基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路的制作方法
【專利摘要】基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路包括CPU、上拉電阻、電子開關模塊、第一電阻和第一電子開關；CPU包括輸入引腳、第一輸出引腳和第二輸出引腳，輸入引腳通過上拉電阻連接第一直流電源，還連接數據線的第一端；第一輸出引腳連接該電子開關模塊的控制端，電子開關模塊的輸入端連接第二直流電源，輸出端連接數據線的第一端；第二輸出引腳通過第一電阻連接第一電子開關的控制端；第一電子開關的輸出端連接該數據線的第一端，第一電子開關的輸入端接地，數據線的第二端連接數字溫度傳感器的數據端。本實用新型的讀寫可靠性高，且具備短路保護和防電流倒灌功能，使得本測量電路工作更可靠。
【專利說明】基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路。
【背景技術】
[0002]數字溫度傳感器如DS18B20可測量-55°C~125°C的溫度值范圍，在_10°C~85°C的溫度范圍內可達到0.5V的準確度。DS18B20可配置9~12bit，當DS18B20分別配置為9、10、11 和 12bit 時，其分辨率分別對應為 0.5°C、0.25°C >0.125°C和 0.0625。。。DS18B20 采用Ι-wire方式與處理器通信，由于是遠距離測量，需要傳輸線纜進行傳輸。當DS18B20工作于寄生電源(Parasite Power)模式時，DS18B20可從信號線上獲取電能，無需本地電源為其供電，故可實現2線(信號線DQ和地線)溫度測量。由于DS18B20的工作速度很快，需要的上升沿為15飛θμ~而在遠距離測量時導線的分布電容會容易使上升沿變得遲緩，從而影響到電路不能進行正常測量的測量工作。 [0003]如圖1所示，現有的關于DS18B20的溫度測量電路的設計簡單，DS18B20工作于寄生電源模式，其Vdd接地，不使用本地電源。信號線DQ在其處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電容充電。要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1.5mA，尤其是當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，需采用MOS管強上拉的方式以滿足其電能供應的需求。實際應用時，包括復制數據到E2PRAM或啟動溫度轉換在內，DQ線必須在執行任何協議后的10 μ s內切換到強上拉狀態，以保證DS18B20能及時充電有足夠的時間充電。CPU可通過讀電源供應命令(Β4Η)獲取DS18B20電源模式，如果DS18B20返回0，則表示其工作于寄生電源模式，而返回I則表示其工作于外接電源模式。CPU使用GPIOl (GeneralPurpose Input Output,通用輸出/輸入接口)與DS18B20通信，由于1-wire總線為開漏(0D)，故要求外圍電路外接一個上拉電阻R1，上拉電阻Rl常用4.7K的阻值。CPU發送數據時，CPU首先將GPIOl配置為發送模式，再由GPIO發送數據(脈沖信號)；CPU接收數據時，CPU便將GPIOl配置為接收模式，再由GPIOl接收DS18B20發來的數據。
[0004]DS18B20的收發過程是有嚴格的時序要求，以確保數據的完整性。與DS18B20每一次通信之前必須對其復位，而復位時間、等待時間、響應時間都有嚴格按時序要求。
[0005]復位時序:CPU先將GPIOl配置為發送模式，并由GPIOl向DS18B20發出復位脈沖(48(T96(^s的低電平)，然后并進入接收模式(至少持續接收480 μ s，以完成此復位過程)，此時總線應由外部上拉電阻被拉至高電平；DS18B20檢測到DQ引腳的上升沿后，等待15^60μ8后發送presence脈沖(60-240 μ s低電平脈沖)，之后釋放總線，而總線由上拉電阻拉至高電平。
[0006]CPU寫O時序:GP101被配置為發送模式，并向數據線輸出60-?20μ s的邏輯低電平，隨后為Iys以上的恢復時間。
[0007]CPU寫I時序:GP101先向數據線輸出f 15 μ s邏輯低電平，然后釋放，使數據線被拉為高電平15?45 μ S。
[0008]CPU讀DS18B20時序:讀時序的采樣時間更加的精確，CPU將GPIOl配置為發送模式，并先由的GPIOl產生至少1μ s的低電平，隨后釋放總線，CPU將GPIO配置為接收模式；DS18B20在下降沿后的15 μ s內輸出有效的數據，這時CPU將從GPIOl讀出“I”表示總線為高電平，如果讀出數據“O”則表示總線為低電平。每個讀時序必須為一個最小60μ s的持續時間和I μ s恢復時間。
[0009]由上述可知，溫度測量電路的讀寫均通過GPIOl實行，容易因受干擾而讀錯溫度值，甚至得不到溫度值。另外，在實際使用時，現有的溫度測量電路常由于電流倒灌、短路或過流而損壞CPU。再者，由于下降沿波形不準，上述溫度測量電路容易出現讀寫不可靠，使得測量結果不準確。
實用新型內容
[0010]針對現有技術的不足，本實用新型的目的旨在于提供一種數據讀寫可靠的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路。
[0011]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0012]一種基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其包括CPU、上拉電阻、電子開關模塊、第一電阻和第一電子開關；
[0013]該電子開關模塊包括控制端、輸出端和輸入端，當該控制端接收到第一電平信號時，該輸出端與輸入端之間斷開，當該控制端接收到第二電平信號時，該輸出端與輸入端之間相連接，其中，第一電平信號和該第二電平信號不相同；
[0014]該第一電子開關包括控制端、輸出端和輸入端，當第一電子開關的控制端接收到第三電平信號時，該第一電子開關的輸出端和輸入端斷開，當第一電子開關的控制端接收到第四電平信號時，該第一電子開關的輸出端和輸入端相連接，其中，該第三電平信號和該第四電平信號不相同；
[0015]該CPU包括輸入引腳、第一輸出引腳和第二輸出引腳，該輸入引腳通過上拉電阻連接第一直流電源，還連接數據線的第一端；該第一輸出引腳連接該電子開關模塊的控制端，該電子開關模塊的輸入端連接第二直流電源，其輸出端連接數據線的第一端；該CPU的第二輸出引腳通過第一電阻連接該第一電子開關的控制端；該第一電子開關的輸出端連接該數據線的第一端，該第一電子開關的輸入端接地，該數據線的第二端連接數字溫度傳感器的數據端。
[0016]進一步地，兩線遠距離溫度測量電路還包括第一防電流倒灌模塊，CPU的輸入引腳通過第一防電流倒灌模塊連接數據線的第一端。
[0017]進一步地，第一防電流倒灌模塊為二極管，該二極管的陽極連接該CPU的輸入引腳，該二極管的陰極連接該數據線的第一端。
[0018]進一步地，兩線遠距離溫度測量電路還包括第二防電流倒灌模塊，該電子開關模塊的輸出端通過第二防電流倒灌模塊連接數據線的第一端。
[0019]進一步地，該第二防電流倒灌模塊包括二極管和第二電阻，該二極管的陽極通過第二電阻連接該電子開關模塊的輸出端，該二極管的陰極連接該數據線的第一端。
[0020]進一步地，該電子開關模塊包括第二電阻至第四電阻、三極管和場效應管；該CPU的第一輸出引腳依次通過第二電阻和第三電阻連接該三極管的基極，該三極管的發射極接地，該三極管的集電極連接該場效應管的柵極，該場效應管的源極連接該第二直流電源，該第四電阻連接于該場效應管的柵極和源極之間，該場效應管的漏極連接該數據線的第一端。
[0021]進一步地，兩線遠距離溫度測量電路還包括二極管，該二極管的陽極連接于該第二電阻和第三電阻之間。
[0022]進一步地，該第一電平信號和第二電平信號分別為低電平信號和高電平信號，該第三電平信號和第四電平信號分別為低電平信號和高電平信號。
[0023]進一步地，該第一電子開關為NPN三極管或NPN場效應管，對應地，該第一電子開關的控制端為基極或柵極，該第一電子開關的輸出端為發射極或源極，該第一電子開關的輸入端為集電極或漏極。
[0024]本實用新型的有益效果如下:
[0025]本實用新型采用2線(即數據總線和地線)傳輸，相對3線傳輸，可減少一條電源線，可有效地節約成本，尤其是項目中有多個遠距離監測點需要進行溫度監測的場合。本實用新型對數字溫度傳感器進行讀寫的可靠性高，且具備短路保護和防電流倒灌功能，使得本測量電路工作更可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為現有技術的溫度測量電路的電路圖。
[0027]圖2為本實用新型基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路的較佳實施方式的電路圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合附圖以及【具體實施方式】，對本實用新型做進一步描述:
[0029]請參見圖2，本實用新型涉及一種基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其較佳實施方式包括CPU 10、上拉電阻R1、第一防電流倒灌模塊、電子開關模塊20、第二防電流倒灌模塊、電阻R6和第一電子開關Q3。
[0030]該電子開關模塊20包括控制端、輸出端和輸入端，當該控制端接收到第一電平信號時，該輸出端與輸入端之間斷開，當該控制端接收到第二電平信號時，該輸出端與輸入端之間相連接，其中，該第一電平信號和第二電平信號不相同。本實施例中，該第一電平信號和第二電平信號分別為低電平信號和高電平信號。
[0031]該第一電子開關Q3包括控制端、輸出端和輸入端，當第一電子開關Q3的控制端接收到第三電平信號時，該第一電子開關Q3的輸出端和輸入端斷開，當第一電子開關Q3的控制端接收到第四電平信號時，該第一電子開關Q3的輸出端和輸入端相連接。本實施例中，該第三電平信號為低電平信號，該第四電平信號為高電平信號。該第一電子開關Q3可為NPN三極管或NPN場效應管，對應地，該第一電子開關Q3的控制端為基極或柵極，該第一電子開關Q3的輸出端為發射極或源極，該第一電子開關Q3的輸入端為集電極或漏極。
[0032]該CPU 10包括輸入引腳GPI1、第一輸出引腳GP02和第二輸出引腳GP03，該輸入引腳GPIl通過上拉電阻Rl連接第一直流電源Vgpio，還通過第一防電流倒灌模塊連接數據線的第一端；該第一輸出引腳GP02連接該電子開關模塊20的控制端，該電子開關模塊20的輸入端連接第二直流電源VCC，其輸出端第二防電流倒灌模塊連接數據線的第一端；該CPU 10的第二輸出引腳GP03通過電阻R6連接該第一電子開關Q3的控制端，該第一電子開關Q3的輸出端連接該數據線的第一端，該第一電子開關Q3的輸入端接地，該數據線的第二端連接數字溫度傳感器的數據端DQ。
[0033]本實施例中，需要向數字溫度傳感器的數據端DQ輸出高電平信號或強上拉時，該第一輸出引腳GP02輸出高電平信號，第二輸出引腳GP03輸出低電平信號。需要向數字溫度傳感器的數據端DI輸出低電平信號時,該第一輸出引腳GP02輸出低電平信號，第二輸出引腳GP03輸出高電平信號。當需要從數字溫度傳感器讀取數據時，該第一輸出引腳GP02和第二輸出引腳GP03均輸出低電平信號。
[0034]本實施例中，該電子開關模塊20包括電阻R2至電阻R4、三極管Q2和場效應管Ql。該CPU 10的第一輸出引腳GP02依次通過電阻R2和電阻R3連接該三極管Q2的基極，該三極管Q2的發射極接地，該三極管Q2的集電極連接該場效應管Ql的柵極，該場效應管Ql的源極連接該第二直流電源VCC，該電阻R4連接于該場效應管Ql的柵極和源極之間，該場效應管Ql的漏極連接該第二防電流倒灌模塊。該電子開關模塊20的輸入端連接該第二直流電源VCC，使得其具備強上拉的工作模式，可大大改善波形的上升沿。
[0035]本測量電路還包括二極管D3，該二極管D3的陽極連接于該電阻R2和電阻R3之間。當數據線短路時，可通過二極管D3將A點電勢拉低，進而使得電子開關模塊20的輸入端和輸出端斷開連接，起到保護系統電源的作用。
[0036]本實施例中，該第一防電流倒灌模塊包括二極管D1，該二極管Dl的陽極連接該CPU的輸入引腳GPI1，該二極管Dl的陰極連接該數據線的第一端。該二極管Dl可防止電流回流至該輸入引腳GPII，提高電路穩定性。
[0037]本實施例中，該第二防電流倒灌模塊包括二極管D2和電阻R5，該二極管D2的陽極通過電阻R5連接該電子開關模塊20的輸入端，該二極管D2的陰極連接該數據線的第一端。該二極管D2可防止電流回流至該電子開關模塊20，提高電路穩定性。
[0038]該第二輸出引腳GP03采樣強放電的方式，大大地改善下降沿波形。
[0039]上述第一直流電源和第二直流電源可為同一直流電源，也可為不同輸出電壓的直流電源。
[0040]下面對本實施例的工作原理進行說明:
[0041]向DS18B20寫O的時序過程:第一輸出引腳GP02輸出低電平，第二輸出引腳GP03輸出高電平，電子開關模塊20截止,第一電子開關Q3導通,第二輸出引腳向數據線輸出60-?20μ s的邏輯低電平信號；隨后第一輸出引腳GP02輸出高電平,而第二輸出引腳GP03輸出低電平，第一電子開關Q3截止，電子開關模塊20導通，進而將數字溫度傳感器的數據端DQ迅速拉高，此階段為Iys以上的恢復時間。
[0042]向DS18B20寫I的時序過程:第一輸出引腳GP02輸出低電平，第二輸出引腳GP03輸出高電平，電子開關模塊20截止而第一電子開關Q3導通，向數據線輸出f 15 μ s邏輯低電平，隨后第一輸出引腳GP02輸出高電平而第二輸出引腳GP03輸出低電平,第一電子開關Q3截止而電子開關模塊20導通， 進而將數字溫度傳感器的數據端DQ迅速拉高，使數據線被拉為高電平15~45 μ S。[0043]CPU 10讀DS18B20數據過程:第一輸出引腳GP02輸出低電平，第二輸出引腳GP03輸出高電平，電子開關模塊20截止，第一電子開關Q3導通，產生至少I μ s的低電平，隨后第一輸出引腳GP02和第二輸出引腳GP03輸出低電平，釋放數據線，輸入引腳GPIl接收數字溫度傳感器的數據數字溫度傳感器在下降沿后的15μ s內輸出有效的數據，這時輸入引腳GPIl將讀出“I”表示總線為高電平，如果讀出數據“O”則表示總線為低電平。每個讀時序必須為一個最小60 μ s的持續時間和I μ s恢復時間。
[0044]給數字溫度傳感器DS18B20復位的過程:第一輸出引腳GP02輸出低電平，第二輸出引腳GP03輸出高電平，電子開關模塊20截止,第一電子開關Q3導通，向數據線輸出480^960微秒的低電平,然后第一輸出引腳GP02輸出高電平而第二輸出引腳GP03輸出低電平，第一電子開關Q3截止，電子開關模塊20導通，進而將數字溫度傳感器的數據端DQ迅速拉高15微秒，隨后第一輸出引腳GP02和第二輸出引腳GP03都輸出低電平，釋放數據線。當數字溫度傳感器收到上升沿信號等待16飛O微秒，然后發出60-240微秒的存在低脈沖，CPU 10的輸入引腳GPIl收到此信號表示復位成功。
[0045]本實用新型采用2線(即數據線和地線)傳輸，相對3線傳輸，可減少一條電源線，可有效地節約成本，尤其是項目中有多個遠距離監測點需要進行溫度監測的場合。本實用新型對數字溫度傳感器進行讀寫的可靠性高，且具備短路保護和防電流倒灌功能，使得本測量電路工作更可靠。
[0046]對于本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本實用新型權利要求的保護范圍 之內。
【權利要求】
1.一種基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:其包括CPU、上拉電阻、電子開關模塊、第一電阻和第一電子開關； 該電子開關模塊包括控制端、輸出端和輸入端，當該控制端接收到第一電平信號時，該輸出端與輸入端之間斷開，當該控制端接收到第二電平信號時，該輸出端與輸入端之間相連接，其中，第一電平信號和該第二電平信號不相同； 該第一電子開關包括控制端、輸出端和輸入端，當第一電子開關的控制端接收到第三電平信號時，該第一電子開關的輸出端和輸入端斷開，當第一電子開關的控制端接收到第四電平信號時，該第一電子開關的輸出端和輸入端相連接，其中，該第三電平信號和該第四電平信號不相同； 該CPU包括輸入引腳、第一輸出引腳和第二輸出引腳，該輸入引腳通過上拉電阻連接第一直流電源，還連接數據線的第一端；該第一輸出引腳連接該電子開關模塊的控制端，該電子開關模塊的輸入端連接第二直流電源，其輸出端連接數據線的第一端；該CPU的第二輸出引腳通過第一電阻連接該第一電子開關的控制端；該第一電子開關的輸出端連接該數據線的第一端，該第一電子開關的輸入端接地，該數據線的第二端連接數字溫度傳感器的數據端。
2.如權利要求1所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:兩線遠距離溫度測量電路還包括第一防電流倒灌模塊，CPU的輸入引腳通過第一防電流倒灌模塊連接數據線的第一端。
3.如權利要求2所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:第一防電流倒灌模塊為二極管，該二極管的陽極連接該CPU的輸入引腳，該二極管的陰極連接該數據線的第一端。
4.如權利要求1所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:兩線遠距離溫度測量電路還包括第二防電流倒灌模塊，該電子開關模塊的輸出端通過第二防電流倒灌模塊連接數據線的第一端。
5.如權利要求4所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:該第二防電流倒灌模塊包括二極管和第二電阻，該二極管的陽極通過第二電阻連接該電子開關模塊的輸出端，該二極管的陰極連接該數據線的第一端。
6.如權利要求1所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:該電子開關模塊包括第二電阻至第四電阻、三極管和場效應管J_CPU的第一輸出引腳依次通過第二電阻和第三電阻連接該三極管的基極，該三極管的發射極接地，該三極管的集電極連接該場效應管的柵極，該場效應管的源極連接該第二直流電源，該第四電阻連接于該場效應管的柵極和源極之間，該場效應管的漏極連接該數據線的第一端。
7.如權利要求6所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:兩線遠距離溫度測量電路還包括二極管，該二極管的陽極連接于該第二電阻和第三電阻之間。
8.如權利要求1所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:該第一電平信號和第二電平信號分別為低電平信號和高電平信號，該第三電平信號和第四電平信號分別為低電平信號和高電平信號。
9.如權利要求8所述的基于數字溫度傳感器的兩線遠距離溫度測量電路，其特征在于:該第一電子開關為NPN三極管或NPN場效應管，對應地，該第一電子開關的控制端為基極或柵極，該第一電子開關的輸出端為發射極或源極，該第一電子開關的輸入端為集電極或漏極。
【文檔編號】G01K7/00GK203688086SQ201320765936
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】石錫敏, 梁伯超 申請人:廣州敏視數碼科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
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