基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路的制作方法
【专利摘要】基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路包括CPU、上拉电阻、电子开关�？椤⒌谝坏缱韬偷谝坏缱涌兀籆PU包括输入引脚、第一输出引脚和第二输出引脚，输入引脚通过上拉电阻连接第一直流电源，还连接数据线的第一端；第一输出引脚连接该电子开关�？榈目刂贫耍缱涌啬？榈氖淙攵肆拥诙绷鞯缭矗涑龆肆邮菹叩牡谝欢耍坏诙涑鲆磐ü谝坏缱枇拥谝坏缱涌氐目刂贫耍坏谝坏缱涌氐氖涑龆肆痈檬菹叩牡谝欢耍谝坏缱涌氐氖淙攵私拥兀菹叩牡诙肆邮治露却衅鞯氖荻�。本实用新型的读写可靠性高，且具备短路保护和防电流倒灌功能，使得本测量电路工作更可靠。
【专利说明】基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路。
【背景技术】
[0002]数字温度传感器如DS18B20可测量-55°C~125°C的温度值范围，在_10°C~85°C的温度范围内可达到0.5V的准确度。DS18B20可配置9~12bit，当DS18B20分别配置为9、10、11 和 12bit 时，其分辨率分别对应为 0.5°C、0.25°C >0.125°C和 0.0625。。。DS18B20 采用Ι-wire方式与处理器通信，由于是远距离测量，需要传输线缆进行传输。当DS18B20工作于寄生电源(Parasite Power)模式时，DS18B20可从信号线上获取电能，无需本地电源为其供电，故可实现2线(信号线DQ和地线)温度测量。由于DS18B20的工作速度很快，需要的上升沿为15飞θμ~而在远距离测量时导线的分布电容会容易使上升沿变得迟缓，从而影响到电路不能进行正常测量的测量工作。 [0003]如图1所示，现有的关于DS18B20的温度测量电路的设计简单，DS18B20工作于寄生电源模式，其Vdd接地，不使用本地电源。信号线DQ在其处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电容充电。要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1.5mA，尤其是当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，需采用MOS管强上拉的方式以满足其电能供应的需求。实际应用时，包括复制数据到E2PRAM或启动温度转换在内，DQ线必须在执行任何协议后的10 μ s内切换到强上拉状态，以保证DS18B20能及时充电有足够的时间充电。CPU可通过读电源供应命令(Β4Η)获取DS18B20电源模式，如果DS18B20返回0，则表示其工作于寄生电源模式，而返回I则表示其工作于外接电源模式。CPU使用GPIOl (GeneralPurpose Input Output,通用输出/输入接口)与DS18B20通信，由于1-wire总线为开漏(0D)，故要求外围电路外接一个上拉电阻R1，上拉电阻Rl常用4.7K的阻值。CPU发送数据时，CPU首先将GPIOl配置为发送模式，再由GPIO发送数据(脉冲信号)；CPU接收数据时，CPU便将GPIOl配置为接收模式，再由GPIOl接收DS18B20发来的数据。
[0004]DS18B20的收发过程是有严格的时序要求，以确保数据的完整性。与DS18B20每一次通信之前必须对其复位，而复位时间、等待时间、响应时间都有严格按时序要求。
[0005]复位时序:CPU先将GPIOl配置为发送模式，并由GPIOl向DS18B20发出复位脉冲(48(T96(^s的低电平)，然后并进入接收模式(至少持续接收480 μ s，以完成此复位过程)，此时总线应由外部上拉电阻被拉至高电平；DS18B20检测到DQ引脚的上升沿后，等待15^60μ8后发送presence脉冲(60-240 μ s低电平脉冲)，之后释放总线，而总线由上拉电阻拉至高电平。
[0006]CPU写O时序:GP101被配置为发送模式，并向数据线输出60-?20μ s的逻辑低电平，随后为Iys以上的恢复时间。
[0007]CPU写I时序:GP101先向数据线输出f 15 μ s逻辑低电平，然后释放，使数据线被拉为高电平15?45 μ S。
[0008]CPU读DS18B20时序:读时序的采样时间更加的精确，CPU将GPIOl配置为发送模式，并先由的GPIOl产生至少1μ s的低电平，随后释放总线，CPU将GPIO配置为接收模式；DS18B20在下降沿后的15 μ s内输出有效的数据，这时CPU将从GPIOl读出“I”表示总线为高电平，如果读出数据“O”则表示总线为低电平。每个读时序必须为一个最小60μ s的持续时间和I μ s恢复时间。
[0009]由上述可知，温度测量电路的读写均通过GPIOl实行，容易因受干扰而读错温度值，甚至得不到温度值。另外，在实际使用时，现有的温度测量电路常由于电流倒灌、短路或过流而损坏CPU。再者，由于下降沿波形不准，上述温度测量电路容易出现读写不可靠，使得测量结果不准确。
实用新型内容
[0010]针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在于提供一种数据读写可靠的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路。
[0011]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0012]一种基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其包括CPU、上拉电阻、电子开关�？�、第一电阻和第一电子开关；
[0013]该电子开关�？榘ǹ刂贫�、输出端和输入端，当该控制端接收到第一电平信号时，该输出端与输入端之间断开，当该控制端接收到第二电平信号时，该输出端与输入端之间相连接，其中，第一电平信号和该第二电平信号不相同；
[0014]该第一电子开关包括控制端、输出端和输入端，当第一电子开关的控制端接收到第三电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端断开，当第一电子开关的控制端接收到第四电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端相连接，其中，该第三电平信号和该第四电平信号不相同；
[0015]该CPU包括输入引脚、第一输出引脚和第二输出引脚，该输入引脚通过上拉电阻连接第一直流电源，还连接数据线的第一端；该第一输出引脚连接该电子开关�？榈目刂贫耍玫缱涌啬？榈氖淙攵肆拥诙绷鞯缭矗涫涑龆肆邮菹叩牡谝欢耍桓肅PU的第二输出引脚通过第一电阻连接该第一电子开关的控制端；该第一电子开关的输出端连接该数据线的第一端，该第一电子开关的输入端接地，该数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端。
[0016]进一步地，两线远距离温度测量电路还包括第一防电流倒灌�？椋珻PU的输入引脚通过第一防电流倒灌�？榱邮菹叩牡谝欢�。
[0017]进一步地，第一防电流倒灌�？槲埽枚艿难艏痈肅PU的输入引脚，该二极管的阴极连接该数据线的第一端。
[0018]进一步地，两线远距离温度测量电路还包括第二防电流倒灌�？椋玫缱涌啬？榈氖涑龆送ü诙赖缌鞯构嗄？榱邮菹叩牡谝欢�。
[0019]进一步地，该第二防电流倒灌�？榘ǘ芎偷诙缱瑁枚艿难艏ü诙缱枇痈玫缱涌啬？榈氖涑龆耍枚艿囊跫痈檬菹叩牡谝欢�。
[0020]进一步地，该电子开关�？榘ǖ诙缱柚恋谒牡缱�、三极管和场效应管；该CPU的第一输出引脚依次通过第二电阻和第三电阻连接该三极管的基极，该三极管的发射极接地，该三极管的集电极连接该场效应管的栅极，该场效应管的源极连接该第二直流电源，该第四电阻连接于该场效应管的栅极和源极之间，该场效应管的漏极连接该数据线的第一端。
[0021]进一步地，两线远距离温度测量电路还包括二极管，该二极管的阳极连接于该第二电阻和第三电阻之间。
[0022]进一步地，该第一电平信号和第二电平信号分别为低电平信号和高电平信号，该第三电平信号和第四电平信号分别为低电平信号和高电平信号。
[0023]进一步地，该第一电子开关为NPN三极管或NPN场效应管，对应地，该第一电子开关的控制端为基极或栅极，该第一电子开关的输出端为发射极或源极，该第一电子开关的输入端为集电极或漏极。
[0024]本实用新型的有益效果如下:
[0025]本实用新型采用2线(即数据总线和地线)传输，相对3线传输，可减少一条电源线，可有效地节约成本，尤其是项目中有多个远距离监测点需要进行温度监测的场合。本实用新型对数字温度传感器进行读写的可靠性高，且具备短路保护和防电流倒灌功能，使得本测量电路工作更可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为现有技术的温度测量电路的电路图。
[0027]图2为本实用新型基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路的较佳实施方式的电路图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合附图以及【具体实施方式】，对本实用新型做进一步描述:
[0029]请参见图2，本实用新型涉及一种基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其较佳实施方式包括CPU 10、上拉电阻R1、第一防电流倒灌�？�、电子开关�？�20、第二防电流倒灌�？椤⒌缱鑂6和第一电子开关Q3。
[0030]该电子开关�？�20包括控制端、输出端和输入端，当该控制端接收到第一电平信号时，该输出端与输入端之间断开，当该控制端接收到第二电平信号时，该输出端与输入端之间相连接，其中，该第一电平信号和第二电平信号不相同。本实施例中，该第一电平信号和第二电平信号分别为低电平信号和高电平信号。
[0031]该第一电子开关Q3包括控制端、输出端和输入端，当第一电子开关Q3的控制端接收到第三电平信号时，该第一电子开关Q3的输出端和输入端断开，当第一电子开关Q3的控制端接收到第四电平信号时，该第一电子开关Q3的输出端和输入端相连接。本实施例中，该第三电平信号为低电平信号，该第四电平信号为高电平信号。该第一电子开关Q3可为NPN三极管或NPN场效应管，对应地，该第一电子开关Q3的控制端为基极或栅极，该第一电子开关Q3的输出端为发射极或源极，该第一电子开关Q3的输入端为集电极或漏极。
[0032]该CPU 10包括输入引脚GPI1、第一输出引脚GP02和第二输出引脚GP03，该输入引脚GPIl通过上拉电阻Rl连接第一直流电源Vgpio，还通过第一防电流倒灌�？榱邮菹叩牡谝欢耍桓玫谝皇涑鲆臛P02连接该电子开关�？�20的控制端，该电子开关�？�20的输入端连接第二直流电源VCC，其输出端第二防电流倒灌模块连接数据线的第一端；该CPU 10的第二输出引脚GP03通过电阻R6连接该第一电子开关Q3的控制端，该第一电子开关Q3的输出端连接该数据线的第一端，该第一电子开关Q3的输入端接地，该数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端DQ。
[0033]本实施例中，需要向数字温度传感器的数据端DQ输出高电平信号或强上拉时，该第一输出引脚GP02输出高电平信号，第二输出引脚GP03输出低电平信号。需要向数字温度传感器的数据端DI输出低电平信号时,该第一输出引脚GP02输出低电平信号，第二输出引脚GP03输出高电平信号。当需要从数字温度传感器读取数据时，该第一输出引脚GP02和第二输出引脚GP03均输出低电平信号。
[0034]本实施例中，该电子开关�？�20包括电阻R2至电阻R4、三极管Q2和场效应管Ql。该CPU 10的第一输出引脚GP02依次通过电阻R2和电阻R3连接该三极管Q2的基极，该三极管Q2的发射极接地，该三极管Q2的集电极连接该场效应管Ql的栅极，该场效应管Ql的源极连接该第二直流电源VCC，该电阻R4连接于该场效应管Ql的栅极和源极之间，该场效应管Ql的漏极连接该第二防电流倒灌�？�。该电子开关�？�20的输入端连接该第二直流电源VCC，使得其具备强上拉的工作模式，可大大改善波形的上升沿。
[0035]本测量电路还包括二极管D3，该二极管D3的阳极连接于该电阻R2和电阻R3之间。当数据线短路时，可通过二极管D3将A点电势拉低，进而使得电子开关�？�20的输入端和输出端断开连接，起到保护系统电源的作用。
[0036]本实施例中，该第一防电流倒灌�？榘ǘ蹹1，该二极管Dl的阳极连接该CPU的输入引脚GPI1，该二极管Dl的阴极连接该数据线的第一端。该二极管Dl可防止电流回流至该输入引脚GPII，提高电路稳定性。
[0037]本实施例中，该第二防电流倒灌�？榘ǘ蹹2和电阻R5，该二极管D2的阳极通过电阻R5连接该电子开关�？�20的输入端，该二极管D2的阴极连接该数据线的第一端。该二极管D2可防止电流回流至该电子开关�？�20，提高电路稳定性。
[0038]该第二输出引脚GP03采样强放电的方式，大大地改善下降沿波形。
[0039]上述第一直流电源和第二直流电源可为同一直流电源，也可为不同输出电压的直流电源。
[0040]下面对本实施例的工作原理进行说明:
[0041]向DS18B20写O的时序过程:第一输出引脚GP02输出低电平，第二输出引脚GP03输出高电平，电子开关�？�20截止,第一电子开关Q3导通,第二输出引脚向数据线输出60-?20μ s的逻辑低电平信号；随后第一输出引脚GP02输出高电平,而第二输出引脚GP03输出低电平，第一电子开关Q3截止，电子开关�？�20导通，进而将数字温度传感器的数据端DQ迅速拉高，此阶段为Iys以上的恢复时间。
[0042]向DS18B20写I的时序过程:第一输出引脚GP02输出低电平，第二输出引脚GP03输出高电平，电子开关�？�20截止而第一电子开关Q3导通，向数据线输出f 15 μ s逻辑低电平，随后第一输出引脚GP02输出高电平而第二输出引脚GP03输出低电平,第一电子开关Q3截止而电子开关模块20导通， 进而将数字温度传感器的数据端DQ迅速拉高，使数据线被拉为高电平15~45 μ S。[0043]CPU 10读DS18B20数据过程:第一输出引脚GP02输出低电平，第二输出引脚GP03输出高电平，电子开关�？�20截止，第一电子开关Q3导通，产生至少I μ s的低电平，随后第一输出引脚GP02和第二输出引脚GP03输出低电平，释放数据线，输入引脚GPIl接收数字温度传感器的数据数字温度传感器在下降沿后的15μ s内输出有效的数据，这时输入引脚GPIl将读出“I”表示总线为高电平，如果读出数据“O”则表示总线为低电平。每个读时序必须为一个最小60 μ s的持续时间和I μ s恢复时间。
[0044]给数字温度传感器DS18B20复位的过程:第一输出引脚GP02输出低电平，第二输出引脚GP03输出高电平，电子开关�？�20截止,第一电子开关Q3导通，向数据线输出480^960微秒的低电平,然后第一输出引脚GP02输出高电平而第二输出引脚GP03输出低电平，第一电子开关Q3截止，电子开关�？�20导通，进而将数字温度传感器的数据端DQ迅速拉高15微秒，随后第一输出引脚GP02和第二输出引脚GP03都输出低电平，释放数据线。当数字温度传感器收到上升沿信号等待16飞O微秒，然后发出60-240微秒的存在低脉冲，CPU 10的输入引脚GPIl收到此信号表示复位成功。
[0045]本实用新型采用2线(即数据线和地线)传输，相对3线传输，可减少一条电源线，可有效地节约成本，尤其是项目中有多个远距离监测点需要进行温度监测的场合。本实用新型对数字温度传感器进行读写的可靠性高，且具备短路保护和防电流倒灌功能，使得本测量电路工作更可靠。
[0046]对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围 之内。
【权利要求】
1.一种基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:其包括CPU、上拉电阻、电子开关�？�、第一电阻和第一电子开关； 该电子开关�？榘ǹ刂贫�、输出端和输入端，当该控制端接收到第一电平信号时，该输出端与输入端之间断开，当该控制端接收到第二电平信号时，该输出端与输入端之间相连接，其中，第一电平信号和该第二电平信号不相同； 该第一电子开关包括控制端、输出端和输入端，当第一电子开关的控制端接收到第三电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端断开，当第一电子开关的控制端接收到第四电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端相连接，其中，该第三电平信号和该第四电平信号不相同； 该CPU包括输入引脚、第一输出引脚和第二输出引脚，该输入引脚通过上拉电阻连接第一直流电源，还连接数据线的第一端；该第一输出引脚连接该电子开关�？榈目刂贫耍玫缱涌啬？榈氖淙攵肆拥诙绷鞯缭矗涫涑龆肆邮菹叩牡谝欢耍桓肅PU的第二输出引脚通过第一电阻连接该第一电子开关的控制端；该第一电子开关的输出端连接该数据线的第一端，该第一电子开关的输入端接地，该数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端。
2.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:两线远距离温度测量电路还包括第一防电流倒灌�？椋珻PU的输入引脚通过第一防电流倒灌�？榱邮菹叩牡谝欢�。
3.如权利要求2所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:第一防电流倒灌�？槲埽枚艿难艏痈肅PU的输入引脚，该二极管的阴极连接该数据线的第一端。
4.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:两线远距离温度测量电路还包括第二防电流倒灌�？椋玫缱涌啬？榈氖涑龆送ü诙赖缌鞯构嗄？榱邮菹叩牡谝欢恕�
5.如权利要求4所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:该第二防电流倒灌�？榘ǘ芎偷诙缱瑁枚艿难艏ü诙缱枇痈玫缱涌啬？榈氖涑龆耍枚艿囊跫痈檬菹叩牡谝欢�。
6.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:该电子开关�？榘ǖ诙缱柚恋谒牡缱�、三极管和场效应管J_CPU的第一输出引脚依次通过第二电阻和第三电阻连接该三极管的基极，该三极管的发射极接地，该三极管的集电极连接该场效应管的栅极，该场效应管的源极连接该第二直流电源，该第四电阻连接于该场效应管的栅极和源极之间，该场效应管的漏极连接该数据线的第一端。
7.如权利要求6所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:两线远距离温度测量电路还包括二极管，该二极管的阳极连接于该第二电阻和第三电阻之间。
8.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:该第一电平信号和第二电平信号分别为低电平信号和高电平信号，该第三电平信号和第四电平信号分别为低电平信号和高电平信号。
9.如权利要求8所述的基于数字温度传感器的两线远距离温度测量电路，其特征在于:该第一电子开关为NPN三极管或NPN场效应管，对应地，该第一电子开关的控制端为基极或栅极，该第一电子开关的输出端为发射极或源极，该第一电子开关的输入端为集电极或漏极。
【文档编号】G01K7/00GK203688086SQ201320765936
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】石锡敏, 梁伯超 申请人:广州敏视数码科技有限公司
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