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基于USB的溫度傳感器電路的設計

時間:2019-02-19 08:39:14來源:不詳 作者:電子愛好者 點擊:
使用模擬MCU,LDO,外部熱敏電阻和一些分立器件,您可以構建高精度的溫度傳感應用。圖1中的電路顯示了Analog DevicesADuC7122精密模擬微控制器的工作原理可用于精確的熱敏電

使用模擬MCULDO,外部熱敏電阻和一些分立器件,您可以構建高精度的溫度傳感應用。

圖1中的電路顯示了Analog DevicesADuC7122精密模擬微控制器的工作原理可用于精確的熱敏電阻溫度監測應用。 ADuC7122集成了多通道12位SAR ADC,12個12位DAC,1.2 V內部基準電壓源,以及ARM7內核,126 kB閃存,8 kB SRAM以及各種數字外設,如UART定時器,SPI ,以及兩個I2C接口。 ADuC7122連接到4.7kΩ熱敏電阻。

基于USB的溫度傳感器電路的設計

圖1:ADuC7122用作溫度監控器,與熱敏電阻連接(簡化原理圖,所有連接均未由于ADuC7122(7 mm×7 mm,108球BGA封裝)的小外形尺寸,整個電路可以安裝在極小的PCB上,從而進一步降低了成本。

與RTD類似,熱敏電阻是低成本的溫度敏感電阻器,由固體半導體材料構成,具有正或負溫度系數。熱敏電阻價格低廉,靈敏度高。它們檢測溫度的微小變化,這是RTD或熱電偶無法觀察到的。但是,熱敏電阻是高度非線性的;因此,如果不應用線性化技術,它們僅限于具有非常窄的溫度范圍的應用。電路線性化技術可以用軟件完成。

盡管功能強大的ARM7內核和高速SAR ADC,ADuC7122仍然提供低功耗解決方案。 ARM7內核運行在326.4 kHz且主ADC處于活動狀態并測量外部溫度傳感器,整個電路通常消耗7 mA。在溫度測量之間,可以關閉ADC和/或微控制器,以進一步降低功耗。

電路描述

圖1所示電路完全由USB接口供電。使用ADP3333(3.3V)低壓差線性穩壓器將USB的5 V電源調節至3.3 V. 3.3 V穩壓電源為ADuC7122提供DVDD電壓。如圖所示,ADuC7122的AVDD電源具有額外的濾波功能。濾波器也放置在線性穩壓器輸入端的USB電源上。

在此應用中使用ADuC7122的以下功能:

12位SAR ADC。

ARM7TDMI內核:功能強大的16/32位ARM7內核,集成126 kB閃存和SRAM內存,運行用戶代碼,用于配置和控制ADC,處理來自熱敏電阻傳感器的ADC轉換通過UART/USB接口控制通信。

UART:UART用作主機PC的通信接口。

兩個外部開關/按鈕(未顯示)用于強制部件進入閃光啟動模式。通過將DOWNLOAD保持為低電平并切換RESET開關,ADuC7122將進入引導模式而不是正常用戶模式。在引導模式下,可以使用USB接口通過I2CWSD工具重新編程內部閃存。

BUF_VREF:帶隙參考還通過緩沖器連接到BUF_VREF1和BUF_VREF2引腳,這些引腳可用作系統中其他電路的參考。這些引腳應連接至少0.1μF的電容,以降低噪聲。

電路中使用的熱敏電阻為4.7kΩ電阻,型號為NCP18XM472。它采用0603表面貼裝封裝。圖2電路中使用的熱敏電阻在25°C時具有以下規格:ß= 3500(ß參數描述電阻與溫度的關系)和電阻(R25)=4.7kΩ。

基于USB的溫度傳感器電路的設計

圖2:采用ADuC7122實現的簡單溫度傳感器電路。

ADuC7122的USB接口采用FT232R UART轉USB收發器實現,可轉換USB直接向UART協議發送信號。

除了圖1所示的去耦之外,USB電纜本身應該有一個鐵氧體,以增加EMI/RFI保護。該電路中使用的鐵氧體磁珠是Taiyo Yuden,BK2125HS102-T,在100 MHz時阻抗為1,000Ω。

電路必須在具有大面積接地平面的多層PC板上構建。必須使用適當的布局,接地和去耦技術來實現最佳性能。

圖2中的輸入熱敏電阻電路設計用于在0°C至90°C范圍內進行精確的溫度測量。請注意,此系統不包含溫度校準。該電路包含一個簡單的熱敏電阻電路,不包含電路線性化。如果該電路采用線性化技術,它可以在更寬的溫度范圍內工作;然而,這會降低傳感器的分辨率。

圖2中的電路設置為分壓器配置。這將允許我們使用以下公式將ADC結果D轉換為RTH(熱敏電阻)電阻的測量值:

一旦計算出熱敏電阻的電阻,就可以使用Steinhart-Hart方程確定當前的溫度傳感器。 Steinhart-Hart方程的簡化ß參數變化的傳統形式為:

基于USB的溫度傳感器電路的設計

其中:

T2 =未知溫度V1 =298Kβ=熱敏電阻@ 298K或25°C的β參數。 β= 3500 R25 =熱敏電阻@ 298K或25°C的電阻。 R25 =4.7kΩRTH=熱敏電阻的電阻@未知溫度,由上式計算得出w w w . d z i u u . c o m

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