数字化温度场测量系统设计

　　1 引言

　　本测量系统采用了近年来出现的半导体智能温度传感器[1],它的内部是一个智能化的测温集成电路(微处理器),可以直接将温度信号转换成数字信号传送给下位机(单片机);它还可以将数个传感器用单总线的形式连接在一起, 进行远距离的测量。具有测温点多, 测量电路简单,占用计算机 I/O 口少,测量速度快,测量精度和分辨率高、抗干扰能力强、成本低的特点。上位机采用组态软件建立实时数据库,具有实时数据和历史数据显示管理功能。

　　本项目研究的目的是测量一个有限空间内气体或液体的温度场数据[2] [3],并将采集的实时数据传送给计算机(上位机),保存在数据库中。为分析气体或液体温度场的变化规律,以及进行温度控制提供了一个智能化应用平台。该实验系统可以应用在热力学的实验教学中,也可以应用于电冰箱、空调机制冷系统温度场分布的研究, 以及应用在中央空调的节能与计费, 大型冷冻库和粮食仓库温度监控系统中[4]。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 系统设计要求

　　本文以有限空间内的空气温度测量为例。设计在该空间内均匀分布有 64 个测温点,为了能准确描述温度场的空间分布,要求该系统能对所有测温点进行同步测量,测量周期为 30 秒,测量温度分辨率为0.5℃,测量温度范围-30～+100℃。

　　2.2 智能温度传感器

　　本系统采用的是美国DALLAS 公司生产的数字式智能温度传感器 DS18B20。该传感器的特点是:采用DALLAS 公司独特的单总线技术,可以直接与单片机I/O 口连接,单片机可以通过单总线将操作命令字发送给传感器,也可以从传感器中读出测量的温度数据;测温范围是 -55～+125℃,其分辨率可以通过编程的方法设定,分辨率的范围是0.5～0.0625℃;温度/ 数字量转换时间为94ms～750ms,分辨率越高转换时间也越长;该传感器内部有一个 6 4 位经过激光修正的只读存储器ROM,其中产品系列号占 8 位,产品序号占 48 位,每一个传感器只有一个唯一的产品序号,适合于在单总线上挂接多片DS18B20 传感器。

　　单总线是一种具有一个总线主机(亦称主CPU)和一个或多个从机(从属器件)的系统, D S l 8 B 2 0 为从机。DSl8B20 有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。通信协议规定了复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1等几种信号的时序。除了应答脉冲,　其余信号均由主CPU控制。主机CPU经过单线接口访问DSl8B20 的工作流程为:对 DSl8B20 进行初始化→ROM 操作命令→存储器(包括便笺式RAM 和E2RAM)操作命令→数据处理。主CPU 对ROM 操作完毕,即发出控制操作命令,使DSl8B20 完成温度测量并将测量结　果存入高速暂存器中,然后读出此结果。