李 雷，张建彪，张 南，卢 娜

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

1 引言

在发动机标定实验中，排气温度测量常采用的是标准的K型热电偶。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，基于热电效应原理制成，适用于高温测量[1]。

其冷端常用铂热电阻接入电桥进行补偿，但电路比较复杂[2]，在这里介绍一种采用数字温度传感器DS18B20对热电偶进行冷端补偿的方法。

2 DS18B20数字温度传感器

DS18B20是美国DALLAS公司近年来生产的一线式数字温度传感器，可直接产生对应温度的数字信号，使用单总线接口方式与单片机相连，串行传输数据，从而极大地简化了硬件电路，使系统结构更加简单，更加可靠，在汽车空调测温等场合有良好的应用[3]。

DS18B20内部结构主要由三部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非易失温度报警触发器TH和TL[4]。其性能特点有：单总线传输方式只需1根口线与主机相连；每个主机I/O口可并联连接多只DS18B20进行多点温度测试；不需外围硬件电路支持；当工作在寄生供电模式时，数据线可兼作电源线；测温范围为-55～+125℃，其中在-10～+85℃范围内精度±0.5℃；可通过软件设定9～12位温度分辨率，12位时最高为0.0625℃的温度分辨率；可通过软件自设定非易失性报警上、下限值。

3 硬件设计

DS18B20与单片机连接方式有外部电源方式和寄生电源方式两种[5]，本系统采用外部电源方式，连接方法如图1所示。

图1 温度检测硬件连接图

在单片机GPIO口和5V电源之间需连接一个4.7k的上拉电阻，以保证数据采集的正常进行。

采用外部电源方式的好处是I/O线上不需要强上拉，而且控制器不用在温度转换期间保持高电平，这样可以允许单总线上进行其他数据的往来。

4 DS18B20的工作时序

DS18B20简单的硬件接口是以相对复杂的软件编程为代价的。DS18B20与MPC5633单片机的接口协议要求严格的时序要求，以保证数据的完整性。

单总线一共有三种时序信号：初始化信号，写信号和读信号，时序如图2所示。

在编程过程中，必须保证程序的执行完全符合其工作时序的要求，否则将无法读出测温结果。

图2 DS18B20的工作时序

5 测试结果

将传感器通过石英试管放置于制冷恒温槽中，用PR521高精度温度计（精度0.02℃）作为测温标准进行了温度测试。部分测得数据如表1所示。

表1 DS18B20与PR521高精度温度计的测温误差比较

经实测，DS18B20在0～95℃范围内最大绝对误差为0.94℃。实验表明，DS18B20测温数据准确，工作稳定可靠，具有电路简单、传感器互换误差小等优点，在热电偶冷端补偿应用上具有一定的优势。