數字溫度傳感器DSl8820在衛星電源系統中設計原理

為加快我國衛星電源分系統的數字化設計．充分體現數字電路體積小、重量輕、功耗低、適
應性強和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，提高電源分系統的電能重量比，本文以DSl8820作為溫度傳感器,并采用單片機控制系統進(jìn)行數據的采集、計算、調節及V-T曲線(xiàn)控制。

衛星電源系統主要用來(lái)為整個(gè)衛星的正常運行提供穩定的電源。它是衛星電能產(chǎn)生、儲存、變換、調節、傳輸分配和管理的重要分系統。其基本功能是通過(guò)物理和化學(xué)過(guò)程將太陽(yáng)的光能、核能或化學(xué)能轉化為電能，并根據需要對電能進(jìn)行存儲、調節和變換，然后向衛星其它各分系統不間斷供電。我國的衛星大都采用太陽(yáng)能／蓄電池供電系統。蓄電池充電終壓控制采用電壓一溫度補償法，即V-T控制。蓄電池溫度傳感器傳統上一般選用熱電耦或鉑電阻。模擬電路硬件控制是溫度補償的常用方法，已經(jīng)在我國各種型號的衛星上獲得成功應用。

1 V-T曲線(xiàn)控制原理

　　V-T曲線(xiàn)的控制關(guān)系為：V=N(Vs-kT)
式中：Vs電壓狀態(tài)值；T溫度；k溫度系數；N為補償系數。 如溫度T上升，電壓v下降，這表明此時(shí)蓄電池升高，需要調節充電電壓使溫度降低，這就是V-T曲線(xiàn)補償。其具體方法是采用V-T曲線(xiàn)跟蹤補償方案來(lái)控制蓄電池的充電終止電壓．然后通過(guò)測量蓄電池組的端電壓和單體溫度．以預設的溫度補償電壓曲線(xiàn)確定充電結束狀態(tài)。同時(shí)在充電器內部設置保護性充電終止電壓控制．以在電源控制計算機出現故障時(shí)停止對蓄電池充電．從
而保證蓄電池組的安全。

2 數字溫度傳感器DS18B20

2．1 DS18B20的主要特點(diǎn)

　　DS18B20是美國DALLAS公司繼DSl820之后推出的增強型單總線(xiàn)數字溫度傳感器。它在測溫精度、轉換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面都比DSl820有所改進(jìn)。DS18B20的主要特點(diǎn)如下：

　　◇采用單總線(xiàn)方式，僅需一根信號線(xiàn)與CPU連接即可傳送串行數據，且不需要外部元件；

　　◇每個(gè)芯片都有惟一編碼。多個(gè)DS18B20；芯片可以并聯(lián)在一根總線(xiàn)上，故可實(shí)現多點(diǎn)測溫；

　　◇測溫范圍為-55～125℃，分辨率為12位；

　　◇測溫結果的數字量位數為9～12位，并可編程選擇；

　　◇可用數據線(xiàn)供電，也可用外部電源。

2．2 DS18B20的結構及功能

　　DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其管腳排列如圖l所示。GND為地；I／O為數據輸入／輸出端(即單線(xiàn)總線(xiàn))，該腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平；VDD外部+5V電源端．不用時(shí)應接地。

　　DS18B20的內部結構主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM、高速暫存器、用于存儲用戶(hù)設定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等七部分。其中ROM由64位二進(jìn)制數字組成，它由生產(chǎn)廠(chǎng)家光刻而成，共分為8個(gè)字節，字節0的內容是該產(chǎn)品的廠(chǎng)家代號28H，字節1～6的內容是48位器件序列號，字節7是ROM前56位校驗碼。每個(gè)DS18B20的64位序列號均不相同，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣，就可以在一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20。

　　DS18B20溫度傳感器主要用于對溫度進(jìn)行測量，數據可用16位符號擴展的二進(jìn)制補碼讀數形式提供，并以0.0625℃／LSB形式表示。

2．3 DS18B20的工作時(shí)序

　　根據．DS18B20的通信協(xié)議，用主機控制DS18B20以完成溫度轉換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對DS18B20生行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預定的操作，每一步操作必須嚴格按照時(shí)序規定進(jìn)行。DS18B20的_T作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。

2.4 DS18B20使用注意事項

　　主機控制DS18B20完成溫度轉換時(shí)，在每一次讀寫(xiě)之前，都要對DS18B20進(jìn)行復位，而且該復位要求主CPU要將數據線(xiàn)下拉500μs，然后釋放。DS18B20收到信號后將等待16～60μs左右，之后再發(fā)出60～240μs的低脈沖。主CPU收到此信號即表示復位成功。實(shí)際上，較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對復雜的軟件進(jìn)行補償。由于DS18B20與微處理器間采用串行數據傳送方式，因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴格地保證讀寫(xiě)
時(shí)序，否則，將無(wú)法正確讀取測溫結果。

　　對于在單總線(xiàn)上所掛DS18B20的數量問(wèn)題，一般人們會(huì )誤認為可以?huà)烊我舛鄠€(gè)DS18B20，而在實(shí)際應用中并非如此。若單總線(xiàn)上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，則需要解決微處理器的總線(xiàn)驅動(dòng)問(wèn)題，因此，在進(jìn)行蓄電池單體多點(diǎn)測溫
系統設計時(shí)該問(wèn)題要加以注意。

　　連接DS18B20的總線(xiàn)電纜是有長(cháng)度限制的。試驗中．當采用普通信號電纜且其傳輸長(cháng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。而將總線(xiàn)電纜改為雙絞線(xiàn)帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達150m，如采用帶屏蔽層且每米絞合次數更多的雙絞線(xiàn)電纜，則正常通信距離還可以進(jìn)一步加長(cháng)。這種情況主要是由總線(xiàn)分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的，因此，在用DS18B20進(jìn)行長(cháng)距離測溫系統設計時(shí)要充分考慮總線(xiàn)分布容和阻抗匹配問(wèn)題。

　　在DS18B20測溫程序設計中，當向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DSl8820的返回信號。這樣，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線(xiàn)，在程序讀該DS18B20時(shí)就沒(méi)有返回信號，從而使程序進(jìn)入死循環(huán)。因此，在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設計時(shí)，應當給予足夠的重視。

3數字V-T曲線(xiàn)控制系統

3.1 硬件設計

　　本設計選用美國Atmel公司的增強型Flash單片機AT89S52作為主處理器來(lái)完成主要的測控任務(wù)．A999S52內嵌的8 KB Flash ROM可在軟硬件上兼容AT89C52，但其最大的特點(diǎn)是集成了ISP接口．因而可直接在目標板上進(jìn)行在線(xiàn)編程。另外,設計中選用DALLAS公司的DS18B20作為溫度測量單元，其單總線(xiàn)上掛接的DS18B20采用外接Vcc(而未用寄生供電)，進(jìn)行多點(diǎn)測量；模數轉換采用ADI公司的AD574，精度為12 bit。