DS1820及其高精度温度测量的实现

ds1820及其高精度温度测量的实现

摘 要： 结合数字温度传感器ds1820在水轮发电机组轴瓦温度测量中的应用经验，提出了用ds1820实现轴瓦温度高精度、高可靠性测量的可行性方案。

关键词： 数字温度传感器 ds1820 高精度 温度测量

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。我们在为某水电站开发水轮发电机组轴瓦温度实时监测系统时，为了克服上面提到的三个问题，采用了新型数字温度传感器ds1820，在对其测温原理进行详细分析的基础上，提出了提高ds1820测量精度的方法，使ds1820的测量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的测温效果。

１ ds1820简介

ds1820是美国dallas-p.htm" target="_blank" title="dallas货源和pdf资料">dallas半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（on-b0ard）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。与其它温度传感器相比，ds1820具有以下特性：

（1）独特的单线接口方式，ds1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds1820的双向通讯。

（2）ds1820支持多点组网功能，多个ds1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。

（3）ds1820在使用中不需要任何外围元件。

（4）温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。

（5）测量结果以9位数字量方式串行传送。

ds1820内部结构框图如图1所示。

ds1820测温原理如图2所示。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1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1 ，计数器1的预置将重新被装入，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。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

在正常测温情况下，ds1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示，其中最低有效位（lsb）由比较器进行0.25℃比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25℃时，清除温度寄存器的最低位（lsb），当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25℃，置位温度寄存器的最低位（lsb），如－25.5℃对应的9位数据格式如下：

2 提高ds1820测温精度的途径

2.1 ds1820高精度测温的理论依据

ds1820正常使用时的测温分辨率为0.5℃，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足，在对ds1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取ds1820内部暂存寄存器的方法，将ds1820的测温分辨率提高到0.1℃～0.01℃．

ds1820内部暂存寄存器的分布如表1所示，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。首先用ds1820提供的读暂存寄存器指令(beh)读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(lsb)，得到所测实际温度整数部分t整数，然后再用beh指令读取计数器1的计数剩余值m剩余和每度计数值m每度，考虑到ds1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度t实际可用下式计算得到：

t实际=(t整数－0.25℃)+(m每度－m剩余)/m每度