DS18B20在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度測(cè)量中的應(yīng)用

李 雷，張建彪，張 南，盧 娜

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，保定 071000）

1 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，排氣溫度測(cè)量常采用的是標(biāo)準(zhǔn)的K型熱電偶。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一，基于熱電效應(yīng)原理制成，適用于高溫測(cè)量[1]。

其冷端常用鉑熱電阻接入電橋進(jìn)行補(bǔ)償，但電路比較復(fù)雜[2]，在這里介紹一種采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器

DS18B20是美國(guó)DALLAS公司近年來(lái)生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，可直接產(chǎn)生對(duì)應(yīng)溫度的數(shù)字信號(hào)，使用單總線接口方式與單片機(jī)相連，串行傳輸數(shù)據(jù)，從而極大地簡(jiǎn)化了硬件電路，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，更加可靠，在汽車(chē)空調(diào)測(cè)溫等場(chǎng)合有良好的應(yīng)用[3]。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非易失溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL[4]。其性能特點(diǎn)有：?jiǎn)慰偩€傳輸方式只需1根口線與主機(jī)相連；每個(gè)主機(jī)I/O口可并聯(lián)連接多只DS18B20進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)試；不需外圍硬件電路支持；當(dāng)工作在寄生供電模式時(shí)，數(shù)據(jù)線可兼作電源線；測(cè)溫范圍為-55～+125℃，其中在-10～+85℃范圍內(nèi)精度±0.5℃；可通過(guò)軟件設(shè)定9～12位溫度分辨率，12位時(shí)最高為0.0625℃的溫度分辨率；可通過(guò)軟件自設(shè)定非易失性報(bào)警上、下限值。

3 硬件設(shè)計(jì)

DS18B20與單片機(jī)連接方式有外部電源方式和寄生電源方式兩種[5]，本系統(tǒng)采用外部電源方式，連接方法如圖1所示。

圖1 溫度檢測(cè)硬件連接圖

在單片機(jī)GPIO口和5V電源之間需連接一個(gè)4.7k的上拉電阻，以保證數(shù)據(jù)采集的正常進(jìn)行。

采用外部電源方式的好處是I/O線上不需要強(qiáng)上拉，而且控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間保持高電平，這樣可以允許單總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的往來(lái)。

4 DS18B20的工作時(shí)序

DS18B20簡(jiǎn)單的硬件接口是以相對(duì)復(fù)雜的軟件編程為代價(jià)的。DS18B20與MPC5633單片機(jī)的接口協(xié)議要求嚴(yán)格的時(shí)序要求，以保證數(shù)據(jù)的完整性。

單總線一共有三種時(shí)序信號(hào)：初始化信號(hào)，寫(xiě)信號(hào)和讀信號(hào)，時(shí)序如圖2所示。

在編程過(guò)程中，必須保證程序的執(zhí)行完全符合其工作時(shí)序的要求，否則將無(wú)法讀出測(cè)溫結(jié)果。

圖2 DS18B20的工作時(shí)序

5 測(cè)試結(jié)果

將傳感器通過(guò)石英試管放置于制冷恒溫槽中，用PR521高精度溫度計(jì)（精度0.02℃）作為測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了溫度測(cè)試。部分測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 DS18B20與PR521高精度溫度計(jì)的測(cè)溫誤差比較

經(jīng)實(shí)測(cè)，DS18B20在0～95℃范圍內(nèi)最大絕對(duì)誤差為0.94℃。實(shí)驗(yàn)表明，DS18B20測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，工作穩(wěn)定可靠，具有電路簡(jiǎn)單、傳感器互換誤差小等優(yōu)點(diǎn)，在熱電偶冷端補(bǔ)償應(yīng)用上具有一定的優(yōu)勢(shì)。