采用DS18B20作温度补偿的超声波液位计

　　超声液位测量具有响应时间短、连续液位测量、实时性强等优点，在水利、气象和环保领域有广泛的应用，但是其测量结果受温度的影响大，必须采用温度补偿。温度补偿的方法很多，传统的补偿方案有许多不足之处，本研究采用了一种简洁且实用的温度补偿方案，实现了超声波液位计的准确测量。

　　1 超声波液位测量与温度补偿

　　1.1 超声波液位计的测量原理

　　本液位计采用时差法测量原理，由单片机控制超声传感器连续发射超声波进行液位测量，计算公式如下L = H–V ×T / 2

　　式中，L 为液位高度;V 为超声波在空气中的传播速度;T 为超声波渡越时间;H 为超声传感器至液体容器底面的总距离。

　　1.2 温度补偿的必要性

　　超声波是一种声波，它的传播速度受空气密度的影响，密度越大，传播速度越快，而空气密度和温度有密切关系，所以温度变化时，声速也变化，导致测量不准确。超声波传播速度和温度有如下近似的关系V =331.5 + 0.607 × T (℃)

　　当温度为 20 ℃时，V=344 m/s ,当温度为 30 ℃时，V=350m/s，声速变化为 6 m/s。设超声波传播距离 S=1 m，若在 30℃以 20 ℃的声速进行测量时，误差达到 3.5 cm。可见要实现高精度的液位测量，必须对声速进行温度补偿。常用的测温补偿方法有：热敏电阻，铂电阻，热电偶以及IC 温度传感器补偿。使用传统的温度传感器，硬件电路复杂，而且输出为电压或是电流值，需要进行 A/D 转换。DS18B20 是 DALLAS 公司推出的数字式单总线温度传感器，硬件接口电路简单，分辨率可达到 0.062 5 ℃，能很好地补偿超声波在不同温度时的传播速度，从而保证了液位测量的精度。

　　2 用 DS18B20 实现温度补偿的方案

　　DS18B20 是单总线数字式温度传感器，分辨率可编程，分为 9 位、10 位、11 位和 12 位，测温范围是-55～+125 ℃，在-10～+85 ℃，准确度为±0.5 ℃，允许用户进行高低温报警设定。下面说明其操作方法。

　　(1)DS18B20 的引脚图与接线方法。

　　图 1 中，(a)为 TO-92 型封装的 DS18B20 的引脚图，其引脚：GND 为地;VDD 为电源;DQ 为数据输入/输出端。(b)为DS18B20 的典型接线图，就两种方式相比较而言，(1)寄生电源工作方式少用一根导线，但它完成温度测量所需的时间较长，而外部电源方式测量速度较快，工作可靠，推荐使用(2)外接电源工作方式。

　　(2)DS18B20 的读写。

　　DS18B20 遵 循 典 型 的1—Wire 总线读写时序：第一步初始化→第二步ROM 命令→第三步 DS18B20功能命令。

　　每次对 DS18B20 进行操作的时候必须严格按照上述时序，任何的步骤遗漏或者颠倒，DS18B20 都不会响应。但是搜索 ROM(F0H)和报警搜索(ECH)两个命令例外，在执行了这些命令后操作时序必须回第一步。DS18B20 对时序要求严格，程序一般用汇编语言编写;采用 C51 语言编程时最好使用定时器延时或是调用内部库函数_nop_( )来延时。DS18B20 的时序图以及部分程序可从数据手册上获得。