單總線(xiàn)技術(shù)在航空相機溫控系統中的應用

摘要：航空成像設備通常需要對溫度敏感區進(jìn)行分區控制。以往的溫度傳感器多采用熱敏電阻，它易損壞，長(cháng)時(shí)間使用后需重新標定，狹小空間下的多傳感器布線(xiàn)非常復雜，保證模擬信號遠距離測量的精度在技術(shù)實(shí)現上也比較困難。提出了采用一種基于單總線(xiàn)技術(shù)的新型數字溫度傳感器DS18B20U的測溫系統。實(shí)驗結果表明，基于DS18B20U的單總線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有測量精度高，測溫范圍寬，布線(xiàn)少，無(wú)需標定等特點(diǎn)，特別適合航空成像設備在空間受限，多傳感器遠距離布線(xiàn)特點(diǎn)下的溫度組網(wǎng)測量。
關(guān)鍵詞：單總線(xiàn)技術(shù)；DS18820U；測量精度；測溫網(wǎng)絡(luò )；溫度標定

航空相機在外場(chǎng)執行任務(wù)時(shí)，由于季節、地域的不同，所處的外場(chǎng)環(huán)境溫度變化范圍很大。在偵察機升空拍照過(guò)程中，相機外表面溫度及濕度變化也很大。作為相機成像的關(guān)鍵組件，鏡頭的溫度變化和溫度梯度變化會(huì )造成像面離焦并產(chǎn)生像差，導致像質(zhì)變壞。盡管有溫度調焦補償，也不能完全消除這些影響。此外，航空電子設備故障率的50％～60％是熱管理問(wèn)題，其中包括電子器件散熱和溫度保持。因為某些電子器件的正常工作溫度范圍很窄，比如某種面陣CCD的正常工作溫度范圍是-10～+50℃，并且CCD輸出噪聲隨溫度升高變化明顯，影響相機成像質(zhì)量。綜上所述，對相機進(jìn)行溫度控制就顯得十分必要。傳統的航空設備溫度傳感器采用光敏電阻，比如美國RECON／OPTICAL公司的KS-146膠片相機，由于相機結構復雜，所以傳感器布線(xiàn)長(cháng)度受限，只配備兩個(gè)傳感器，安裝在鏡頭附近，這樣不能準確掌握所有鏡頭組件的溫度變化，且長(cháng)期使用后需要重新標定傳感器，傳感器的拆卸工作也非常困難?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/單總線(xiàn)技術(shù)">單總線(xiàn)技術(shù)的溫度傳感器DS18B20U可以很好地滿(mǎn)足航空相機溫度控制的要求。單總線(xiàn)是一種特殊的串行數據通信方式，是美國Dallas公司專(zhuān)有的總線(xiàn)技術(shù)，它將地址線(xiàn)、數據線(xiàn)、控制線(xiàn)、電源線(xiàn)(寄生電源方式下)合為一根信號線(xiàn)，允許在這根信號線(xiàn)上掛數百個(gè)測控對象，芯片抗干擾性能好；具有CRC校驗功能，可靠性高；軟件設計規范，可以與DSP等數字控制芯片無(wú)縫連接。在測量溫度不超過(guò)100℃環(huán)境下，還可以采用寄生電源供電模式，即不用外部電源線(xiàn)，只用一根信號線(xiàn)作為通信和供電通道，極大地降低了布線(xiàn)難度。

1 系統設計
航空CCD相機主要由機身組件、掃描頭組件、鏡頭組件、快門(mén)組件、檢調焦組件、CCD組件、溫控艙組件等組成。其中，溫度敏感區包括CCD組件，鏡頭組件和電控箱組件，需要對這些區域進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)測量和控制。測溫采用分區控制策略，以鏡頭組件為例，其中在關(guān)鍵位置上共安裝6個(gè)傳感器，實(shí)時(shí)測量鏡頭的溫度水平和溫度梯度，并把溫度信號傳送控制器進(jìn)行溫度顯示和控制。圖1是相機溫控系統的實(shí)驗框圖。

1．1 DS18B20U介紹
DS18B20U是DS18B20系列產(chǎn)品中的一種，采用μSOP封裝，這種封裝只有3．0 mm×5．0mm的水平尺寸，高度小于1．2 mm。非常適合用于集成度高，對尺寸要求嚴格的場(chǎng)合。它采用單總線(xiàn)的獨特連接方式，可以方便地組建傳感器網(wǎng)絡(luò )，特別適合與微處理芯片構成多點(diǎn)溫度測控系統。測溫范圍為-55～+125℃，9～12位分辨率可選，12位時(shí)測量精度可達0．062 5℃，固有測溫分辨率為0．5℃，供電電壓范圍為3．0～5．5 V，有電源模式和寄生電源供電模式兩種，用戶(hù)可編程溫度上下限報警設定功能。
1．2 單總線(xiàn)原理
單總線(xiàn)系統利用一根總線(xiàn)主控制器控制多個(gè)被控器，其中DS18B20U作為被控器，并且所有數據和命令的發(fā)送都是低位在前。區分掛在單總線(xiàn)上的不同器件是單總線(xiàn)技術(shù)的一個(gè)很重要部分。為了區分不同器件，單總線(xiàn)器件在制作時(shí)都用激光刻錄1個(gè)64位的二進(jìn)制代碼，是惟一的序列號。序列號的格式是：從低位起第1個(gè)字節(8位)是單總線(xiàn)器件的家族代碼，表示產(chǎn)品的分類(lèi)；緊接著(zhù)的6個(gè)字節(48位)是每個(gè)單總線(xiàn)器件的全球惟一序列號，確保每一個(gè)器件被惟一地識別出來(lái)；最后一個(gè)字節(8位)是前56位的CRC校驗碼，用于確保數據通信的正確。由上可知，每一種單總線(xiàn)器件類(lèi)型都有多達248個(gè)ID號，這足以解決單總線(xiàn)上的地址沖突問(wèn)題。