數字溫度傳感器DS18B20在衛星電源系統中的應用

0 引言
　　衛星電源系統主要用來為整個衛星的正常運行提供穩定的電源。它是衛星電能產生、儲存、變換、調節、傳輸分配和管理的重要分系統。其基本功能是通過物理和化學過程將太陽的光能、核能或化學能轉化為電能，并根據需要對電能進行存儲、調節和變換，然后向衛星其它各分系統不間斷供電。我國的衛星大都采用太陽能／蓄電池供電系統。蓄電池充電終壓控制采用電壓-溫度補償法，即V-T曲線控制。蓄電池溫度傳感器傳統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，已經在我國各種型號的衛星上獲得成功應用。
　　為加快我國衛星電源分系統的數字化設計。充分體現數字電路體積小、重量輕、功耗低、適應性強和可靠性高等優點，提高電源分系統的電能重量比，本文以DS18B20作為溫度傳感器，并采用單片機控制系統進行數據的采集、計算、調節及V-T曲線控制。
　　
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為電壓狀態值；T為溫度；k為溫度系數；N為補償系數。
　　如溫度T上升，電壓V下降，這表明此時蓄電池升高，需要調節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。同時在充電器內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故障時停止對蓄電池充電，從而保證蓄電池組的安全。
　　
2 數字溫度傳感器DS18B20
　　2.1 DS18B20的主要特點
　　DS18B20是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強型單總線數字溫度傳感器。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面都比DS1820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據，且不需要外部元件；
　　◇每個芯片都有惟一編碼，多個DS18B20芯片可以并聯在一根總線上，故可實現多點測溫； ◇測溫范圍為-55～125℃，分辨率為12位；
　　◇測溫結果的數字量位數為9～12位，并可編程選擇；
　　◇可用數據線供電，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1所示。圖中，GND為地；I／O為數據輸入／輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態下呈高電平；VDD是外部+5 V電源端，不用時應接地。

DS18B20的內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觸發器、存儲與控制邏輯、8位循環冗余校驗碼發生器等七部分。其中ROM由64位二進制數字組成，它由生產廠家光刻而成，共分為8個字節，字節0的內容是該產品的廠家代號28H，字節1～6的內容是48位器件序列號，字節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，數據可用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，并以0.0625℃／LSB形式表示。具體的溫度和數字量的關系如表1所列。

2.3 DS18B20的工作時序