DS2438及其在单总线微网中的应用

3 DS2438在单总线微网中的应用

下面给出将DS2438应用于单总线微网的具体实例：单总线温度传感器设计。温度的测量在仓储检测、生产制造及日常生活中有着广泛的应用, 但湿度的测量却较困难。原因是温度传感器大都为模拟小信号输出,且在线性度、重复性、一致性等方面不尽如意。如果能够利用现有的模拟湿度传感器,设计出基于单总线的数字式湿度传感器,则可配合单总线微网技术构成全数字化的多点温湿度测量系统,如数字化粮情检测、数字化仓储检测系统等。即可降低系统布线费用,又可提高系统性能,因而具有非常不定期实的意义。这里,利用模拟大信号相对湿度传感器并配合DS2438,设计出一种完全符合单总线协议的湿度传感器（电路参见图4）。



3.1 湿度传感器

由于单总线微网采用寄存电源的方式向单总线器件供电,因此, 要求挂接在单总线微网上的器件必须满足低功耗的要求。这里,选用了具有低功耗特性的模拟大信号湿度传感器HIH-3610。HIH-3610是美国 Honeywell公司生产的相对湿度传感器。该传器采用热固聚酯电容式传感头,同时在内部集成了信号处理功能电路,因此,可完成将相对湿度值变换成电容值,再将电容传转换成线性的电压输出。同时该传感器还具精度高、响应快速、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点,其性能指标如表3所列, 输出电压与相对湿度的关系曲线如图3所示。



表 3 HIH-3610湿度传感器性能指标
参 数指 标
RH精度±2%RH，0～100%RH非凝结，25℃(DC供电电压=5V)
RH互换性±5%RH，0～60%RH;±8%@90%RH
RH线怀±0.5%RH典型值
RH迟滞±1.2%的RH最大量程
RH重复性0.5%RH
RH反应时间/s30(慢流动的空气中，1/e@25℃)
RH稳定性±1%RH典型值，50%RH，5年时间内
DC供电电压/V4～9(传感器在DC5V下标定)
消耗电流/mA0.2(DC 5V);2(典型值，DC9V)
输出电压Vout=Vsuppl[0.0062(sensor%RH)+0.16]
温度补偿RH(sensor%RH)/(1.0546-0.0216t)

由性能指标及输出电压与相对湿度的关系曲线，可得出如下结论。
①HIH-3610在供电电压为5V时，其消耗电流仅为200μA，完全可满足单总线微网对器件低功耗的要求。
②HIH-3610输出电压为Vout=Vsupply[0.0062(sensor%RH)+0.16]即输出电压Vout不仅正比于湿度测量值，且与电源电压值Vsupply圾关。若Vsupply固定为5V，则其值仅由相对湿度值决定，但由于单总线上的供电电压值为变量，故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压Vsupply的值。
③HIH-3610输出的湿度值还与环境温度有关，故应进行温度补偿，补偿公式为RH=(sensor%RH)/1.0546-0.0216t

因此，为得到准确的湿度测量值，还应在测量湿度的同时测量环境湿度和单总线供电电压值。

3.2 DS2438与传感器接口

本系统中利用DS2438来同时完成对环境温度的测量、单总线电源电压的测量及湿度传感器输出电压值的测量。由图4可知，为了满足寄生电源工作的要求，为传感器设计了相应的电源电路。电源电路由VD1、VD2及电容C1构成。其中二极管VD2和电容C1构成半波整流电路，在总线空闲时为 DS2438和HIH-3610供电。DS2438的5脚VDD端的电位即是HIH-3610的电源电压。通过编程DS2438内部的状态/结构寄存器的 “AD”位，使二通道电压A/D转换器的输入选择为VDD端，可完成HIH-3610电源电压测量功能。通过编程状态/结构寄存器的“AD”位，使二通道电压A/D转换器的输入选择为VAD端，即HIH-3610的湿度电压值输出端可完成湿度值测量功能，环境温度的测量可由DS2438内部的湿度传感器完成，因此，使用1片DS2438即可完成湿度值的测量，并可由相应的软件算法实现电源电压的校正及环境温度补偿。

3.3 单片机与传感器的接口

单片机与单总线湿度传感器的接口电路如图4所示。

图4 单总线湿度传感器及与单片机的接口　点击放大

单片机选用AT89C52单片机。这里利用单片机的P1.0口线作为单总线接口;单总线湿度传感器采用寄存电源供电方式;P1.0口线外接一只 4.7kΩ的上拉电阻，可在总线空闲时向湿度传感器提供能量。

3.4 软件编程

网络补充版(http://www.dpj.com.cn)中，给出单总线湿度传感器相关的数据采集程序，包括读湿度测量值、读单总线供电电压值及读湿度值子程序。

结语

由DS2438构成的单总线数字式湿度传感器，硬件电路结构简单，与单总线微网的连接也十分简单;可轻松构成多点数字式湿温度监测系统，因而 DS2438在类似的单总线微网测控系统中有着广泛的应用前景。