CN203785804U - 基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路 - Google Patents

Abstract

基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路包括CPU、第一电子开关模块、第一电子开关和第二电子开关模块；CPU的输入引脚通过电阻连接第一直流电源；CPU的第一输出引脚连接第一电子开关模块的控制端，第一电子开关模块的输入端连接第二直流电源，输出端连接数据线的第一端；CPU的第二输出引脚连接第一电子开关的控制端，第一电子开关的输出端连接数据线的第一端，数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端；第二电子开关模块的控制端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接数字温度传感器的电源端，第二电子开关模块的输入端连接该第三直流电源，第二电子开关模块的输出端连接数字温度传感器的电源端。本实用新型读写可靠。

Description

基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路。

背景技术

数字温度传感器如DS18B20可测量-55℃~125℃的温度值范围，在-10℃~85℃的温度范围内可达到0.5℃的准确度。DS18B20可配置9~12bit，当DS18B20分别配置为9、10、11和12bit时，其分辨率分别对应为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃。DS18B20采用一条数据线与处理器通信，由于是远距离测量，需要传输线缆进行传输，3线传输线缆包括一根数据线、一根电源线和一根地线。由于DS18B20的工作速度很快，需要的上升沿为15~60μs，而在远距离测量时导线的分布电容会使得上升沿变迟缓，从而影响到电路不能进行正常测量的测量工作。

如图1所示，现有的数字温度传感器的三线温度测量电路图的设计过于简单，其通过CPU的同一个通用输入输出引脚GPIO1进行读写数据，CPU发送数据时，要先将引脚GPIO1配置为发送模式，CPU接收数据时，要先将引脚GPIO1配置为接收模式，此种工作方式不稳定，容易测量错误，甚至无法读写，且对收发过程的时序要求很严格，时序稍微出错，便会导致读写不可靠。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在于提供一种数据读写可靠的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：其包括CPU、上拉电阻、第一电子开关模块、第一电阻、第一电子开关、第二电子开关模块和第一二极管；

该第一电子开关模块包括控制端、输出端和输入端，当该控制端接收到第一电平信号时，该输出端与输入端之间断开，当该控制端接收到第二电平信号时，该输出端与输入端之间相连接，其中，该第一电平信号和第二电平信号不相同；

该第一电子开关包括控制端、输出端和输入端，当第一电子开关的控制端接收到第三电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端断开，当第一电子开关的控制端接收到第四电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端相连接，其中，该第三电平信号和第四电平信号不相同；

该第二电子开关模块包括控制端、输出端和输入端，当该第二电子开关模块的控制端接收到低电平信号时，该第二电子开关模块的输出端和输入端断开，当该第二电子开关模块的控制端接收到高电平信号时，该第二电子开关模块的输出端和输入端相连接；

该CPU包括输入引脚、第一输出引脚和第二输出引脚，该输入引脚通过上拉电阻连接第一直流电源，还连接数据线的第一端；该CPU的第一输出引脚连接该第一电子开关模块的控制端，该第一电子开关模块的输入端连接第二直流电源，其输出端连接数据线的第一端；该CPU的第二输出引脚通过第一电阻连接该第一电子开关的控制端，该第一电子开关的输出端连接该数据线的第一端，该第一电子开关的输入端接地，该数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端；该第二电子开关模块的控制端连接该第一二极管的阳极，该第一二极管的阴极连接该数字温度传感器的电源端，该第二电子开关模块的输入端连接该第三直流电源，该第二电子开关模块的输出端连接该数字温度传感器的电源端。

进一步地，该第一电平信号和第三电平信号均为低电平信号，该第二电平信号和第四电平信号均为高电平信号。

进一步地，三线远距离温度测量电路还包括第一防电流倒灌模块，CPU的输入引脚通过第一防电流倒灌模块连接数据线的第一端。

进一步地，第一防电流倒灌模块为第二二极管，该第二二极管的阳极连接该CPU的输入引脚，该第二二极管的阴极连接该数据线的第一端。

进一步地，三线远距离温度测量电路还包括第二防电流倒灌模块，该第一电子开关模块的输出端通过第二防电流倒灌模块连接数据线的第一端。

进一步地，三线远距离温度测量电路还包括第二电阻，该第二防电流倒灌模块包括第二二极管，该第二二极管的阳极通过第二电阻连接该第一电子开关模块的输出端，该第二二极管的阴极连接该数据线的第一端。

进一步地，该第一电子开关模块包括第二电阻、第三电阻、NPN型的第一三极管以及PNP型的第二三极管或增强型P沟道场效应管；该CPU 的第一输出引脚通过第二电阻连接该第一三极管的基极，该第一三极管的发射极接地，该第一三极管的集电极连接该第二三极管的基极或场效应管的栅极，该第二三极管的发射极或该场效应管的源极连接该第二直流电源，该第三电阻连接于该第二三极管的基极和发射极之间或该第三电阻连接于该场效应管的栅极和源极之间，该第二三极管的集电极或该场效应管的漏极连接该数据线的第一端。

进一步地，该第二电子开关模块包括第二电阻至第四电阻、NPN型的第一三极管以及PNP型的第二三极管或增强型P沟道场效应管；该第一三极管的基极依次通过第三电阻和第二电阻连接该第三直流电源，该第一三极管的集电极连接该第二三极管的基极或场效应管的栅极，该第一三极管的发射极接地；该第一二极管的阳极连接该第二电阻和第三电阻之间的节点，该第四电阻连接于该第二三极管的发射极和基极之间或该第四电阻连接于该场效应管的源极和栅极之间，该第二三极管的发射极或该场效应管的源极连接该第三直流电源，该第二三极管的集电极或该场效应管的漏极连接该数字温度传感器的电源端。

进一步地，三线远距离温度测量电路还包括第三防电流倒灌模块，该第二三极管的集电极或场效应管的漏极通过该第三防电流倒灌模块连接温度传感器的电源端。

进一步地，三线远距离温度测量电路还包括第五电阻，该第三防电流倒灌模块包括第二二极管，该第二二极管的阳极通过该第五电阻连接该第二三极管的集电极或场效应管的漏极，该第二二极管的阴极连接该数字温度传感器的电源端。

进一步地，该第一电子开关为NPN三极管或增强型N沟道场效应管，对应地，该第一电子开关的控制端为基极或栅极，该第一电子开关的输入端为发射极或源极，该第一电子开关的输出端为集电极或漏极。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型对数字温度传感器进行读写的可靠性高，且具备短路保护和防电流倒灌功能，使得本测量电路工作更可靠。另外，电源线支路上设有防短路电路，可避免短路时烧毁系统电源，去除电气火灾隐患。

附图说明

    图1为现有技术的温度测量电路的电路图。

图2为本实用新型基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路的较佳实施方式的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

请参见图2，本实用新型涉及一种基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其较佳实施方式包括CPU 10、上拉电阻R1、第一防电流倒灌模块D1、第一电子开关模块20、第二防电流倒灌模块D2、电阻R6、第一电子开关Q3、第二电子开关模块30、第三防电流倒灌模块D3和第一二极管D4。

该第一电子开关模块20包括控制端、输入端和输出端。当该控制端接收到第一电平信号时，该输出端与输入端之间断开，当该控制端接收到第二电平信号时，该输出端与输入端之间相连接，其中，该第一电平信号和第二电平信号不相同。

该第一电子开关Q3包括控制端、输入端和输出端，当第一电子开关Q3的控制端接收到第三电平信号时，该第一电子开关Q3的输出端和输入端断开，当第一电子开关Q3的控制端接收到第四电平信号时，该第一电子开关Q3的输出端和输入端相连接，其中，该第三电平信号和第四电平信号不相同。本实施例中，该第三电平信号为低电平信号，该第四电平信号为高电平信号，该第一电子开关Q3可为NPN三极管或增强型N沟道场效应管，对应地，该第一电子开关Q3的控制端为基极或栅极，该第一电子开关Q3的输入端为发射极或源极，该第一电子开关Q3的输出端为集电极或漏极。

该第二电子开关模块30包括控制端、输入端和输出端。当该第二电子开关模块30的控制端接收到低电平信号时，该第二电子开关模块30的输出端和输入端断开，当该第二电子开关模块30的控制端接收到高电平信号时，该第二电子开关模块30的输出端和输入端相连接。

该CPU 10包括输入引脚GPI1、第一输出引脚GPO2和第二输出引脚GPO3，该输入引脚GPI1通过上拉电阻R1连接第一直流电源Vgpio，还通过第一防电流倒灌模块连接数据线的第一端；该第一输出引脚GPO2连接该第一电子开关模块20的控制端，该第一电子开关模块20的输入端连接第二直流电源VCC，输出端通过第二防电流倒灌模块连接数据线的第一端；该CPU 10的第二输出引脚GPO3通过电阻R6连接该第一电子开关Q3的控制端，该第一电子开关Q3的输出端连接该数据线的第一端，该第一电子开关Q3的输入端接地，该数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端DQ。该第二电子开关模块30的控制端连接该第一二极管D4的阳极，该第一二极管D4的阴极连接该数字温度传感器的电源端Vdd，该第二电子开关模块30的输入端连接该第三直流电源VCC1，该第二电子开关模块30的输出端通过电阻R11和第三防电流倒灌模块D3连接该数字温度传感器的电源端Vdd。

本温度测量电路通过40米左右的传输线缆电性连接该数字温度传感器，以进行远程收发数据。

本实施例中，该第一电平信号为低电平信号，该第二电平信号为高电平信号。该第一电子开关模块20包括电阻R2、电阻R4、NPN型的三极管Q2和PNP型的三极管Q1。该CPU 10的第一输出引脚GPO2通过电阻R2连接该三极管Q2的基极，该三极管Q2的发射极接地，该三极管Q2的集电极连接该三极管Q1的基极，该三极管Q1的发射极连接该第二直流电源VCC，该电阻R4连接于该三极管Q1的基极和发射极之间，该三极管Q1的集电极通过电阻R5连接该第二防电流倒灌模块，电阻R5起限制电流的作用。该PNP型的三极管Q1也可替换为增强型P沟道场效应管，对应地，该三极管Q2的集电极连接该场效应管的栅极，该场效应管的源极连接该第二直流电源VCC，该电阻R4连接于该场效应管的栅极和源极之间，该场效应管的漏极通过电阻R5连接该第二防电流倒灌模块。该第一电子开关模块20的输入端连接该第二直流电源VCC，使得其具备强上拉的工作模式，可大大改善波形的上升沿。

本实施例中，需要向数字温度传感器的数据端DQ输出高电平信号或强上拉时，该第一输出引脚GPO2输出高电平信号，第二输出引脚GPO3输出低电平信号。需要向数字温度传感器的数据端D1输出低电平信号时，该第一输出引脚GPO2输出低电平信号，第二输出引脚GPO3输出高电平信号。当需要从数字温度传感器读取数据时，该第一输出引脚GPO2和第二输出引脚GPO3均输出低电平信号。

当传输线缆的电源线出现短路时，该第二电子开关模块30的控制端被拉低，使得该第二电子开关模块30的输出端和输入端断开连接，从而可有效保护系统电源，去除电气火灾隐患。

本实施例中，该第一防电流倒灌模块包括二极管D1，该二极管D1的阳极连接该CPU的输入引脚GPI1，该二极管D1的阴极连接该数据线的第一端。该二极管D1可防止电流回流至该输入引脚GPI1，防止外部电源损坏CPU，提高电路稳定性。

本实施例中，该第二防电流倒灌模块包括二极管D2，该二极管D2的阳极通过电阻R5连接该第一电子开关模块20的输出端，该二极管D2的阴极连接该数据线的第一端。该二极管D2可防止电流回流至该第一电子开关模块20，提高电路稳定性。

该第一电子开关的输入端接地，使得其具备强放电的方式，大大地改善下降沿波形。

该第二电子开关模块30包括电阻R8至电阻R10、NPN三极管Q5和PNP三极管Q4。该三极管Q5的基极依次通过电阻R9和电阻R8连接该第三直流电源VCC1，该三极管Q5的集电极连接该三极管Q4的基极，该三极管Q5的发射极接地。该第一二极管D4的阳极连接电阻R8和电阻R9之间的节点，电阻R10连接于该三极管Q4的发射极和基极之间，该三极管Q4的发射极连接该第三直流电源VCC1，该三极管Q4的集电极连接该数字温度传感器的电源端Vdd。该PNP型的三极管Q4也可替换为增强型P沟道场效应管，对应地，该三极管Q5的集电极连接该场效应管的栅极，电阻R10连接于该场效应管的源极和栅极之间，该场效应管的源极连接该第三直流电源VCC1，该场效应管的漏极连接该数字温度传感器的电源端Vdd。

该第三防电流倒灌模块包括二极管D3，该二极管D3的阳极通过该电阻R11连接该三极管Q4的集电极，该二极管D3的阴极连接该数字温度传感器的电源端Vdd。

上述第一直流电源、第二直流电源和第三直流电源可为三个输出电压各不相同的直流电源，也可为任意两个用相同的直流电源而另一个用不同的直流电源，也可为同一直流电源。

下面对本实施例的工作原理进行说明：

向DS18B20写0的时序过程：CPU 10第一输出引脚GPO2输出低电平，第二输出引脚GPO3输出高电平，第一电子开关模块20截止，第一电子开关Q3导通，第二输出引脚向数据线输出60~120μs的逻辑低电平信号；随后第一输出引脚GPO2输出高电平，而第二输出引脚GPO3输出低电平，第一电子开关Q3截止，第一电子开关模块20导通，进而将数字温度传感器的数据端DQ迅速拉高，此阶段为1μs以上的恢复时间。

向DS18B20写1的时序过程：CPU 10第一输出引脚GPO2输出低电平，第二输出引脚GPO3输出高电平，第一电子开关模块20截止而第一电子开关Q3导通，向数据线输出1~15μs逻辑低电平，随后第一输出引脚GPO2输出高电平而第二输出引脚GPO3输出低电平，第一电子开关Q3截止而第一电子开关模块20导通，进而将数字温度传感器的数据端DQ迅速拉高，使数据线被拉为高电平15~45μs。

CPU 10读DS18B20数据过程：第一输出引脚GPO2输出低电平，第二输出引脚GPO3输出高电平，第一电子开关模块20截止，第一电子开关Q3导通，产生至少1μs的低电平，随后第一输出引脚GPO2和第二输出引脚GPO3都输出低电平，释放数据线，输入引脚GPI1接收数字温度传感器的数据数字温度传感器在下降沿后的15μs内输出有效的数据，这时输入引脚GPI1将读出“1” 表示总线为高电平，如果读出数据“0” 则表示总线为低电平。每个读时序必须为一个最小60μs的持续时间和1μs恢复时间。

给数字温度传感器DS18B20复位的过程：第一输出引脚GPO2输出低电平，第二输出引脚GPO3输出高电平，第一电子开关模块20截止，第一电子开关Q3导通，向数据线输出480~960 微秒的低电平，然后第一输出引脚GPO2输出高电平而第二输出引脚GPO3输出低电平，第一电子开关Q3截止，第一电子开关模块20导通，进而将数字温度传感器的数据端DQ迅速拉高15 微秒，随后第一输出引脚GPO2和第二输出引脚GPO3都输出低电平，释放数据线。当数字温度传感器收到上升沿信号等待16~60 微秒，然后发出60~240 微秒的存在低脉冲，CPU 10的输入引脚GPI1 收到此信号表示复位成功。

本实用新型对数字温度传感器进行读写的可靠性高，且具备短路保护和防电流倒灌功能，使得本测量电路工作更可靠。另外，电源线支路上设有防短路电路，可避免短路时烧毁系统电源，去除电气火灾隐患。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：其包括CPU、上拉电阻、第一电子开关模块、第一电阻、第一电子开关、第二电子开关模块和第一二极管； 

该第一电子开关模块包括控制端、输出端和输入端，当该控制端接收到第一电平信号时，该输出端与输入端之间断开，当该控制端接收到第二电平信号时，该输出端与输入端之间相连接，其中，该第一电平信号和第二电平信号不相同； 

该第一电子开关包括控制端、输出端和输入端，当第一电子开关的控制端接收到第三电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端断开，当第一电子开关的控制端接收到第四电平信号时，该第一电子开关的输出端和输入端相连接，其中，该第三电平信号和第四电平信号不相同； 

该第二电子开关模块包括控制端、输出端和输入端，当该第二电子开关模块的控制端接收到低电平信号时，该第二电子开关模块的输出端和输入端断开，当该第二电子开关模块的控制端接收到高电平信号时，该第二电子开关模块的输出端和输入端相连接； 

该CPU包括输入引脚、第一输出引脚和第二输出引脚，该输入引脚通过上拉电阻连接第一直流电源，还连接数据线的第一端；该CPU的第一输出引脚连接该第一电子开关模块的控制端，该第一电子开关模块的输入端连接第二直流电源，其输出端连接数据线的第一端；该CPU的第二输出引脚通过第一电阻连接该第一电子开关的控制端，该第一电子开关的输出端连接该数据线的第一端， 该第一电子开关的输入端接地，该数据线的第二端连接数字温度传感器的数据端；该第二电子开关模块的控制端连接该第一二极管的阳极，该第一二极管的阴极连接该数字温度传感器的电源端，该第二电子开关模块的输入端连接第三直流电源，该第二电子开关模块的输出端连接该数字温度传感器的电源端。 

2.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：三线远距离温度测量电路还包括第一防电流倒灌模块，CPU的输入引脚通过第一防电流倒灌模块连接数据线的第一端。 

3.如权利要求2所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：第一防电流倒灌模块为第二二极管，该第二二极管的阳极连接该CPU的输入引脚，该第二二极管的阴极连接该数据线的第一端。 

4.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：三线远距离温度测量电路还包括第二防电流倒灌模块，该第一电子开关模块的输出端通过第二防电流倒灌模块连接数据线的第一端。 

5.如权利要求4所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：三线远距离温度测量电路还包括第二电阻，该第二防电流倒灌模块包括第二二极管，该第二二极管的阳极通过第二电阻连接该第一电子开关模块的输出端，该第二二极管的阴极连接该数据线的第一端。 

6.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：该第一电平信号为低电平信号，该第二电平信号为高电平信号；该第一电子开关模块包括第二电阻、第三电阻、NPN型的第一三极管以及PNP型的第二三极管或增强型P沟道场效应管；该CPU的第一输出引脚通过第二电阻连接该第一三极管的基极，该第一三极管的发射极接地，该第一三极管的集电极连接该第二三极管的基极或场效应管的栅极，该第二三极管的发射极或该场效应管的源极连接该第二直流电源，该第三电阻连接于该第二三极管的基极和发射极之间或该第三电阻连接于该场效应管的栅极和源极之间，该第二三极管的集电极或该场效应管的漏极连接该数据线的第一端。 

7.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：该第一电平信号为低电平信号，该第二电平信号为高电平信号；该第二电子开关模块包括第二电阻至第四电阻、NPN型的第一三极管以及PNP型的第二三极管或增强型P沟道场效应管；该第一三极管的基极依次通过第三电阻和第二电阻连接该第三直流电源，该第一三极管的集电极连接该第二三极管的基极或场效应管的栅极，该第一三极管的发射极接地；该第一二极管的阳极连接该第二电阻和第三电阻之间的节点，该第四电阻连接于该第二三极管的发射极和基极之间或该第四电阻连接于该场效应管的源极和栅极之间，该第二三极管的发射极或该场效应管的源极连接该第三直流电源，该第二三极管的集电极或该 场效应管的漏极连接该数字温度传感器的电源端。 

8.如权利要求7所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：三线远距离温度测量电路还包括第三防电流倒灌模块，该第二三极管的集电极或场效应管的漏极通过该第三防电流倒灌模块连接温度传感器的电源端。 

9.如权利要求8所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：三线远距离温度测量电路还包括第五电阻，该第三防电流倒灌模块包括第二二极管，该第二二极管的阳极通过该第五电阻连接该第二三极管的集电极或场效应管的漏极，该第二二极管的阴极连接该数字温度传感器的电源端。 

10.如权利要求1所述的基于数字温度传感器的三线远距离温度测量电路，其特征在于：第三电平信号为低电平信号，第四电平信号为高电平信号；该第一电子开关为NPN三极管或增强型N沟道场效应管，对应地，该第一电子开关的控制端为基极或栅极，该第一电子开关的输入端为发射极或源极，该第一电子开关的输出端为集电极或漏极。