IR連接傳感器使溫度監(jiān)控變簡(jiǎn)單

測(cè)量對(duì)地有幾十伏電位的電路元件的溫度是困難的。而且，隨著電壓的增加，此工作變得更困難。在高EMI環(huán)境中的測(cè)量溫度也是困難的。解決這些困難的一個(gè)良好方案是靠紅外（IR）信號(hào)實(shí)現(xiàn)溫度探頭到讀出測(cè)定位的連接。用最小功耗和鋰電池或其他具有長(zhǎng)擱置壽命和高能量密度的電池可簡(jiǎn)化傳感器的電源裝置。

本文描述低功率、內(nèi)部傳感器、溫度—周期轉(zhuǎn)換器（MAX6576）的特點(diǎn)。它耗電只有140_A（電源2.7V~5.5V），封裝為6引腳SOT，測(cè)量溫度范圍-40℃~125℃。它的輸出是一個(gè)方波，其周期正比于IC裸片溫度的絕對(duì)溫度（°K）。

可硬件實(shí)現(xiàn)比例因數(shù)：10，40，160，或640_s/℃。在本文的應(yīng)用中，設(shè)置最低工作頻率時(shí)的比例因數(shù)（給出最高的平均值和最低的噪聲），室溫下的有效周期為192ms（即25℃（298°K）大約為5.2HZ）。此周期大于IC的時(shí)間常數(shù)，它受器件可決定的最大溫度轉(zhuǎn)換率限制。在最高工作溫度

，信號(hào)周期為255ms；在最低溫度（-40℃），周期為149ms。

IR發(fā)射器

IR發(fā)射器電路（圖1）IC方波輸出的每個(gè)正向轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)窄的、高密度大約10 s IR脈沖。該電路是非常簡(jiǎn)單的，用74HC132四雙輸入史密特觸發(fā)器一個(gè)觸發(fā)器作為正沿差分器、剩余3個(gè)觸發(fā)器并聯(lián)在一起作為IRLED的驅(qū)動(dòng)器。IRLED是手持遙控控制單元中的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。

圖1 IR發(fā)射器，用溫度—周期轉(zhuǎn)換器（MAX6576）為每個(gè)正向轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)短的10 s IR脈沖

電路的總電源電流在接近室溫測(cè)量時(shí)小于140 A。用CR3032鋰電池（3mm×23mm）供電，IR連接傳感器可連續(xù)工作6個(gè)月。兩個(gè)并聯(lián)的CR3032可提供連續(xù)一年時(shí)間的工作電源。然而，像CR3032這樣的標(biāo)準(zhǔn)鋰電池受其60℃最高工作溫度的限制。

松下公司的聚碳一氧化物高溫電池（BR2477A，7.7mm×24.7mm）可作為傳感器和IR發(fā)射器供電一年時(shí)間，工作溫度范圍-40℃~+125℃。因?yàn)殡姵卦趥鞲衅鹘M合裝置中大于所有其他元件，所以，它是唯一確定裝置整個(gè)大小的因素。

IR接收器和信號(hào)處理器

接收器/信號(hào)處理器的目的是接收溫度傳感器IR發(fā)射器所產(chǎn)生的IR脈沖，并產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出和一個(gè)模擬輸出。數(shù)字輸出只不過是從IR信號(hào)恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯脈沖，它做為微控制器中斷是有用的。然后借助微控制器中的外設(shè)定時(shí)器和一個(gè)簡(jiǎn)單的定標(biāo)算法可以從該信號(hào)恢復(fù)原來(lái)的溫度數(shù)據(jù)。

模擬輸出是一個(gè)正比于IR信號(hào)周期的dc電壓，它由MAX6576輸出確定，也正比于絕對(duì)溫度。模擬輸出使直接溫度讀數(shù)標(biāo)定的DMM或DVM能讀出LR連接傳感處的溫度?？梢杂靡粋€(gè)全合1DVM IC（如MAX1495）建造可獨(dú)立應(yīng)用的單元，驅(qū)動(dòng)LCD顯示。

接收器/信號(hào)處理器單元由如下4個(gè)電路單元組成：放大器/濾波器，信號(hào)恢復(fù)器/定時(shí)產(chǎn)生器，線性斜波產(chǎn)生器和緩沖取樣—保持電路（圖4）。放大器/濾波器包括兩級(jí)低噪聲放大，它們的微分和積分常數(shù)對(duì)于最低噪聲是最佳的。放大器/濾波器輸入連接到IrDA鏈路和TV及其他應(yīng)用的遠(yuǎn)程控制裝置中的IR傳感器。

一個(gè)史密特觸發(fā)器單元和2個(gè)級(jí)連數(shù)字差分器執(zhí)行信號(hào)恢復(fù)和定時(shí)。圖3的示波器波形示出~1ms恢復(fù)脈沖（SIGNAL-PULSE，也是數(shù)字輸出）和由SIGNAL-PULSE觸發(fā)的兩個(gè)時(shí)序50 s脈沖（PULSE 1和PULSE 2）。

由電阻器RRAMP和自舉基準(zhǔn)電路充電電容器CRAMP提供恒流產(chǎn)生線性斜波（圖4）。由自舉基準(zhǔn)IC的同一運(yùn)放緩沖斜波。因?yàn)樾辈ㄐ甭适请娙萜鲾?shù)值和流經(jīng)電阻器電流的函數(shù)，所以，電阻器、電容器的容差和基準(zhǔn)電壓對(duì)所需的調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。用與RRAMP串聯(lián)的電位器可調(diào)節(jié)模擬溫度讀出的精度。       一個(gè)雙4：1模擬多路轉(zhuǎn)換器（MAX4618）和運(yùn)放（MAX4236）構(gòu)成一個(gè)取樣一保持（S&H）放大器。當(dāng)PULSE 1觸發(fā)時(shí)，S&H存儲(chǔ)斜波電壓值做為在PULSE 1結(jié)束時(shí)S&H電容器CSH上的電壓。然后，靠多路轉(zhuǎn)換器的適當(dāng)控制PULSE 2 復(fù)位斜波到零，此模擬輸出適用于S&A1增益緩沖器輸出。

因?yàn)榛謴?fù)輸入信號(hào)（SIGNAL-PULSE）的周期正比于遠(yuǎn)程傳感器處的溫度，所以，在第2個(gè)SIGNAL-PULSE到達(dá)時(shí)，所呈現(xiàn)的斜波電壓也是正比于溫度。由S&H電路存儲(chǔ)的電壓形成到3個(gè)有效數(shù)字的穩(wěn)定模擬輸出。強(qiáng)烈環(huán)境光照IR鏈路的范圍大約為20英尺。

增加一個(gè)晶體管為IR LED提供更大電流驅(qū)動(dòng)，可以擴(kuò)展IR鏈路的有用范圍。增大接收器增益也可以擴(kuò)展IR LED的范圍，因?yàn)樵肼暤字祵?duì)于所示元件值沒有限制。演示樣機(jī)電路示于圖2。對(duì)于定形的系統(tǒng)，應(yīng)該增加一個(gè)具有信號(hào)損耗指示器的信號(hào)監(jiān)控器。用一個(gè)單IC（用PULSE 1驅(qū)動(dòng) 看門狗定時(shí)器）可以實(shí)現(xiàn)這種功能。

圖2 IR接收器把接收自發(fā)射電路（圖1）的IR脈沖轉(zhuǎn)換為正比于溫度的模擬輸出（IR傳感器是二極管器件）

圖3 從IR發(fā)射恢復(fù)的每個(gè)SIGNAL-PULSE產(chǎn)生兩個(gè)脈沖（如圖所示）用于控制輸出取樣—保持電路

圖4 來(lái)自發(fā)射器（圖1）的IR脈沖產(chǎn)生一個(gè)線性斜波，對(duì)取樣—保持電容器進(jìn)行充電