應用AT89S52單片機和DS18B20嵌入式數(shù)字溫度傳感器設計的V-T曲線控制補償系統(tǒng)

衛(wèi)星電源系統(tǒng)主要用來為整個衛(wèi)星的正常運行提供穩(wěn)定的電源。它是衛(wèi)星電能產(chǎn)生、儲存、變換、調(diào)節(jié)、傳輸分配和管理的重要分系統(tǒng)。其基本功能是通過物理和化學過程將太陽的光能、核能或化學能轉(zhuǎn)化為電能，并根據(jù)需要對電能進行存儲、調(diào)節(jié)和變換，然后向衛(wèi)星其它各分系統(tǒng)不間斷供電。我國的衛(wèi)星大都采用太陽能／蓄電池供電系統(tǒng)。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(tǒng)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(wèi)星上獲得成功應用。

1 V-T曲線控制原理

　　V-T曲線的控制關系為：V=N(Vs-kT)
式中：Vs電壓狀態(tài)值；T溫度；k溫度系數(shù)；N為補償系數(shù)。 如溫度T上升，電壓v下降，這表明此時蓄電池升高，需要調(diào)節(jié)充電電壓使溫度降低，這就是V-T曲線補償。其具體方法是采用V-T曲線跟蹤補償方案來控制蓄電池的充電終止電壓．然后通過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確定充電結束狀態(tài)。同時在充電器內(nèi)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(xiàn)故障時停止對蓄電池充電．從
而保證蓄電池組的安全。

2 數(shù)字溫度傳感器DS18B20

2．1 DS18B20的主要特點

　　DS18B20是美國DALLAS公司繼DSl820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面都比DSl820有所改進。DS18B20的主要特點如下：

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

　　◇每個芯片都有惟一編碼。多個DS18B20；芯片可以并聯(lián)在一根總線上，故可實現(xiàn)多點測溫；

　　◇測溫范圍為-55～125℃，分辨率為12位；

　　◇測溫結果的數(shù)字量位數(shù)為9～12位，并可編程選擇；

　　◇可用數(shù)據(jù)線供電，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(shù)據(jù)輸入／輸出端(即單線總線)，該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平；VDD外部+5V電源端．不用時應接地。

　　DS18B20的內(nèi)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位二進制數(shù)字組成，它由生產(chǎn)廠家光刻而成，共分為8個字節(jié)，字節(jié)0的內(nèi)容是該產(chǎn)品的廠家代號28H，字節(jié)1～6的內(nèi)容是48位器件序列號，字節(jié)7是ROM前56位校驗碼。每個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DS18B20都各不相同，這樣，就可以在一根總線上掛接多個DS18B20。

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

2．3 DS18B20的工作時序

　　根據(jù)．DS18B20的通信協(xié)議，用主機控制DS18B20以完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對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進行預定的操作，每一步操作必須嚴格按照時序規(guī)定進行。DS18B20的_T作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。

2.4 DS18B20使用注意事項

　　主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換時，在每一次讀寫之前，都要對DS18B20進行復位，而且該復位要求主CPU要將數(shù)據(jù)線下拉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。實際上，較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償。由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格地保證讀寫
時序，否則，將無法正確讀取測溫結果。

　　對于在單總線上所掛DS18B20的數(shù)量問題，一般人們會誤認為可以掛任意多個DS18B20，而在實際應用中并非如此。若單總線上所掛DS18B20超過8個時，則需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，因此，在進行蓄電池單體多點測溫
系統(tǒng)設計時該問題要加以注意。

　　連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中．當采用普通信號電纜且其傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。而將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，如采用帶屏蔽層且每米絞合次數(shù)更多的雙絞線電纜，則正常通信距離還可以進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的，因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布容和阻抗匹配問題。

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

3數(shù)字V-T曲線控制系統(tǒng)

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作為主處理器來完成主要的測控任務．A999S52內(nèi)嵌的8 KB Flash ROM可在軟硬件上兼容AT89C52，但其最大的特點是集成了ISP接口．因而可直接在目標板上進行在線編程。另外,設計中選用DALLAS公司的DS18B20作為溫度測量單元，其單總線上掛接的DS18B20采用外接Vcc(而未用寄生供電)，進行多點測量；模數(shù)轉(zhuǎn)換采用ADI公司的AD574，精度為12 bit。