DS1820及其高精度温度测量的实现

　　在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。我们在为某水电站开发水轮发电机组轴瓦温度实时监测系统时，为了克服上面提到的三个问题，采用了新型数字温度传感器DS1280，在对其测温原理进行详细分析的基础上，提出了提高DS1820测量精度的方法，使DS1820的测量精度由0.5°C提高到0.1°C以上，取得了良好的测温效果。
1 DS1820简介
　　DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板(ON－BOARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性：
　　(1)独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。
　　(2)DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
　　(3)DS1820在使用中不需要任何外围元件。
　　(4)测温范围－55°C～+125°C，固有测温分辨率0.5°C。
　　(5)测量结果以9位数字量方式串行传送。
　　DS1820内部结构框图如图1所示。
　　DS1820测温原理如图2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55°C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1 ，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

　　在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5°C,以9位数据格式表示，其中最低有效位(LSB)由比较器进行0.25°C比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25°C时，清除温度寄存器的最低位(LSB)，当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25°C，置位温度寄存器的最低位(LSB)，如－25.5°C对应的9位数据格式如下：

　　
2 提高DS1820测温精度的途径
2.1 DS1820高精度测温的理论依据
　　DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5°C，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，将DS1820的测温分辨率提高到0.1°C～0.01°C.

　　DS1820内部暂存寄存器的分布如表1所示，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。首先用DS1820提供的读暂存寄存器指令(BEH)读出以0.5°C为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度整数部分T_整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M_剩余和每度计数值M_每度，考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25°C、0.75°C为进位界限的关系，实际温度T_实际可用下式计算得到：
　　T_实际＝(T_整数－0.25°C)+(M_每度－M_剩余)/M_每度
2.2 测量数据比较
　　表2为采用直接读取测温结果方法和采用计算方法得到的测温数据比较，通过比较可以看出，计算方法在DS1820测温中不仅是可行的，也可以大大的提高DS1820的测温分辨率。