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基于USB的温度传感器电路的设计

时间:2019-02-19 08:39:14来源: 作者:电子爱好者 点击:
使用模拟MCU,LDO,外部热敏电阻和一些分立器件,您可以构建高精度的温度传感应用。图1中的电路显示了Analog DevicesADuC7122精密模拟微控制器的工作原理可用于精确的热敏电

使用模拟MCULDO,外部热敏电阻和一些分立器件,您可以构建高精度的温度传感应用。

图1中的电路显示了Analog DevicesADuC7122精密模拟微控制器的工作原理可用于精确的热敏电阻温度监测应用。 ADuC7122集成了多通道12位SAR ADC,12个12位DAC,1.2 V内部基准电压源,以及ARM7内核,126 kB闪存,8 kB SRAM以及各种数字外设,如UART定时器,SPI ,以及两个I2C接口。 ADuC7122连接到4.7kΩ热敏电阻。

基于USB的温度传感器电路的设计

图1:ADuC7122用作温度监控器,与热敏电阻连接(简化原理图,所有连接均未由于ADuC7122(7 mm×7 mm,108球BGA封装)的小外形尺寸,整个电路可以安装在极小的PCB上,从而进一步降低了成本。

与RTD类似,热敏电阻是低成本的温度敏感电阻器,由固体半导体材料构成,具有正或负温度系数。热敏电阻价格低廉,灵敏度高。它们检测温度的微小变化,这是RTD或热电偶无法观察到的。但是,热敏电阻是高度非线性的;因此,如果不应用线性化技术,它们仅限于具有非常窄的温度范围的应用。电路线性化技术可以用软件完成。

尽管功能强大的ARM7内核和高速SAR ADC,ADuC7122仍然提供低功耗解决方案。 ARM7内核运行在326.4 kHz且主ADC处于活动状态并测量外部温度传感器,整个电路通常消耗7 mA。在温度测量之间,可以关闭ADC和/或微控制器,以进一步降低功耗。

电路描述

图1所示电路完全由USB接口供电。使用ADP3333(3.3V)低压差线性稳压器将USB的5 V电源调节至3.3 V. 3.3 V稳压电源为ADuC7122提供DVDD电压。如图所示,ADuC7122的AVDD电源具有额外的滤波功能。滤波器也放置在线性稳压器输入端的USB电源上。

在此应用中使用ADuC7122的以下功能:

12位SAR ADC。

ARM7TDMI内核:功能强大的16/32位ARM7内核,集成126 kB闪存和SRAM内存,运行用户代码,用于配置和控制ADC,处理来自热敏电阻传感器的ADC转换通过UART/USB接口控制通信。

UART:UART用作主机PC的通信接口。

两个外部开关/按钮(未显示)用于强制部件进入闪光启动模式。通过将DOWNLOAD保持为低电平并切换RESET开关,ADuC7122将进入引导模式而不是正常用户模式。在引导模式下,可以使用USB接口通过I2CWSD工具重新编程内部闪存。

BUF_VREF:带隙参考还通过缓冲器连接到BUF_VREF1和BUF_VREF2引脚,这些引脚可用作系统中其他电路的参考。这些引脚应连接至少0.1μF的电容,以降低噪声。

电路中使用的热敏电阻为4.7kΩ电阻,型号为NCP18XM472。它采用0603表面贴装封装。图2电路中使用的热敏电阻在25°C时具有以下规格:ß= 3500(ß参数描述电阻与温度的关系)和电阻(R25)=4.7kΩ。

基于USB的温度传感器电路的设计

图2:采用ADuC7122实现的简单温度传感器电路。

ADuC7122的USB接口采用FT232R UART转USB收发器实现,可转换USB直接向UART协议发送信号。

除了图1所示的去耦之外,USB电缆本身应该有一个铁氧体,以增加EMI/RFI保护。该电路中使用的铁氧体磁珠是Taiyo Yuden,BK2125HS102-T,在100 MHz时阻抗为1,000Ω。

电路必须在具有大面积接地平面的多层PC板上构建。必须使用适当的布局,接地和去耦技术来实现最佳性能。

图2中的输入热敏电阻电路设计用于在0°C至90°C范围内进行精确的温度测量。请注意,此系统不包含温度校准。该电路包含一个简单的热敏电阻电路,不包含电路线性化。如果该电路采用线性化技术,它可以在更宽的温度范围内工作;然而,这会降低传感器的分辨率。

图2中的电路设置为分压器配置。这将允许我们使用以下公式将ADC结果D转换为RTH(热敏电阻)电阻的测量值:

一旦计算出热敏电阻的电阻,就可以使用Steinhart-Hart方程确定当前的温度传感器。 Steinhart-Hart方程的简化ß参数变化的传统形式为:

基于USB的温度传感器电路的设计

其中:

T2 =未知温度V1 =298Kβ=热敏电阻@ 298K或25°C的β参数。 β= 3500 R25 =热敏电阻@ 298K或25°C的电阻。 R25 =4.7kΩRTH=热敏电阻的电阻@未知温度,由上式计算得出www.l5k1i.com

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