基于ARM和DS18B20的半导体制冷器数字测温系统

    O  引言

    温度是1种最基本的环境参数，而温度测量在工农业生产中具有非常重要的作用。半导体制冷器(TEC)是利用拍耳贴效应(peltiereffeet)的一种制冷装置，因为其小型化、无噪声、无污染以及使用寿命长的特点，在空间实验技术、医疗技术、制冷技术以及生物工程技术等温度控制领域得到了广泛的应用，因此研究半导体制冷器温度的测量方法和设计灵活精确的测量系统具有重要的意义。传统的温度测量采用模拟温度传感器进行温度采集，然后将模拟信号经由传输线送至A/D转换器转换成数字信号，最后将转换后的数字信号由微处理器进行处理，在此过程中必须考虑传输距离及环境对模拟信号的衰减和干扰。测量温度的关键是度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。文章将介绍单线总线智能集成温度传感器Dsl8B20的结构特征及测温方法，并对由此传感器和飞利浦LPC221O微控制器构成的温度测量系统的工作原理及软硬件设计作详细介绍。

    1 半导体制冷器

    系统采用TEcl一12705T125型半导体制冷器。半导体制冷器是由半导体按照特殊的结构组成的一种制冷装置，其基本原理是拍耳贴效应:由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。通上电源之后，冷端的热量被移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高l’}。NP型半导体通过金属导流片链接，当电流由N通过P时，电场使N中的电子和P中的空穴反向流动，它们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片的一端吸热，而在另一端放热，这样就产生了温差，其结构图见图l。通过改变流过半导体制冷器的电流方向(决定制冷或制热)和大小(必须在额定值范围内)以调节半导体制冷器的制冷量，因此在通过温度场的热传递后半导体制冷器制冷面和制热面的温度也会随之得到调节。在实时环境下，单线总线数字温度传感器会根据设定的采样速率采集半导体制冷器的温度值。

    2  数字温度传感器DS18B20

    DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的1种单线总线

智能温度传感器，它是对DS1820进行了改进，其结构图见图2{“!。独特的单线接口仅需l个端口引脚进行通信，而且每一个传感器都有唯一的64位序列号，这使微处理器可以对1条总线上所挂的多个传感器进行读写操作而不会相互影响，因此可以实现多点分布式应用。DS18B20复位后，可以通过温度转换命令在传感器内部实现温度的A/D转换，并将16位二进制转换值存储于传感器内部的寄存器中，之后可以通过单线总线并按照读时序对寄存器进行读操作。DS18B20适用电压3~SV，并可以通过数据线供电，无须外部器件，零待机功耗，9~12位分辨率可调，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大转变。