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单总线技术在航空相机温控系统中的应用

发布时间:2020-06-30 21:20:17 阅读: 来源:废铜厂家

摘要:航空成像设备通常需要对温度敏感区进行分区控制。以往的温度传感器多采用热敏电阻,它易损坏,长时间使用后需重新标定,狭小空间下的多传感器布线非常复杂,保证模拟信号远距离测量的精度在技术实现上也比较困难。提出了采用一种基于单总线技术的新型数字温度传感器DS18B20U的测温系统。实验结果表明,基于DS18B20U的单总线传感器网络具有测量精度高,测温范围宽,布线少,无需标定等特点,特别适合航空成像设备在空间受限,多传感器远距离布线特点下的温度组网测量。关键词:单总线技术;DS18820U;测量精度;测温网络;温度标定 航空相机在外场执行任务时,由于季节、地域的不同,所处的外场环境温度变化范围很大。在侦察机升空拍照过程中,相机外表面温度及湿度变化也很大。作为相机成像的关键组件,镜头的温度变化和温度梯度变化会造成像面离焦并产生像差,导致像质变坏。尽管有温度调焦补偿,也不能完全消除这些影响。此外,航空电子设备故障率的50%~60%是热管理问题,其中包括电子器件散热和温度保持。因为某些电子器件的正常工作温度范围很窄,比如某种面阵CCD的正常工作温度范围是-10~+50℃,并且CCD输出噪声随温度升高变化明显,影响相机成像质量。综上所述,对相机进行温度控制就显得十分必要。传统的航空设备温度传感器采用光敏电阻,比如美国RECON/OPTICAL公司的KS-146胶片相机,由于相机结构复杂,所以传感器布线长度受限,只配备两个传感器,安装在镜头附近,这样不能准确掌握所有镜头组件的温度变化,且长期使用后需要重新标定传感器,传感器的拆卸工作也非常困难。基于单总线技术的温度传感器DS18B20U可以很好地满足航空相机温度控制的要求。单总线是一种特殊的串行数据通信方式,是美国Dallas公司专有的总线技术,它将地址线、数据线、控制线、电源线(寄生电源方式下)合为一根信号线,允许在这根信号线上挂数百个测控对象,芯片抗干扰性能好;具有CRC校验功能,可靠性高;软件设计规范,可以与DSP等数字控制芯片无缝连接。在测量温度不超过100℃环境下,还可以采用寄生电源供电模式,即不用外部电源线,只用一根信号线作为通信和供电通道,极大地降低了布线难度。1 系统设计 航空CCD相机主要由机身组件、扫描头组件、镜头组件、快门组件、检调焦组件、CCD组件、温控舱组件等组成。其中,温度敏感区包括CCD组件,镜头组件和电控箱组件,需要对这些区域进行温度实时测量和控制。测温采用分区控制策略,以镜头组件为例,其中在关键位置上共安装6个传感器,实时测量镜头的温度水平和温度梯度,并把温度信号传送控制器进行温度显示和控制。图1是相机温控系统的实验框图。

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1.1 DS18B20U介绍 DS18B20U是DS18B20系列产品中的一种,采用μSOP封装,这种封装只有3.0 mm×5.0mm的水平尺寸,高度小于1.2 mm。非常适合用于集成度高,对尺寸要求严格的场合。它采用单总线的独特连接方式,可以方便地组建传感器网络,特别适合与微处理芯片构成多点温度测控系统。测温范围为-55~+125℃,9~12位分辨率可选,12位时测量精度可达0.062 5℃,固有测温分辨率为0.5℃,供电电压范围为3.0~5.5 V,有电源模式和寄生电源供电模式两种,用户可编程温度上下限报警设定功能。1.2 单总线原理 单总线系统利用一根总线主控制器控制多个被控器,其中DS18B20U作为被控器,并且所有数据和命令的发送都是低位在前。区分挂在单总线上的不同器件是单总线技术的一个很重要部分。为了区分不同器件,单总线器件在制作时都用激光刻录1个64位的二进制代码,是惟一的序列号。序列号的格式是:从低位起第1个字节(8位)是单总线器件的家族代码,表示产品的分类;紧接着的6个字节(48位)是每个单总线器件的全球惟一序列号,确保每一个器件被惟一地识别出来;最后一个字节(8位)是前56位的CRC校验码,用于确保数据通信的正确。由上可知,每一种单总线器件类型都有多达248个ID号,这足以解决单总线上的地址冲突问题。

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