D-007 温度采集电路设计
温度采集硬件电路设计
- 1 简介
- 2 半载温度检测方案
- 3 外置温度检测方案
- 3.1 NTC电阻检测方案
- 3.1.1 简介
- 3.1.２电路设计
- 3.2 DS18B20温度检测方案
- 3.２.1 简介
- 3.２.２ DS18B20的特点
- 3.２.３电路设计
- 3.２.４温度读取
1 简介
目前温度检测方案比较多，对于医疗领域使用的检测方案，主要可以分为半载温度检测和外置温度检测方案。板载的温度检测方案较多，常见的有TMP102AIDRLT 等；外置温度检测方案常见的有常用的主要有两种检测方案：NTC温度检测方案、DS18B20温度检测方案。
2 半载温度检测方案
板载温度检测方案主要的功能是用于检测板载附近的温度或者板载的温度，常用的检测方案如下：
| 检测方案 | 电路设计 |
|---|---|
| TMP102AIDRLT |
|
| SE97B |
|
| 芯片手册： |
- TMP102AIDRLT
- SE97B
3 外置温度检测方案
3.1 NTC电阻检测方案
3.1.1 简介
NTC 是热敏电阻，其电阻值对温度变化敏感，在不同的温度下，可以呈现不同的电阻值。热敏电阻主要可以划分微两类，其主要区别如下：
| 热敏电阻类型 | 描述 |
|---|---|
| 负温度系数电阻（NTC） | 温度增加时，电阻值降低 |
| 正温度系数电阻（PTC） | 温度增加时，电阻值增加 |
3.1.２电路设计
R1 为 1%精度的电阻，R2 为 NTC，0.1uF 的电容 C1 除了可以滤除从电源引入或者从电路板感应来的高频干扰信号，另外当 ADC 有多路 AD 输入在转换时，MCU 的 AD 模块需要通过模拟开关切换不同的通道，再进行采样转换，电容 C1 可以在 ADC 切换通道之后，迅速向采样电容充电，从而可以提到转换速度，避免因采样时间太短而导致测量不准确。
R1 上拉的电源应该和 MCU 的 ADC 的参考电源共用一个电源（在一般的设计中，MCU 的供电电源和 ADC 的参考电源共用一个电源）。
这是因为：输入 ADC 的 AD 值为（假设为 12 位的 ADC）：
AD 值计算公式
如果上拉的电源 ADC 的参考电源共用一个电源，可以得到和上位电源无关的一个公式：
AD 值计算公式
所以可以消除电源精度对测试的影响，同时减少了计算的复杂性。
3.2 DS18B20温度检测方案
3.２.1 简介
DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12 位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms 和750 ms 内完成9 位和12 位的数字量，并且从DS18B20 读出的信息或写入DS18B20 的信息仅需要一根口线（单线接口） 读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换给用户时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820 有了很大的改进，带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
3.２.２ DS18B20的特点
1、适应电压范围更宽， 电压范围： 3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电
2、 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。
3、 DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
4、 DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃
6、可编程的分辨率为 9～12 位，对应的可分辨温度分别为 0.5℃、
0.25℃、 0.125℃和 0.0625℃，可实现高精度测温。
7、在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。
8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一根总线"串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。
3.２.３电路设计
温度检测采用的三总线的检测方案，可以使用５Ｖ或者３．３Ｖ供电，具体的电路如下：
3.２.４温度读取
初始化
- 先将数据线置高电平“1”。
- 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
- 数据线拉到低电平“0”。
- 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）
- 数据线拉到高电平“1”。
- 延时等待（如果初始化成功则在15到60微妙时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。
- 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。
- 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。
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