溫度傳感器TMP275的核心控制電路

TI公司的MSP430單片機(jī)以獨(dú)特的低功耗和模塊化設(shè)計(jì)贏得了設(shè)計(jì)者的青睞。新型MSP430F247其性價(jià)比相當(dāng)高，該16位單片機(jī)處理速度快，超低功耗，能節(jié)省很多資源;MSP430F247內(nèi)置I2C模塊，方便了程序編寫，大大降低了程序的出錯(cuò)率。同時(shí)更多的I/O口可以級聯(lián)更多的外圍器件，而無需使用地址數(shù)據(jù)鎖存器件，既方便了程序的編寫，也簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)。

溫度傳感器TMP275可直接輸出數(shù)字信號，而無需取樣、放大、濾波和模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換，可以直接傳輸給單片機(jī)信號處理系統(tǒng);而且輸出信號分辨率可以達(dá)到0.0625，測溫精度±0.5℃，若使用MSP430F247做控制器，可直接與其自帶的I2C模塊相連，使用方便。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

該測溫儀的硬件結(jié)構(gòu)由溫度測量、核心控制電路、顯示電路和電源電路等4部分組成?？傮w方案框圖如圖l所示。

2.2 單元模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 核心控制電路

核心控制電路采用MSP4313F247完成數(shù)據(jù)的測量和處理，實(shí)現(xiàn)溫度測量和控制輸出顯示功能，電路如圖2所示，其中的P3.1.P3.2分別是MSP430F247自帶I2C模塊的SCL和SDA，可以直接連接TMP275，不用再模擬I2C口，應(yīng)注意接上拉電阻。

圖2 核心控制電路

2.2.2 溫度測量

測溫部件采用TI公司生產(chǎn)的溫度傳感器TMP275，以數(shù)字形式用I2C總線向CPU傳輸數(shù)據(jù)，圖3給出溫度測量電路。

圖3 溫度測量電路

TMP275是一個(gè)I2C總線的溫度傳感器，測溫范圍一40℃~+125℃，在一20℃~+100℃之間最大誤差僅為±0.5℃。

TMP275內(nèi)部有指針寄存器、配置寄存器、溫度值寄存器、高溫和低溫限制寄存器等5個(gè)寄存器。

指針寄存器是通過P1，P0識別哪個(gè)寄存器來響應(yīng)讀寫命令。其格式字如表1所示，指針地址如表2所示。

配置寄存器是一個(gè)8位可讀寫的寄存器，用來存儲TMP275的工作模式控制字，詳細(xì)資料請參見參考文獻(xiàn)。

溫度寄存器是12位補(bǔ)碼只讀寄存器，用來存儲最近變換得到的數(shù)據(jù)，存儲形式與TI公司的TMPl00和DALLAS公司的DSl8820相同。該寄存器通過2個(gè)字節(jié)讀寫數(shù)據(jù)，如表3，表4所示，且先傳輸高8位再傳輸?shù)?位，其中第一個(gè)字節(jié)8位有效，第二個(gè)字節(jié)只有高4位有效。上電和復(fù)位后讀出的是0°。圖4和圖5分別是I2C數(shù)據(jù)寫、讀時(shí)序圖。

測溫儀的設(shè)計(jì)方案?主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 測溫原理

測溫儀基于紅外測溫原理工作。所有溫度高于絕對零度(-273℃)的物體都會(huì)向外輻射紅外電磁波，物體的表面溫度與其輻射的紅外電磁波能量成正比。紅外測溫儀通過測量目標(biāo)物體發(fā)出的紅外輻射能量來計(jì)算物體的實(shí)際溫度。具體過程包括：光學(xué)系統(tǒng)匯聚目標(biāo)紅外輻射能量，使其聚焦在光電探測器上，探測器將紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過放大器和信號處理電路處理后，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值?1。

2. 硬件組成

測溫儀的硬件組成包括：

?光學(xué)系統(tǒng)?：匯集目標(biāo)紅外輻射能量。

?光電探測器?：將紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?

?信號放大器及處理電路?：對電信號進(jìn)行放大和處理，最終計(jì)算出溫度值。

?顯示輸出?：通常采用LCD顯示屏顯示溫度值，部分設(shè)備還支持語音報(bào)數(shù)或數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X進(jìn)行集中處理?12。

3. 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括信號處理算法和用戶界面設(shè)計(jì)。信號處理算法用于將電信號轉(zhuǎn)換為溫度值，并通過單片機(jī)進(jìn)行復(fù)雜處理。用戶界面設(shè)計(jì)包括LCD顯示、按鍵控制、電量檢測等功能。部分高端測溫儀還支持多模式切換、高溫報(bào)警、記憶功能等?23。

4. 具體技術(shù)參數(shù)

?測溫范圍?：前額32-43℃，表面溫度0-60℃。

?測量精度?：±0.2℃。

?測量時(shí)間?：≤1秒。

?測量距離?：1-10厘米。

?發(fā)射率?：0.95。

?紅外波長?：5-14μm。

?按鍵功能?：開關(guān)機(jī)、測溫、單位切換、記憶模式、高溫報(bào)警等?2。

5. 應(yīng)用場景

測溫儀廣泛應(yīng)用于公共場所、企業(yè)單位和家庭，用于快速、準(zhǔn)確地測量人體或其他物體的溫度。