数字温度传感器的温度控制系统解析

O 引言
　　20世纪60年代以来，数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）伴随着计算机和通信技术得到飞速发展，应用领域也越来越广泛。在温度控制方面，尤其是固体激光器的温度控制，受其工作环境和条件的影响，温度的精度要求比较严格，之前国内外关于温度控制基本上都采用温度敏感电阻来测量温度，然后用风冷或者水冷方式来达到温度控制效果，精度不够且体积大。本文基于DSP芯片TMS320F2812与数字温度传感器DSl8B20设计出一个温度测量系统，根据测量所得的温度与设定的参量，并利用模糊PID算法计算出控制量，利用该控制量调节由DSP事件管理器产生PWM波的占空比，并作用于半导体制冷器，以达到温度控制效果，实现控制精度高，体积小的温度控制系统。
　　l 系统硬件组成
　　1．1 DSl8820功能结构与使用
　　DSl8820是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚T0-92小体积封装形式；温度测量范围为-55～+125℃；可编程为9～12位A／D转换精度，测温分辨率可达0．0625℃；CPU只需一根埠线就能与诸多DSl8B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DSl8B20非常适合用于远距离多点温度检测系统中。
　　
　　DSl8B20的管脚排列如图1所示。DQ为数字信号输入／输出端；GND为接地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS-l8B20中的温度传感器可完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以O．0625℃／LSB形式表达，其中S为符号位。例如+125℃的数字输出为07DOH，+25．0625℃的数字输出为0191H，-25．0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。
　　1．2 DSP介绍
　　这里所用DSP为TMS320F2812，它是美国TI公司新推出的低价位、高性能的16位定点DSP，是专为控制应用系统而设计的，其主频可达150 MHz，本系统中所用晶振为45 MHz，片内集成了外围设备接口，主要起控制和计算作用。
　　1．3 半导体制冷器简介
　　半导体制冷器是根据帕尔贴效应制成的，由两种不同金属组成一对热电偶，当热电偶迈入直流电流后因直流电通入的方向不同，将在热电偶结点处产生吸热和放热现象。制冷器结构如图2所示。
　　
　　把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接成一个电偶对。当直流电流从N极流向P极时，上端产生吸热现象，此端称冷端，下端产生放热现象，此端称热端，如果电流方向反过来，则冷热端相互转换。
　　1．4 硬件连接
　　DSl8B20与DSP连接主要有两种方式：寄生电源方式和外部供电方式。本文采用外部供电方式，其中18B20的DQ口与F2812的GPIOA0口连接，具体连接如图3所示。