單總線技術(shù)在航空相機(jī)溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：航空成像設(shè)備通常需要對(duì)溫度敏感區(qū)進(jìn)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(shí)間使用后需重新標(biāo)定，狹小空間下的多傳感器布線非常復(fù)雜，保證模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離測量的精度在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也比較困難。提出了采用一種基于單總線技術(shù)的新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20U的測溫系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DS18B20U的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有測量精度高，測溫范圍寬，布線少，無需標(biāo)定等特點(diǎn)，特別適合航空成像設(shè)備在空間受限，多傳感器遠(yuǎn)距離布線特點(diǎn)下的溫度組網(wǎng)測量。
關(guān)鍵詞：單總線技術(shù)；DS18820U；測量精度；測溫網(wǎng)絡(luò)；溫度標(biāo)定

航空相機(jī)在外場執(zhí)行任務(wù)時(shí)，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(jī)升空拍照過程中，相機(jī)外表面溫度及濕度變化也很大。作為相機(jī)成像的關(guān)鍵組件，鏡頭的溫度變化和溫度梯度變化會(huì)造成像面離焦并產(chǎn)生像差，導(dǎo)致像質(zhì)變壞。盡管有溫度調(diào)焦補(bǔ)償，也不能完全消除這些影響。此外，航空電子設(shè)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?yàn)槟承╇娮悠骷恼９ぷ鳒囟确秶苷?，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(jī)成像質(zhì)量。綜上所述，對(duì)相機(jī)進(jìn)行溫度控制就顯得十分必要。傳統(tǒng)的航空設(shè)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(jī)，由于相機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以傳感器布線長度受限，只配備兩個(gè)傳感器，安裝在鏡頭附近，這樣不能準(zhǔn)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(biāo)定傳感器，傳感器的拆卸工作也非常困難?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單總線技術(shù)">單總線技術(shù)的溫度傳感器DS18B20U可以很好地滿足航空相機(jī)溫度控制的要求。單總線是一種特殊的串行數(shù)據(jù)通信方式，是美國Dallas公司專有的總線技術(shù)，它將地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、電源線(寄生電源方式下)合為一根信號(hào)線，允許在這根信號(hào)線上掛數(shù)百個(gè)測控對(duì)象，芯片抗干擾性能好；具有CRC校驗(yàn)功能，可靠性高；軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，可以與DSP等數(shù)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(hào)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(shè)計(jì)
航空CCD相機(jī)主要由機(jī)身組件、掃描頭組件、鏡頭組件、快門組件、檢調(diào)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(duì)這些區(qū)域進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)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(guān)鍵位置上共安裝6個(gè)傳感器，實(shí)時(shí)測量鏡頭的溫度水平和溫度梯度，并把溫度信號(hào)傳送控制器進(jìn)行溫度顯示和控制。圖1是相機(jī)溫控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)框圖。

1．1 DS18B20U介紹
DS18B20U是DS18B20系列產(chǎn)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(duì)尺寸要求嚴(yán)格的場合。它采用單總線的獨(dú)特連接方式，可以方便地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，特別適合與微處理芯片構(gòu)成多點(diǎn)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(shí)測量精度可達(dá)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(bào)警設(shè)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(gè)被控器，其中DS18B20U作為被控器，并且所有數(shù)據(jù)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(shù)的一個(gè)很重要部分。為了區(qū)分不同器件，單總線器件在制作時(shí)都用激光刻錄1個(gè)64位的二進(jìn)制代碼，是惟一的序列號(hào)。序列號(hào)的格式是：從低位起第1個(gè)字節(jié)(8位)是單總線器件的家族代碼，表示產(chǎn)品的分類；緊接著的6個(gè)字節(jié)(48位)是每個(gè)單總線器件的全球惟一序列號(hào)，確保每一個(gè)器件被惟一地識(shí)別出來；最后一個(gè)字節(jié)(8位)是前56位的CRC校驗(yàn)碼，用于確保數(shù)據(jù)通信的正確。由上可知，每一種單總線器件類型都有多達(dá)248個(gè)ID號(hào)，這足以解決單總線上的地址沖突問題。