基于DS1621的温度控制系统设计

电子测量与仪器学报２００７年增刊

基于ＤＳｌ６２１的温度控制系统设计

徐劲松１’２王满荣３李文成１李平１

（１中国科学院国家授时中心，陕西临潼７１００６０）

（２中国科学院研究生院，北京１０００４９）

（３西安文理学院，西安７１００６５）

麓蔓；为了减少温度变化对高精度时间比对的影响，本文介绍一种由数字温度计ＤＳｌ６２１构建的、基于１２Ｃ总线的温度控制系统，并给出了系统的构成及软件、硬件实现方法和详细实验结果。试验结果表明，本文所设计的温度控制系统具有可靠性高，稳定性好、控温精度好等特点，能够满足高精度时间比对的要求。

关键词：温度控制，１２Ｃ总线，数字式温度计

ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＤＳｌ６２１

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（２ＴｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｊｊ堍１０００４９，Ｃｈｉｎａ）

（３ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ，１２Ｃｂｕｓ，ＤｉｇｉｔａｌＴｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒａｎｄＴｈｅｒｍｏｓｔａｔ

温度变化对高精度远程时间比对的影响是传统温度控制系统大多采用模拟温度传感器，不容忽视的。目前相关研究表明，温度变化对ＧＰＳ系统依赖于模拟量的输入，为了处理这些模拟最，共视（ＧＰＳＣｏｍｍｏｎ－Ｖｉｅｗ，简称为ＧＰＳＣＶ）接收系统必须附加一系列的外围器件，这些器件的添加机主机单元的时间延迟的影响可达１００ｐｓ／＇Ｃｕ’不仅增加了系统的成本，而且增加了系统的不可靠”，对普通天线电缆的时间延迟的影响约为１ｐｓ／性，同时也增加了系统的误差源例。基于以上的＂１２／ｍ¨’，对天线的时间延迟的影响可达５０ｐｓ／考虑，本文介绍一种基于数字温度计ＤＳｌ６２１的温℃ｕ。，且温度变化的影响不具有相关性。随着高度控制系统，系统使用ＤＳｌ６２１为测温元件和温度精度时间比对技术的不断发展，其比对精度也不控制器，采用１２Ｃ总线控制；数字温度传感器断提高，利用ＧＰＳ载波相位技术进行远程时间比ＤＳｌ６２１改变了传统的温度采样模式，其本身又可对的精度有望达到亚纳秒量级Ｈ】，此时温度变化做温度控制器使用，这样大大简化了外围电路：１２Ｃ引起的接收机延迟将是一个主要的误差源。为进总线技术简化了自行处理电路，提高了系统的可靠一步提高接收机性能，削弱温度变化对其的影性。因此系统具有线路简单、可靠性好等特点。响，提高时间比对精度，对接收机的环境温度进

１系统的硬件构成

本项目为国家自然科学基金资助课题（编号：６０２７２０６７）；系统的硬件构成如图ｌ嘲所示，系统主要由计算机串行接口ＲＳ２３２、数字式温度计ＤＳｌ６２１、

外围温度控制电路等部分组成。系统由ＤＳｌ６２１和ＲＳ２３２构成系统的温度采集部分，计算机通过

５３２行控制就显得尤为重要。国家自然科学基金资助课题（编号：１０５７３０１９）；中国科学院知识创新工程重要方向项目“我国综合原子时建立与保持的研究”资助课题（编号：ＫＪＣＸ２．ＳＷ－Ｔ０７）．

电子测量与仪器学报２００８年增刊ＲＳ２３２对ＤＳｌ６２１进行控制，实时采集各点温度；控制情况，系统采用两片ＤＳｌ６２１，其中。‘片只充ＤＳｌ６２１根据采集到的温度输出控制信号通过ＰＮＰ当温度传感器被用来采集温度数据，另外一片既充管控制继电器动作，继电器控制加热器动作从而实当温度传感器又作温度控制器使用。下面就系统的现系统的温度控制。为了更清晰的反映系统的温度关键器件和技术进行介绍。

Ｖｏｃ

加热器电源

图１系统硬件构成图

１．１主要器件ＯＳｌ６２１一根时钟线（ＳＤＬ）组成，所有符合１２Ｃ总线的器

件组合了一个片上接口，使器件之间直接通过１２Ｃ

数字式温度计ＤＳｌ６２１是ＤＡＬＬＡＳ公司生产的总线通讯，总线上最多可挂接１２８个１２Ｃ器件，通一种功能较强的数字化温度计和控制器，它具有测过硬件设置地址、软件寻址的方法对各个器件进量范围宽、抗干扰能力强、接口简单、传输距离远、行片选，大大节省了系统资源。

稳定可靠等特点；与同系列的ＤＳｌ６２０相比控制更如图ｌ所示，该系统是通过计算机来实现对简单，接口与１２Ｃ总线兼容，利用ＤＳｌ６２１和一台ＤＳｌ６２１的信号采集和输出控制的，利用ＲＳ２３２ＰＣ机即可构成一个简洁而功能强大的低电压温度来构建１２Ｃ总线以实现计算机与传感器ＤＳｌ６２１监控系统１７Ｊ。的通讯；用ＲＳ２３２中的发送数据引脚（ＴＸＤ）和

ＤＳｌ６２１测温范围为－－５５＂＂＋１２５℃，测温精度请求发送引脚（ＲＴＳ）通过软件方法来模拟１２Ｃ为Ｏ．５℃，输出温度值为９位二进制数，温度采样总线输出，其输出完全遵照１２Ｃ总线输出时序；转换时间为ｌｓ。在ＤＳｌ６２１内可设定报警温度的上、ＤＳｌ６２１的ＳＤＡ、ＳＣＬ两个端口分别与ＲＳ２３２相下限阀值，由Ｔｏｕｔ输出，Ｔｏｕｔ管脚上的有效电平可应的接口相连，ＤＳｌ６２１的Ａ２、Ａ１、Ａ０端口分自行定义。ＤＳｌ６２１集成了１２Ｃ总线接口，通过别与电源低或高电平相接，从而确定了每一片

ＤＳｌ６２１的唯一选址（０００－－，－１１１），通过片选选址

可实现对环境温度的多点采集【ｓ】。

１．３串口取电电路

内部的状态寄存器来选择转换模式阴。ＤＳｌ６２１的工作电源范围为２．７Ｖ到５．５Ｖ，为了

使ＤＳｌ６２１工作就需要给ＤＳｌ６２１供电，如果外加

１２Ｃ总线电源会增加系统的复杂度和不可靠性，同时也会增

加系统的体积和成本。基于串口ＲＳ２３２输出信号的１２Ｃ总线是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司首先推出的一种两特点，通过串Ｌ】取电给ＤＳｌ６２１供电是个比较明智的

５３３Ａ０．Ａ２管脚在总线上进行片选选址。ＤＳｌ６２１上电后处于空闲状态，需要控制器发送开始温度转换命令才开始温度转换。ＤＳｌ６２１可工作于两种方式：连续转换模式和一次转换模式，由其１．２线制串行传输总线。它由一根数据线（ＳＤＡ）和

电子测量与仪器学报

选掸。下面就介绍串ｕ取电的方法。标准ＲＳ２３２接口中有三个发送信号，即数据终端准备好ＤＴＲ、请求发送ＲＴＳ和发送数据ＴＸＤ。每根线上的典型输出电流为±８０ｍＡ，典型输出电压为±１２Ｖ。因此可以考虑通过这三根线来获取电源，因ＴＸＤ处于等待发送即发送“ｌ”的时间要大于发送“０”的时间，故电源转换采用负电源输入方式，以最大限度的增加电源输出功率，保证转换电路正常工作。串口取电电路如图２ｉＳ］所示。主要通过两个二极管、一个分压电阻、一个电窖和一个稳压二极管实现。利用该电路即可得到ＤＳｌ６２１的电源输入。

ＲＩ

２００８年增刊

２软件设计

温度控制系统的软件由温度采集和温度控制两部分组成。首先对ＤＳｌ６２１进行初始化设置ＤＳｌ６２１内部状态寄存器，确定ＤＳｌ６２１内部的上、下限阀值ＴＨ、ＴＬ。设置好状态寄存器后进行温度数据采集，采集到的温度数据通过数据处理滤除粗大误筹数据，采集到的温度Ｔ与设置的ＴＨ和ＴＬ值进行比较，ＤＳｌ６２１的Ｔｏｕｔ口输出控制电平，控制固态继电器实现制冷或制热，Ｔｏｕｔ输出电平如图３所示。温度控制系统程序流程如图４所示；ＤＳｌ６２１通过与计算机通讯实时采集环境温度并实现对环境温度的控制。ＤＳｌ６２１与计算机之间的通信遵照１２Ｃ协议，其通信子程序框图如图５Ｆ】所示。

甲由

图２串口取电电路

１．４温度控制部分

温度控制部分主要由温度控制器和制冷／Ｎ热

器件组成。本系统中采用ＤＳｌ６２１为温度控制器，选用弹筒式管状电热元件进行制热，它是由一种导热性、绝缘性好的结晶氧化镁等组合而成，可用来

加热空气、油、水，预热金属模具，熔化盐碱及低熔点合金等；具有热效率高、寿命长、机械强度好、安装方便、使用安全等优点。

首先ＤＳｌ６２１对环境温度进行采样，采样得到的温度数据与其内部设置的上、下限阀值（ＴＨ、ＴＬ）

进行比较，ＤＳｌ６２１的引脚Ｔｏｕｔ输出控制信号触发

固体继电器动作来控制加热器的电源开关通断，从而实现对环境温度的控制。Ｔｏｕｔ输出如图３所示。

ＴＨ、ＴＬ为ＤＳｌ６２１内部设定的上下限阀值。

１１ＬＴＨ

图４

图３

温度控制程序框图

Ｉ）Ｓ１６２１的控制输出Ｔｏｕｔ

５３４

电子测量与仪器学报２００８年增刊

℃范围内的温度控制系统售价在１０００元左右，昂贵的价格增加了系统成本，较大的体积不易与

ＧＰＳ接收机等其他设备仪器集成。本文介绍的温

度控制系统所需的硬件成本在５００元以内，远低于市场上其他温度控制仪器，且结构小巧，易与ＧＰＳ接收机集成。另外，系统具有较强的扩展性，可为进一步的温度控制系统开发提供接口。参考文献：

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【２】ＲＡＹＪ，ＳＥＮＩＯＲＫ．ＩＧＳ／ＢＩＰＭＰｉｌｏｔＰｒｏｊｅｃｔ：ＧＰＳ

Ｐｈａｓｅ

ｆｏｒ

Ｔｉｍｅ／Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

Ｔｒａｎｓｆｅｒ

ａｎｄ

Ｃａｒｒｉｅｒ

Ｔｉｍｅｓｃａｌｅ

Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｔｒｏｌｏｇｉａ，２００３．４０（３）：２７０－２８８．【３】ＰＯＷＥＲＳＥ，ＷＨＥＥＬＥＲＥ

图５计算机与ＤＳｌ６２１通讯子程序流程注：ＡＣＫ为确认信号；ＮＡＣＫ为非确认信号

Ｄｅｌａｙ

ＪＩ『ＤＧＥＤ，ｅｔａ１．Ｈａｒｄｗａｒｅ

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｎｄＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓｉｎＣａｒｒｉｅｒＰｈａｓｅ

Ｔｉｍｅ

Ｔｒａｎｓｆｅｒ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

ｏｆｔｈｅ３０ｔｈＡｎｎｕａｌ

ａｎｄ

３结果及分析

选用５Ｗ电热棒为系统的制热元件，利用上述设计的系统对体积１０ｃｍＸ８ｃｍＸ１８ｃｒｎ的箱体进行温度控制实验；系统采用两片ＤＳｌ６２１芯片同时测试箱内温度和箱外温度，设置ＤＳｌ６２１状态寄存器设定

ＴＨ－３５℃，

１ｒＩ，＝３４℃。

ＰｒｅｃｉｓｅＴｈｎｅａｎｄＴｉｍｅＩｎｔｅｒｖａｌ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ

（Ｐｒｍ）Ｓｙｓｔｅｍｓ

Ｍｅｅｔｉｎｇ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ．－ＮａｖａｌＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ，

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【５】沙占友．智能化集成温度传感器原理与应用■匕京：机械

工业出版社，２００２．【６】Ａｌｂｅｒｔｏ硒ｃｃｉＢｉｔｔｉ．ＤＳｌ６２１

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｉｃｃｉｂｉｔｔｉ．ｃｏｍ

ＰＣ－ｐｏｗｅｒｅｄ

图

６

为

（２００６．９．２５．２００６．９．２６）一天内箱内、箱外的温度变化曲线。由图６可以看出，箱外温度呈周曰性变化：而箱内温度基本稳定在３５℃，温度变化波动小于±ｌ℃。由此可以看出，利用上述所设计的温度控制系统可以实时多点的测控温度，系统具有较好的稳定性，并具有较好的控温精度。

ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ．

ｆ７】Ｄａｌｌａｓ

Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ＤＳｌ６２１

Ｄｉ百ｔａｌＴｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒａｎｄ

Ｍｅｍｅｒｏｙ．ｈｔｔｐ：／／．ｗ．．．．．ｗ．．．．ｗ．．．．．．．．ｄ．．．ａ．．．１．ｓｅ．．．．．ｍ．．．．．．ｉ．．．．ｃ．．．ｏ．．．ｍ—．

【８】查垄丝擞字式温度测控芯片ＤＳｌ６２１及其在高温报警系

统中的应用．电子技术（上海），２００１年２８卷８期：４３－４７

作者简介：

徐劲松（１９７７．），男，中国科学院研究生院在读博士研

，。

究生，２０００年毕业于西南交通大学获工学学士学位，２００６

，、

譬籀：。

年获中国科学院研究生院工学硕士学位。现主要从事测试计量技术及仪器方面的研究。

Ｏ

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１∞１∞ｔ４０

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ｔ／ｉｔ证１０丹钟，

图６箱内箱外温度变化曲线

据调查，目前市面上也有多点温度监测系统

销售，但价格昂贵、体积较大，例如分辨率在Ｏ．５

５３５

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基于DS1621的温度控制系统设计

作者：

作者单位：徐劲松， 王满荣， 李文成， 李平徐劲松(中国科学院国家授时中心,陕西,临渣,710060;中国科学院研究生院,北京,100049)

， 王满荣(西安文理学院,西安,710065)， 李文成,李平(中国科学院国家授时中心,陕西,临

渣,710060)

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