DS1820芯片在電化學(xué)傳感器溫度補(bǔ)償中的應(yīng)用
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工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境溫度變化范圍大而劇烈，工作在工業(yè)現(xiàn)場的傳感器大多數(shù)都對溫度有一定的敏感度，這樣就會使傳感器的零點(diǎn)和靈敏度發(fā)生變化，從而造成輸出值隨環(huán)境溫度變化，導(dǎo)致測量出現(xiàn)附加誤差，因此溫度補(bǔ)償問題一直是傳感器技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
溫度補(bǔ)償的方法一般分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種方法。目前應(yīng)用較廣泛的是利用微處理器實(shí)現(xiàn)溫度漂移軟件補(bǔ)償方法。本文要介紹的溫度補(bǔ)償方法也屬于一種軟件補(bǔ)償，只是在具體實(shí)現(xiàn)的過程中提出了新的設(shè)計(jì)方案―采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820芯片和LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)中的神經(jīng)元芯片（Neuron Chip即CPU）實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償，并以電化學(xué)傳感器為例，詳細(xì)介紹了它的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)部分。
二、傳感器溫度漂移軟件補(bǔ)償原理
由于周圍環(huán)境溫度變化而引起傳感器的附加誤差，可以采用軟件的方法來修正，其基本思路是：在傳感器內(nèi)靠近對溫度敏感的部件處，安裝一個測溫元件，用以檢測傳感器所在環(huán)境的溫度；把測溫元件的輸出經(jīng)過多路開關(guān)與信號同一路徑送入CPU（或者采用多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)），根據(jù)溫度誤差的數(shù)學(xué)模型去補(bǔ)償被測信號，以達(dá)到精確測量的目的，其中溫度誤差修正模型一般是根據(jù)具體的傳感器溫度特性用曲線擬合方法而建立的。
傳感器采用這種軟件補(bǔ)償方法解決溫度附加誤差時，通常測溫元件大多采用熱電阻，因此必須增加相應(yīng)的熱電阻溫度變送器以及A/D轉(zhuǎn)換兩部分的電路，任何一個環(huán)節(jié)都不能缺少，具體實(shí)施起來難免顯得有些繁瑣，而且兩部分電路的溫度特性可能成為新的附加誤差。
三、傳感器溫度漂移軟件補(bǔ)償新方案
針對上述提出的問題，我們可以通過用數(shù)字式溫度傳感器代替熱電阻檢測周圍環(huán)境溫度來解決。在這里我們推薦使用美國Dallas半導(dǎo)體公司研制生產(chǎn)的DS1820芯片一種單總線數(shù)字溫度傳感器，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)良性能：
（1）可以把溫度信號直接轉(zhuǎn)換為9位數(shù)字量，溫度的轉(zhuǎn)換可以在1秒內(nèi)完成；
（2）只通過一根數(shù)據(jù)線就能實(shí)現(xiàn)與微處理器的通訊，而且芯片正常工作所需要的電源也可以從這根數(shù)據(jù)線上獲得，無需外部電源；
（3）具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)；
（4）價格便宜，僅為普通溫度變送器的十分之一。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究證明這種傳感器可以很好地解決溫度漂移軟件補(bǔ)償中的測溫問題。
四、電化學(xué)傳感器的溫度補(bǔ)償方案
電化學(xué)傳感器通過測量氣體在某個確定電位電解時所產(chǎn)生的電流從而得到氣體的濃度值。這種傳感器體積小、重量輕，不僅靈敏度高，而且測量準(zhǔn)確、響應(yīng)時間快、使用壽命長，是目前比較理想的一種氣體濃度測量傳感器。不過，和大多數(shù)傳感器一樣，其溫度特性不太理想，在實(shí)際使用時需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。具體思路是：在確定傳感器輸出量與溫度之間的數(shù)學(xué)模型后，通過數(shù)字溫度傳感器DS1820芯片，直接把溫度信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，送入CPU進(jìn)行后續(xù)處理，即根據(jù)傳感器的溫度特性對測量值進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)用軟件的方法消除由于環(huán)境溫度的變化給測量帶來的誤差。
1、電化學(xué)傳感器溫度補(bǔ)償硬件電路設(shè)計(jì)
硬件電路設(shè)計(jì)如圖1所示，其核心部分主要是神經(jīng)元芯片和DS1820芯片。神經(jīng)元芯片有11個雙向、可編程I/O口（管腳IO_0至IO_10）。這些I/O口可根據(jù)需求不同，靈活選擇接口方式，實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的接口。另外，Neuron芯片有34個預(yù)編程的操作模式（即I/O對象），支持電平、脈沖、頻率等各種信號，可以實(shí)現(xiàn)有效的測量和控制。本文涉及到的I/O對象主要有Neurowire I/O對象和Touch I/O對象，前者主要用于傳送全同步串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一次傳輸8位，首先傳輸最高有效位；后者主要用于與Dallas半導(dǎo)體公司開發(fā)的One-Wire協(xié)議接口，以便與觸摸式存儲器（Touch Memories）和相似的設(shè)備進(jìn)行通信（DS1820芯片就屬于One-Wire設(shè)備），對于DS1820芯片工作時所需要的一系列初始化序列，Touch I/O對象都有相應(yīng)的內(nèi)部函數(shù)支持，例如：touch_reset，該函數(shù)插入一個復(fù)位脈沖，如果檢測到存在脈沖則返回1，如果未檢測到存在脈沖則返回0，或1-WIRE總線總是為低電平則返回-1。有了這些函數(shù)的支持，神經(jīng)元芯片對外圍電路DS1820芯片的控制與通信就顯得非常方便，因此在這一點(diǎn)上明顯優(yōu)于其他的微處理器。 電化學(xué)工作站相關(guān)文章:電化學(xué)工作站原理
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