【摘　要】闡述了蒸發器表面溫度控制在制冷時的重要性，介紹了DS1821的工作原理、結構和功能，并給出了DS1821在蒸發器溫度控制中的應用。
???? 關鍵詞：DS1821，制冷，蒸發器，控制
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　　空調的蒸發器是熱交換裝置，如果蒸發器表面溫度過低，空氣中的水分被析出后結霜，此時若蒸發器中制冷劑流量不減弱，則蒸發器表面會逐步結冰，最終導致蒸發器無法工作（風不能通過，無法進行熱交換），空調也就無法制冷。所以，空調器最基本、也是最主要的控制任務就是防止蒸發器表面結霜，即控制蒸發器表面的溫度。目前汽車空調蒸發器的溫度控制主要有離合器－熱力膨脹閥系統（CCTXV系統）和離合器－節流管系統（CCOT系統），它們都是通過恒溫器控制離合器，進而控制壓縮機的轉停來達到除霜目的的。恒溫器主要有波紋管式和雙金屬片式兩種形式，前者為熱力杠桿式結構，敏感元件為感溫包，后者通過溫度系數不同的兩塊金屬片觸點的接通和斷開來控制離合器接通和脫開。它們的工作精度均不高。數字式溫度傳感器DS1821具有恒溫器和單總線兩種工作模式，在恒溫器工作模式下它有溫度開關的功能，可以用來控制汽車空調蒸發器的表面溫度。

1　DS1821的功能和封裝
　　DS1821是美國Dallas公司生產的數字式溫度傳感器，與微控制器的連接簡單，它采用單總線（1－Wire Bus），即用一根數據線與微控制器連接，按照單總線通訊協議與微控制器進行通訊，工作溫度范圍為－55℃～125℃，在0℃～80℃時的精確度為±1℃，完全滿足汽車空調控制的要求。其封裝形式有兩種：8引腳的SOIC形式封裝和3引腳的PR35形式封裝，如圖1所示。

引腳說明：
　　QD：數據輸入／輸出線；
??? Vdd：接電源；
??? GND：接地；
??? NC：懸空。
　　DS1821既可以用作8位的溫度傳感器，又可以作為恒溫器使用，當用作恒溫器時，DS1821具有溫度開關的功能，由用戶設定告警觸發點TH和TL，用戶設定的觸發點和設置在觸發時DQ引腳的電平（POL）被保存在DS1821的內部EEPROM，即保存在TH寄存器、TL寄存器和工作寄存器中。
2　DS1821的工作原理
?? DS1821的工作原理如圖2所示。
　　DS1821通過記錄時鐘周期數來測量溫度。DS1821中有兩個振蕩器：低溫度系數振蕩器和高溫度系數振蕩器，被記錄的時鐘周期數是由低溫度系數振蕩器在高溫度系數振蕩器決定的門時間之內的時鐘周期數。低溫度系數振蕩器的計數器被預置為－55℃所對應的基數，如果計數器在門時間內計數到零，則預先設置為－55℃的溫度寄存器增加1℃，同時計數器由斜率累加器電路決定的值重新預置，

這個斜率累加器電路還可以補償振蕩器相應于溫度的拋物線特性。計數器重新開始計數，如果仍在高溫度系數振蕩器決定的門時間內計數器計數到零，溫度寄存器的值又增加1℃，而計數器又重新置數。重復上述步驟，直到計數器計到零時的時間超過由高溫度系數振蕩器決定的門時間。這個過程完成以后，溫度寄存器中的值就是當前的溫度。
3　DS1821的結構
?? DS1821的結構如圖3所示。

　　TH寄存器和TL寄存器均是非易失的可電擦寫的存儲器EEPROM，用戶可以在單總線工作模式下對TH和TL寄存器進行讀寫。TH和TL寄存器為8位寄存器，其格式如下：

S位是符號位，0為正，1為負。
　　溫度寄存器格式同TH、TL寄存器格式一樣，1位符號位，7位有效數據，它的值就是對應的溫度值（攝氏溫度），如：7DH為＋125℃，19H為＋25℃，E7H為－25℃。
　　工作寄存器也是8位寄存器，格式如下：

?

??? T／R：工作模式控制位，T／R＝1時為恒溫器模式，T／R＝0，為單總線模式。在單總線工作模式下，數據的傳送要遵循單總線協議，有關單總線協議及操作見文獻1；
　　POL：溫度超過告警點時DQ的狀態，POL＝1時DQ為1，POL＝0時DQ為0；
　　THF：在恒溫器工作模式下，當溫度超過TH中設置的值時，THF被置為1，并保持1直到用戶重新將其清0；
　　TLF：同THF一樣，在恒溫器工作模式下，當溫度低于TL中設置的值時，TLF被置為1直到用戶將其清0；
　　THF和TLF提供了在一定的時間內，溫度是否超過告警點的信息。
　　1SHOT：在單總線工作模式下，該位決定采用對溫度連續檢測方式還是采用單步檢測方式，當1SHOT＝0時為連續檢測方式，1SHOT＝1時為單步檢測方式，在恒溫器工作模式下，始終為連續檢測方式；
　　DONE：在單總線模式下，1SHOT＝1時，用戶可以查詢DONE位以確定溫度是否檢測完畢，當DONE＝0時正在檢測，DONE＝1時檢測完畢；
　　NVB：寫EEPROM時的狀態查詢，NVB＝0，正在寫EEPROM，NVB＝1，寫完畢。
　　在工作寄存器中，THF，TLF，T／R，POL，1SHOT這5位均存儲在非易失性存儲器EEPROM中。
4　DS1821的恒溫器工作模式
　　當T／R＝1時，DS1821上電后處于恒溫器工作模式，連續檢測溫度。DQ作為DS1821的信號輸出引腳。要使用DS1821的恒溫器功能，必須在單總線模式下對TH和TL寄存器進行設置。DS1821作為恒溫器的工作原理如圖4所示。

　　設POL＝1，DS1821檢測到溫度超過TH寄存器中設置值時（告警點），DQ的狀態由0變為1（POL＝0時DQ由1變為0）并保持1狀態，當DS1821檢測到溫度低于TL中的值時，DQ由1變回0，如次循環往復。用戶可以通過查詢THF和TLF的狀態來了解溫度是否超過告警點。
5　DS1821在汽車空調蒸發器溫度控制中的應用
　　基于對DS1821恒溫器工作模式的分析，DS1821具有溫度開關的功能，當溫度超過告警點時可以利用DQ引腳驅動執行部件，完成某個動作。對空調蒸發器表面溫度進行控制時，當蒸發器表面結霜（溫度低于0℃）時，DQ輸出一個信號，控制電磁離合器，脫開發動機與壓縮機的連接，開始除霜。電路原理圖如圖5所示。

　　設置TH＝4℃，TL＝0℃，POL＝1，T／R＝1，空調開始工作時的溫度肯定超過TH，DS1821的DQ輸出為1，經反相為0，打開光隔，電磁離合器連接壓縮機和發動機開始制冷，蒸發器表面的溫度也開始下降，當蒸發器表面溫度下降到超過0℃時，DQ輸
出為0，反相后為1，關閉光隔，電磁離合器則脫開發動機與壓縮機的連接，壓縮機停止運轉，開始除霜，蒸發器表面的溫度逐漸升高，當溫度高于TH的設定值時，DQ變為1，打開光隔，電磁離合器又接通發動機和壓縮機，開始制冷，如此循環往復，從而控制了蒸發器的表面溫度，防止其結霜。
　　DS1821在汽車空調控制中還可以作為環境溫度開關使用，當車外溫度高于某個設定值（TH）時，電磁離合器閉合，壓縮機開始工作，而當車外溫度低于某個設定值（TL）時，電磁離和器脫開，壓縮機停止工作。
　　DS1821在單總線工作模式下可作為溫度傳感器用于溫度的測量，由于它是數字式的，測量溫度時無需A／D轉換等其它器件，其數據就可以直接供微控制器使用，只要兩者之間數據傳輸遵循單總線協議。在與MCS－51等系列單片機連接時，MCS－51系列沒有單總線接口，需要用軟件模擬單總線的操作。另外，與DS1820和其他單總線器件不同的是，DS1821不能被編址，因此，在一根總線上只能掛一個DS1821，需要進行多點測量時，占用微控制器的資源較多，這限制了它作為溫度傳感器的使用。 　　1　陳孟湘．汽車空調．上海：上海交通大學出版社，2001