高精度低成本温度侦测方案

Ber_thaw99

随着社会的发展，工业中对温度测量的要求也越来越高，测量数据的范围也越来越大。温度采集系统设计时，传感器模块的设计将直接影响着数据的测量效果，随着测量要求的提高，传感器模块电路的复杂程度也会越来越高，无疑带来布线的困难和效率的下降，同时存在着易短路，易老化等隐患，给系统的综合调试和维护带来难度。如何延展搜集器到传感器和保证测温高精度，这就要求有可靠的无线传输技术和更复杂的电路设计来满足需求。
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+ U  c* \6 k; U; U  g3 f: `$ M一、Semtech LoRa长距离无线技术温度侦测方案
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物联网的应用让我们可以把周遭的一些物品透过网络互相沟通，这样可让人们以更简单更可靠的方式来连接网络，但是对于如何延展搜集器到传感器的这一段路一直是困扰着IoT设计者。Semtech LoRa 长距离无线产品就是符合这一需求，此方案为提供一模块方便链接至客户的mcu以延长传输距离。9 Q! e: D( N: |& `6 r
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! K% v$ |3 S& X! ?) \方案参考文件： SX1276 Spec location
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http://www.semtech.com/images/datasheet/sx1276_77_78_79.pdf0 o' f0 Q1 `: R! F
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& D8 }3 [' b7 [$ l7 b5 f( O【线路图】
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. d. ]* K( A" z! f【方案方块图】% H2 c5 a" n( M, A" ?" c

# |4 U' R& i. t+ I# r4 b【系统功能】; a# Y7 T5 w' S
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! J7 N% M8 w: c/ l5 m提供一 SPI接口让用户将数据及控制信号与 Semtech SX1276沟通后送置天线后发送LoRa信号至远程。2 m* s1 {$ c; ~
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【方案特性】0 o5 ~# [/ \& I7 L; p

' L0 G# u% H" Q/ V& \9 _LoRa技术具超长距离，低成本 ： 因其Sensitivity 可达-148dB， 此点可以让传感器部件的范围大幅增加。 此点可减少repeater 用量节省成本。另可延长使用时间 ： 由于待机电流低至2.5uA， 此低耗电特性比起 GPRS来可以大大的减少耗电。所以可减小电池体积而增加其传感器待机时间。
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二、高精度低成本测温方案! M7 y2 i- {/ P% c4 e1 x
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% l" ]: ~: H0 K0 l0 t8 @3 T本文介绍一种带I2C通信接口的数字温度传感器SD5075来实现测温功能。阐述了其软件和硬件设计方案，该测温装置的温度分辨率0.1℃，测温精度在-40℃~ +100℃范围内典型误差小于±0.5℃。
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! m4 Y! k) j$ g- w用传统的水银或酒精温度计来测量温度，不仅测量时间长、读数不方便、而且功能单一，已经不能满足人们在数字化时代的要求。本文提出了一种新型的数字式温度测量电路的设计方案。某公司最新研制了一款高精度数字温度传感器芯片SD5075，兼容ADT75/LM75A/TMP75，且价格更低，精度更高，可替代性好，本文将重点介绍。
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【系统组成】
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2 R6 ?- a5 x  u: m' m整个系统由数字温度传感器、单片机、显示、按键和电源这几个部分组成。
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5 X! s, p0 K; z# L电路设计见下图：! o- k3 ]* Q7 X3 Q

' F. ?( h: s; K2 a" ?6 fSD5075可设置迟滞阈值寄存器和过温阈值寄存器。如果实际测试环境温度高于设置的过温阈值寄存器则通过开漏引脚ALARM输出报警 信号。实际环境温度低于迟滞阈值寄存器则解除报警信号。AlARM输出有2种可选的工作模式：Alarm比较器模式和Alarm中断模式。Alarm输出可选择高电平或低电平有效。详细的操作流程可参考SDIC官方网站的SD5075单总线数字温度传感器规格书。

3 v- `# p( H& w. ?SD5075介绍：
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2 w. R) o& c& FSD5075是一款高准确度温度传感器芯片，内含高精度测温ADC，在-40℃~ +100℃范围内典型误差小于±0.5℃，在-55℃~ +125℃范围内典型误差小于±1.0℃。通过两线I2C/SMBus接口可以很方便与其他设备建立通信。设置A2 ~ A0的地址线，可支持8片芯片并联总线连接。
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SD5075典型应用框图：
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& C; U8 I, m# L: r本芯片可选3种工作模式：连续测温模式，单次测温模式，关断模式。可根据速度或功耗的需求灵活选择和配置。7 C% X: L' G; y! D7 T2 \0 o
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. A8 C9 Y1 K( V# d8 H4 L3 `SD5075特点：: i% C  X5 f; g% K( z
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1 c# \. _* h6 w& w6 J# }9 ^1、12位数字温度读数，分辨率为0.0625℃。+ S5 Z! K3 \+ N
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2 J3 H0 K' {! v7 Y8 [: ~; M# S; l2、在-40℃～+100℃范围内最大误差±0.8℃，在-55℃～+125℃范围内最大误差±1.5℃。2 s( p7 }  c* P" Y

3、2线通信接口，跟I2C/SMBUS协议兼容。
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4、提供过温报警功能，可设置过温阈值及迟滞恢复阈值。
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0 A: s- N& W: M  ?+ {+ z5、可选连续测温模式或单次测温模式。
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( [% d( J6 E: `6 o4 D6、低功耗：连续测温时典型工作电流只有170uA，关断模式工作电流小于1uA.; Z  ]" C* g+ b! Z- H! r) U7 f
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7、工作电压范围：2.7V～5.5V.

8、管脚兼容ADT75/LM75A/TMP75.
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SDA：两线通信数据线" s) J/ H8 P4 w3 _0 f  s2 i6 r
0 s6 S* P7 v# h8 {* a+ e
SCL：两线通信时钟线* K) m  K, ^+ q' w( u- i2 N" w* ~7 S! o
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ALARM：作温度报警或者SMBus Alert用
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! L. W9 \7 X6 z' O# ~7 n+ }GND：地
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A2-A0：地址选择信号
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VDD：电源

* k& f- V) P6 c, z; g, k" D单片机
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0 f' A& R4 p( |4 r采用的单片机型号为SD8102，也是杭州晶华微电子研制的。具有16k Bytes OTP空间，256 Bytes SRAM，19个可编程I/O口，3个16位的定时/计数器，内置2M的RC振荡器。该单片机也可以采用普通的51单片机或PIC单片机替代。

6 Z: Q# a$ I, I, ^4 {显示、按键和电源
4 Z# A5 D6 n  U7 p6 k; w% {7 Y
" ^, W/ s& k. z# k$ |1 p9 M采用5位数码管显示，保留1位小数，输出方式采用动态扫描形式，选择单片机的5个I/O口作为数码管的位线和8个I/O口作为数码管的段线；+ J- B: ~& u7 K; [4 c# a' \2 J2 s
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通过S0按键来切换摄氏度和华氏度显示。

采用外接电源方式供电（5～12V不需加限流电阻，大于12V时加个470R/3W的限流电阻），通过HT7533降压为3.3 V给系统各模块供电。% e8 X$ w* i  W2 R4 F+ G
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【软件设计】

单片机程序流程参考下图：0 T' I  r6 g# z1 O( [
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结语：9 [, |0 y) f& A( D* @
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此测温方案选用的SD5075测温芯片具有功耗低，测温精度高和价格便宜等优点，非常适用于普通测温场合。同时还兼容ADT75/LM75A/TMP75等测温芯片。