exacta entre las formas binaria y hexadecimal de los datos de salida se muestra en la Tabla 3. En la Tabla 3, se supone que el DS1722 está configurado para una resolución de 12 bits. Los datos se transmiten continuamente a través de la interfaz digital, MSB (bit más significativo) primero a través de SPI y LSB (bit menos significativo) primero a través de los tres cables.
4. Programa de trabajo de DS1722
Al seleccionar la dirección de registro de estado adecuada, todos los programas de trabajo de DS1722 se completan mediante la interfaz SPI o la interfaz de comunicación de tres buses. La Tabla 4 es una tabla de direcciones de registros que muestra las direcciones de los dos registros (estado y temperatura) del DS1722.
1SHOT es el bit de conversión de temperatura de un solo paso y SD es el bit del disyuntor cerrado.
Si el bit SD es '1', no se realiza ninguna conversión de temperatura continua. Cuando el bit 1SHOT se escribe en "1", el DS1722 realiza una conversión de temperatura y almacena los resultados en los bits de dirección 01h (LSB) y 02h (MSB) del registro de temperatura. Una vez completada la conversión de temperatura, el 1722 realiza una temperatura. conversión. Si el bit SD es "0", se ingresará al modo de conversión continua y el DS1722 realizará conversiones de temperatura continuamente y almacenará todos los resultados en el registro de temperatura. Aunque los datos escritos en el bit 1SHOT se ignoran, el usuario todavía tiene acceso de lectura/escritura a este bit. Si SD cambia a '1', las conversiones en curso continuarán hasta que se complete la conversión y se almacene el resultado, luego el dispositivo entrará en un modo de apagado de bajo consumo de energía.
Cuando el sensor está encendido, el bit de activación predeterminado 1 es "0". R0, R1 y R2 son los bits de resolución de temperatura como se muestra en la Tabla 5 (x = cualquier valor). En el estado de encendido predeterminado, el usuario puede leer y escribir R2, R1 y R0, así como R2 = "0", r 1 = "0" y R0 = "1" (conversión de 9 bits). En este momento, el puerto de comunicación sigue siendo válido y el usuario tiene acceso de lectura/escritura al bit SD, cuyo valor predeterminado es "1" (modo apagado).
2. El principio y la aplicación del sensor de temperatura inteligente DS18B20.
DS18B20 es un nuevo sensor de temperatura inteligente mejorado lanzado por Dallas Semiconductor Company en Estados Unidos. En comparación con los termistores tradicionales, puede leer directamente la temperatura medida y realizar un modo de lectura de valor digital de 9 a 12 bits mediante una programación simple de acuerdo con los requisitos reales. Las cantidades digitales de 9 bits y 12 bits se pueden completar en 93,75 ms y 750 ms respectivamente. La información leída o escrita desde DS18B20 solo requiere una línea de puerto (interfaz de un solo cable) para leer y escribir. Bus de datos y también se puede conectar la fuente de alimentación DS18B20, no es necesario. Por lo tanto, el uso de DS18B20 puede hacer que la estructura del sistema sea más simple y confiable. En comparación con DS1820, la precisión de la medición de temperatura, el tiempo de conversión, la distancia de transmisión, la resolución, etc. se han mejorado enormemente, brindando a los usuarios un uso más conveniente y resultados satisfactorios.
La estructura interna de 2DS18B20
DS18B20 adopta un paquete PR35 de 3 pines o un paquete SOIC de 8 pines. Su diagrama de bloques de estructura interna se muestra en la Figura 1.
(1) La estructura de la ROM flash de 64 b es la siguiente:?
Los primeros 8 dígitos son el número de serie del tipo de producto, seguido del número de serie único de cada dispositivo. * * * Hay 48 bits y los últimos 8 bits son el código de verificación CRC de los primeros 56 bits. Es por eso que varios DS18B20 pueden comunicarse en una línea.
(2) La alarma de temperatura no volátil se activa. TH y TL pueden escribir los límites superior e inferior de la alarma del usuario a través del software.
(3) Almacenamiento temporal de alta velocidad
La memoria interna del sensor de temperatura DS18B20 incluye una RAM temporal y una memoria E no volátil borrable eléctricamente. 2 am Este último se utiliza para almacenar valores TH y TL. Los datos se escriben primero en la RAM y luego se envían a E? 2 a. m. El registro de configuración es el quinto byte del registro de alta velocidad y su contenido se utiliza para determinar la resolución de conversión digital del valor de temperatura. Cuando el DS18B20 está funcionando, la temperatura se convierte en un valor de precisión correspondiente según la resolución de este registro. Los bits de byte se definen de la siguiente manera:
Los 5 bits inferiores son siempre 1 y TM es el bit del modo de prueba, que se utiliza para establecer si el DS18B20 está en modo de trabajo o en modo de prueba. Cuando el DS18B20 sale de fábrica, este bit se establece en 0 y el usuario no debe cambiarlo. R1 y R0 determinan la precisión de la conversión de temperatura, es decir, la resolución de configuración, como se muestra en la Tabla 1 (DS18B20 está configurado en 12 bits cuando se envía de fábrica). ?
Como se puede ver en la Tabla 1, cuanto mayor sea la resolución establecida, mayor será el tiempo de conversión de datos de temperatura requerido. Por lo tanto, el tiempo de resolución y conversión debe considerarse en aplicaciones prácticas.
Además de los registros de configuración, la memoria del scratchpad también contiene otros 8 bytes, distribuidos de la siguiente manera. Entre ellos, la información de temperatura (bytes 1, 2), los bytes 3, 4, 6 y 8 de los valores th y TL no se utilizan y muestran toda la lógica 1; el noveno byte lee el código CRC de los 8 bytes anteriores; , se puede utilizar para garantizar una comunicación correcta. ?
Cuando el DS18B20 recibe el comando de conversión de temperatura, inicia la conversión. Después de la conversión, el valor de temperatura se almacena en los bytes 1 y 2 de la memoria del scratchpad como complemento a dos con signo extendido de 16 bits. El microcontrolador puede leer datos a través de la interfaz de un solo cable.
Al leer, el bit bajo aparece primero y el bit alto aparece al final. El formato de datos es 0?062 5 ℃/LSB. El formato del valor de temperatura es el siguiente:?
Cálculo de temperatura correspondiente: cuando el bit de signo S = 0, el bit binario se convierte directamente a decimal; cuando S = 1, el complemento se convierte primero al código original y luego se calcula el valor decimal; . La Tabla 2 muestra algunos valores de temperatura correspondientes. ?
Después de completar la conversión de temperatura del DS18B20, compare el valor de temperatura medido con th y TL. Si T > TH o t < TL, configure el indicador de alarma en el dispositivo y responda al comando de búsqueda de alarma enviado por el host. Por lo tanto, se pueden utilizar varios DS18B20 para medir la temperatura y realizar búsquedas de alarmas simultáneamente.
(Generación de CRC
El código de verificación de redundancia cíclica (CRC) se almacena en el byte más significativo de la ROM de 64 b. El host calcula el valor de CRC basándose en los primeros 56 bits de la ROM y compararlo con el valor CRC almacenado en DS18B20 para determinar si los datos de ROM recibidos por el host son correctos.
El principio de medición de temperatura de 3DS18B20
¿La temperatura? El principio de medición de DS18B20 se muestra en la Figura 2. Como se muestra en la figura, la frecuencia de oscilación del oscilador de cristal de bajo coeficiente de temperatura se ve ligeramente afectada por la temperatura [1], que se utiliza para generar una señal de pulso de frecuencia fija y se envía a la resta. contador 1. La frecuencia de oscilación del oscilador de cristal de coeficiente de alta temperatura cambia con la temperatura. El cambio es obvio y la señal se genera como una entrada de pulso al contador de resta 2. La figura también implica una puerta de conteo cuando se abre la puerta de conteo. , el tiempo de apertura de la puerta de conteo DS lo determina el oscilador con un coeficiente de temperatura alto antes de cada medición. Coloque el valor base correspondiente a -55 ℃ en el contador de resta 1 y el registro de temperatura respectivamente. Los registros están preestablecidos en -55 ℃. El valor base correspondiente generado por el oscilador de cristal de bajo coeficiente de temperatura se resta del contador de resta 1. Señal de pulso Cuando el valor preestablecido del contador de resta 1 disminuye a 0, el valor del registro de temperatura. se aumentará en 1, y el valor preestablecido del contador de resta 1 se recargará nuevamente. La señal de pulso cuenta, y así sucesivamente, hasta que el contador de resta 2 cuente hasta 0, la temperatura no se detendrá. Se utiliza el acumulador de pendiente en la Figura 2. para compensar y corregir la no linealidad en el proceso de medición de temperatura, y su salida se utiliza para corregir el valor preestablecido del contador de resta. Mientras la puerta de conteo aún esté abierta, repita el proceso anterior hasta que el valor del registro de temperatura alcance el valor medido. valor de temperatura. Este es el principio de medición de temperatura de DS18B20.
Además, dado que la función de comunicación de un solo cable DS18B20 está completada, existe un concepto estricto de intervalos de tiempo, por lo que la lectura y. La sincronización de escritura es muy importante. Todas las operaciones del sistema en DS18B20 deben realizarse de acuerdo con el protocolo. El protocolo de operación es: inicializar DS18B20 (enviar pulso de reinicio) → enviar comando de función ROM → enviar comando de operación de memoria → La sincronización. El diagrama de varias operaciones es el mismo que el del DS1820.
Diseño de interfaz típico entre 4DS18B20 y el microcontrolador. Tome el microcontrolador MCS51 como ejemplo. Usando el modo de fuente de alimentación parásita, el puerto P1?1 está conectado al único. -Bus de cables Para garantizar que se proporcione suficiente corriente dentro del ciclo de reloj efectivo del DS18B20, se puede usar un tubo MOSFET y P1.0 de 89C51 para completar el pull-up del bus [2]. pull-up en el bus durante las operaciones de escritura de memoria y las operaciones de conversión A/D de temperatura. El tiempo máximo de encendido del pull-up es de 10 μs. El método de suministro de energía parásita es que tanto los terminales VDD como GND están conectados a tierra porque el El sistema de cables tiene solo una línea, por lo que los puertos de envío y recepción deben ser de tres estados. La computadora host controla el DS18B20 para completar la conversión de temperatura, que debe pasar por tres pasos: inicialización, instrucciones de operación de la ROM e instrucciones de operación de la memoria. Suponga que la frecuencia del oscilador de cristal utilizada en el sistema de microcontrolador es de 12 MHz. Según el tiempo de inicialización, el tiempo de escritura y el tiempo de lectura del DS18B20, escriba tres subrutinas: init es la subrutina de inicialización, WRITE es la subrutina de escritura (comando o datos), y leer es la subrutina de lectura de datos. Todas las lecturas y escrituras de datos comienzan desde el bit más bajo. De hecho, este método no se utiliza en el experimento. Simplemente agregue una resistencia pull-up 4 a la línea de datos. ?
El problema de retardo preciso del 5DS18B20
Aunque DS18B20 tiene muchas ventajas, no es fácil de usar. Debido al método de transmisión de datos de un solo bus, la E/S de datos del DS18B20 se completa en la misma línea.
Por lo tanto, el tiempo de operación de lectura y escritura es estricto. Para garantizar la estricta sincronización de E/S del DS18B20, se requiere un retraso más preciso. En el funcionamiento del DS18B20, los retardos de tiempo utilizados son 15 μs, 90 μs, 270 μs, 540 μs, etc. Debido a que todos estos retrasos son múltiplos enteros de 15 μs, podemos usar el siguiente código fuente para escribir una función DELAY15(n):
Siempre que esta función se use para retrasar aproximadamente 15 μs × N n, es más preciso Con la latencia garantizada, podemos leer y escribir, convertir temperatura y mostrar el DS18B20.
3.2 Nuevas tendencias en el desarrollo de sensores de temperatura inteligentes
(1) Mejorar la precisión y resolución de la medición de temperatura.
El sensor de temperatura inteligente utiliza un convertidor A/D de 8 bits, que tiene una precisión de medición de temperatura baja y una resolución de solo 1°C. En la actualidad, se han lanzado al extranjero una variedad de sensores de temperatura inteligentes de alta velocidad y alta resolución, que utilizan convertidores A/D de 9 a 12 bits, y la resolución generalmente puede alcanzar de 0,5 a 0,0625 °C. El sensor de temperatura inteligente de alta resolución DS1624 desarrollado recientemente por Dallas Semiconductor Company en Estados Unidos puede generar datos binarios de 13 bits con una resolución de hasta 0,03125 °C y una precisión de medición de temperatura de 0,2 °C. Para mejorar la tasa de conversión de los sensores de temperatura inteligentes multicanal, algunos chips utilizan convertidores A/D de aproximación sucesiva de alta velocidad. Tomando como ejemplo el sensor de temperatura inteligente de 5 canales AD7817, su tiempo de conversión para el sensor local y cada sensor remoto es de solo 27 microsegundos y 9 microsegundos respectivamente.
(2) Agregar función de prueba
La función de prueba del sensor de temperatura también está aumentando. Por ejemplo, el sensor de temperatura inteligente de un solo cable DS1629 agrega un reloj calendario en tiempo real (RTC) para que sus funciones sean más completas. DS1624 también agrega una función de almacenamiento, utilizando la memoria E*EPROM de 256 bytes dentro del chip para almacenar mensajes cortos del usuario. Además, los sensores de temperatura inteligentes se están desarrollando desde un solo canal hasta varios canales, lo que crea buenas condiciones para el desarrollo de sistemas de control y medición de temperatura multicanal.
El sensor tiene una variedad de modos de trabajo para elegir, incluido el modo de conversión única, el modo de conversión continua, el modo de espera y algunos también agregan el modo de expansión de límite de baja temperatura, que es muy simple de operar. Para algunos sensores de temperatura inteligentes, el host (microprocesador externo o microcontrolador) también puede configurar su tasa de conversión A/D, resolución y tiempo máximo de conversión a través de los registros correspondientes.
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