DS18B20在發動機排氣溫度測量中的應用

李 雷，張建彪，張 南，盧 娜

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，保定 071000）

1 引言

在發動機標定實驗中，排氣溫度測量常采用的是標準的K型熱電偶。熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一，基于熱電效應原理制成，適用于高溫測量[1]。

其冷端常用鉑熱電阻接入電橋進行補償，但電路比較復雜[2]，在這里介紹一種采用數字溫度傳感器DS18B20對熱電偶進行冷端補償的方法。

2 DS18B20數字溫度傳感器

DS18B20是美國DALLAS公司近年來生產的一線式數字溫度傳感器，可直接產生對應溫度的數字信號，使用單總線接口方式與單片機相連，串行傳輸數據，從而極大地簡化了硬件電路，使系統結構更加簡單，更加可靠，在汽車空調測溫等場合有良好的應用[3]。

DS18B20內部結構主要由三部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非易失溫度報警觸發器TH和TL[4]。其性能特點有：單總線傳輸方式只需1根口線與主機相連；每個主機I/O口可并聯連接多只DS18B20進行多點溫度測試；不需外圍硬件電路支持；當工作在寄生供電模式時，數據線可兼作電源線；測溫范圍為-55～+125℃，其中在-10～+85℃范圍內精度±0.5℃；可通過軟件設定9～12位溫度分辨率，12位時最高為0.0625℃的溫度分辨率；可通過軟件自設定非易失性報警上、下限值。

3 硬件設計

DS18B20與單片機連接方式有外部電源方式和寄生電源方式兩種[5]，本系統采用外部電源方式，連接方法如圖1所示。

圖1 溫度檢測硬件連接圖

在單片機GPIO口和5V電源之間需連接一個4.7k的上拉電阻，以保證數據采集的正常進行。

采用外部電源方式的好處是I/O線上不需要強上拉，而且控制器不用在溫度轉換期間保持高電平，這樣可以允許單總線上進行其他數據的往來。

4 DS18B20的工作時序

DS18B20簡單的硬件接口是以相對復雜的軟件編程為代價的。DS18B20與MPC5633單片機的接口協議要求嚴格的時序要求，以保證數據的完整性。

單總線一共有三種時序信號：初始化信號，寫信號和讀信號，時序如圖2所示。

在編程過程中，必須保證程序的執行完全符合其工作時序的要求，否則將無法讀出測溫結果。

圖2 DS18B20的工作時序

5 測試結果

將傳感器通過石英試管放置于制冷恒溫槽中，用PR521高精度溫度計（精度0.02℃）作為測溫標準進行了溫度測試。部分測得數據如表1所示。

表1 DS18B20與PR521高精度溫度計的測溫誤差比較

經實測，DS18B20在0～95℃范圍內最大絕對誤差為0.94℃。實驗表明，DS18B20測溫數據準確，工作穩定可靠，具有電路簡單、傳感器互換誤差小等優點，在熱電偶冷端補償應用上具有一定的優勢。