單總線技術在航空相機溫控系統(tǒng)中的應用

摘要：航空成像設備通常需要對溫度敏感區(qū)進行分區(qū)控制。以往的溫度傳感器多采用熱敏電阻，它易損壞，長時間使用后需重新標定，狹小空間下的多傳感器布線非常復雜，保證模擬信號遠距離測量的精度在技術實現上也比較困難。提出了采用一種基于單總線技術的新型數字溫度傳感器DS18B20U的測溫系統(tǒng)。實驗結果表明，基于DS18B20U的單總線傳感器網絡具有測量精度高，測溫范圍寬，布線少，無需標定等特點，特別適合航空成像設備在空間受限，多傳感器遠距離布線特點下的溫度組網測量。
關鍵詞：單總線技術；DS18820U；測量精度；測溫網絡；溫度標定

航空相機在外場執(zhí)行任務時，由于季節(jié)、地域的不同，所處的外場環(huán)境溫度變化范圍很大。在偵察機升空拍照過程中，相機外表面溫度及濕度變化也很大。作為相機成像的關鍵組件，鏡頭的溫度變化和溫度梯度變化會造成像面離焦并產生像差，導致像質變壞。盡管有溫度調焦補償，也不能完全消除這些影響。此外，航空電子設備故障率的50％～60％是熱管理問題，其中包括電子器件散熱和溫度保持。因為某些電子器件的正常工作溫度范圍很窄，比如某種面陣CCD的正常工作溫度范圍是-10～+50℃，并且CCD輸出噪聲隨溫度升高變化明顯，影響相機成像質量。綜上所述，對相機進行溫度控制就顯得十分必要。傳統(tǒng)的航空設備溫度傳感器采用光敏電阻，比如美國RECON／OPTICAL公司的KS-146膠片相機，由于相機結構復雜，所以傳感器布線長度受限，只配備兩個傳感器，安裝在鏡頭附近，這樣不能準確掌握所有鏡頭組件的溫度變化，且長期使用后需要重新標定傳感器，傳感器的拆卸工作也非常困難?；?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/單總線技術">單總線技術的溫度傳感器DS18B20U可以很好地滿足航空相機溫度控制的要求。單總線是一種特殊的串行數據通信方式，是美國Dallas公司專有的總線技術，它將地址線、數據線、控制線、電源線(寄生電源方式下)合為一根信號線，允許在這根信號線上掛數百個測控對象，芯片抗干擾性能好；具有CRC校驗功能，可靠性高；軟件設計規(guī)范，可以與DSP等數字控制芯片無縫連接。在測量溫度不超過100℃環(huán)境下，還可以采用寄生電源供電模式，即不用外部電源線，只用一根信號線作為通信和供電通道，極大地降低了布線難度。

1 系統(tǒng)設計
航空CCD相機主要由機身組件、掃描頭組件、鏡頭組件、快門組件、檢調焦組件、CCD組件、溫控艙組件等組成。其中，溫度敏感區(qū)包括CCD組件，鏡頭組件和電控箱組件，需要對這些區(qū)域進行溫度實時測量和控制。測溫采用分區(qū)控制策略，以鏡頭組件為例，其中在關鍵位置上共安裝6個傳感器，實時測量鏡頭的溫度水平和溫度梯度，并把溫度信號傳送控制器進行溫度顯示和控制。圖1是相機溫控系統(tǒng)的實驗框圖。

1．1 DS18B20U介紹
DS18B20U是DS18B20系列產品中的一種，采用μSOP封裝，這種封裝只有3．0 mm×5．0mm的水平尺寸，高度小于1．2 mm。非常適合用于集成度高，對尺寸要求嚴格的場合。它采用單總線的獨特連接方式，可以方便地組建傳感器網絡，特別適合與微處理芯片構成多點溫度測控系統(tǒng)。測溫范圍為-55～+125℃，9～12位分辨率可選，12位時測量精度可達0．062 5℃，固有測溫分辨率為0．5℃，供電電壓范圍為3．0～5．5 V，有電源模式和寄生電源供電模式兩種，用戶可編程溫度上下限報警設定功能。
1．2 單總線原理
單總線系統(tǒng)利用一根總線主控制器控制多個被控器，其中DS18B20U作為被控器，并且所有數據和命令的發(fā)送都是低位在前。區(qū)分掛在單總線上的不同器件是單總線技術的一個很重要部分。為了區(qū)分不同器件，單總線器件在制作時都用激光刻錄1個64位的二進制代碼，是惟一的序列號。序列號的格式是：從低位起第1個字節(jié)(8位)是單總線器件的家族代碼，表示產品的分類；緊接著的6個字節(jié)(48位)是每個單總線器件的全球惟一序列號，確保每一個器件被惟一地識別出來；最后一個字節(jié)(8位)是前56位的CRC校驗碼，用于確保數據通信的正確。由上可知，每一種單總線器件類型都有多達248個ID號，這足以解決單總線上的地址沖突問題。