1、单总线温度传感器在空调系统的应用摘要： 在常规的自控系统设计中，温度数据的采集常会通过热电阻、热电偶等传感器来实现。它们的测量原理基于电阻值随温度的变化而改变，通过检测电阻值间接测量温度值，是完全基于模拟量信号的一种检测仪表。 单总线温度计是由美国 DALLAS 公司开发的一款温度检测数字芯片，它采取单总线通讯、全数字信号的数据传输方式，它相比常规的热电阻、热电偶温度传感器有诸多优点。 本文着重探讨单总线温度传感器在空调系统的应用方案，并且本方案已经实际实施。对其应用的切实效果来看，从其数据的准确度、反应灵敏度、抗干扰能力等性能来看，与传统的热电阻采集相比，具有明显的优越性。同时也可以得出结论
2、，它完全可以代替热电阻传感器，在工业领域的低温介质温度检测环境中广泛应用。 关键词： 单总线；温度传感器；空调系统；应用 中图分类号：S951.4+1 文献标识码： A 引言 电子技术发展迅速，不断推陈出新，尤其是电子芯片技术的发展，更是如日中天，外形更小巧、功能更强大的芯片不断被开发创造出来，也不断在各行各业中得以应用，大大推动和促进了相关行业的发展。今天介绍一款单总线数字温度检测芯片-DS18B20，就是这样一个鲜明的例证。 DS18B20 温度测量芯片是 DALLAS 公司生产的 1-Wire（即单总线）器件。它具有线路简单，体积小、硬件开消低，抗干扰能力强，精度高的特点。它本体具有测温
3、、信号处理、通信等功能，可以通过一根通讯线为其提供电源，同时在通讯线上传输数字信号，上传采集的实时温度数据。因此可以把很多这样的数字温度计挂在一条通信总线上，组成一个测温系统，对于温度测点众多的空调系统的温度采集将十分方便。 当然，DS18B20 只是一个具备这种能力的芯片，需要对其进行进一步加工，改造成合适现场安装的工业仪表，并且配置与之通讯的相关电气器件，监测计算机等，才能实际测温、操作员实时监测的功能。 原理与设计 温度传感器芯片 DS18B20 简介 温度检测芯片 DS18B20（本文以下简称“DS18B20” ）有多种电子元件的封装形式，本方案中采取的是 TO-92 封装样式的产品，
4、它更适应在圆形的不锈钢保护套管中安装，以便于在制作的检测仪表在工业现场的安装。它的外形样式及引脚功能等如图 1： 图 1 DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由 1 线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。DS18B20 的电源也可以从外部 3V-5.5V 的电压得到。 它具有的技术性能如下： 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电； 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连
5、接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯； DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温； DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，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； 温范围55+125，在-10+85时精度为0.5； 可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温； 在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快； 测量结果直接输出数字温度信
6、号，以“一 线总线“串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力； 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 因为每一个 DS18B20 元件都有自己的，与其它元件不同的 64 位光刻ROM 序列号，内容包含它的地址信息，所以当把多个 DS18B20 元件挂在一线口线上，也能准确地定位不同的温度测点，通过通讯指令使其完成温度测量，和把数据存储在 DS18B20 的存储器，通过读取数据的指令把温度数据上传至计算机，从而成功采集到测点的温度信号。 基于 DS18B20 的温度传感器加工制作 图 2 在中央空调系统的温度检测点主要设置在新风机、空气
7、处理机等的出口风道与回风风道等位置，风道一般采用厚度为 1.5mm 以下的薄镀锌钢板加工制作而成，所以采取这种安装样式的温度传感器，可采取直接在风道上自攻螺丝安装方式，或采取更为稳妥的方式，先在风道上氩弧焊接固定螺柱再螺丝固定的安装方式等。 系统方案设计 基于 DS18B20 的温度传感器检测仪表，构建中央空调系统的温度检测系统如图 3： 图 3 通讯控制器与检测仪表间采取单总线通讯方式，实际是采取 DJYVP-1x3x0.5 绞线电缆，电缆的其中一芯作为数据通讯线，其余两芯为仪表提供 DC5V 电源，保证其能够正常工作。 各通讯控制器与 RS232/485 转换器组成 RS485 总线网络，
8、采取MODBUS RTU 协议进行数据传输，数据通讯介质为 RVSP-2x0.5 屏蔽双绞通讯电缆。数据经 RS232/485 转换器处理、转换后与监控 SCADA 终端机的串口连接，在 SCADA 监控软件的控制下采集数据、监视实时温度变化情况。 通讯控制器具备一路 RS485 通讯接口与两路单总线通讯接口，能够与 DS18B20 进行通讯并采集、处理数据，并且处理、转换数据以 MODBUS RTU 方式进行数据上传。 按如上方案进行监控系统的施工安装时，需考虑如下几个方面的注意事项： RS485 通讯距离有限制，通讯电缆的总长度在 1200 米以内，最好不超过 800 米为宜，如存在超长的
9、情况，应在合适位置加入中继器以扩展通讯距离，或采取光缆通讯方式。 RS485 网络的通讯线最好使用屏蔽双绞线。com+与 com-为一个线对，并且屏蔽层应在网络的源端单点接地，可有效地防止外界干扰。 RS485 网络干线，在布线时，以避免与动力线系统电源线靠近且平行布置，尽量与其距离远一些布置。 单总线电容：要求线路线间电容越小越好，应 = 100pf/m。总线较长时，应 =70pf/m。 单总线电阻：要求线路两端线间电阻越小越好，优先选用线路截面积较大的电缆。总线较长时，应=4 欧/100m。 在单总线网段中，各温度传感器本体自带三芯引线长度在 200300mm左右，最大的长度不许超过 50
10、0mm，逐点并联接在一根三芯的仪表通讯总线上，以防止仪表在总线上引起分支方式而无法通讯。 3 结束语： 实践证明单总线温度传感器性能稳定，为保证空调系统的正常运行起到了积极作用。DS18B20 温度传感器测量精度高，易于系统集成，数字信号通讯受电磁干扰小，互换性好等特点，因此在空调系统中具有广阔的应用前景，并且具有相当好的经济效益。 参考文献： 1 DALLAS, DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer,2008 达拉斯半导体，DS18B20 可编程高分辨率单总线温度计，2008 年 2长英科技，题名：LTM8662 智能采集模块, 发布时间：2012-02-17 电子文献.http:/ 3 长英科技，题名：LTM8002（RS232 接口）智能商用采集中心 发布时间：2012-03-16 电子文献. http:/ 作者简介： 马春秋，男，民族汉，毕业于吉林大学电气工程及其自动化专业，河北省廊坊市新奥能源服务有限公司自控设计，电气工程师。
