溫度傳感器TMP275在家庭環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用

　　近年來隨著各種無線通信技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的日趨成熟．家庭環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在家庭環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)置于家庭中的不同位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測各點(diǎn)的狀況，并及時(shí)上傳到監(jiān)控中心。節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵部件包括傳感器，在家庭環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中大量使用了溫度傳感器。

　　借助于溫度傳感器，家庭環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)測家庭環(huán)境、家用電器和某特殊點(diǎn)的溫度，然后基于測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的控制，從而達(dá)到節(jié)省能源、保障安全和改善人們起居條件的目的。本文以數(shù)字式溫度傳感器TMP275為例，介紹溫度傳感器在家庭環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用。

　　1 TMP275簡介

　　TMP275是TI公司于2006年推出的一款低功耗數(shù)字輸出溫度傳感器。其精確度達(dá)±0.5℃，適用于環(huán)境、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類、工業(yè)以及儀表應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域的溫度測量。

　　TMP275的高度精確性可使散熱與電源管理更加高效，而其低功耗能夠延長電池使用壽命并最小化自加熱(self-heating)。在-20℃～+100℃范圍內(nèi)，TMP275的精確度為±0.5℃(最大值)。其雙線串行接口與I2C相兼容。芯片采用小巧的8引腳MSOP封裝。該器件的其他特性包括：50μA低電流、9至12位可編程分辨率、0.1μA關(guān)機(jī)電流模式、整個(gè)溫度范圍內(nèi)出色的穩(wěn)定性，以及-40℃～+125℃的廣泛工作溫度范圍。另外，該器件還允許多達(dá)8個(gè)不同地址，以實(shí)現(xiàn)接口總線設(shè)計(jì)的高靈活性。TMP275的引腳排列如圖1所示。

　　2 TMP275硬件設(shè)計(jì)

　　TMP275的兩線串行接口(引腳SCL、SDA)與I2C總線接口兼容，可以直接與其相連，從而大大降低了設(shè)計(jì)難度。當(dāng)測量溫度超過用戶設(shè)定的最高溫度或低于最低溫度時(shí)，引腳ALERT輸出高電平或低電平(可以通過配置寄存器來實(shí)現(xiàn))。上述3個(gè)引腳在實(shí)際連接中需要上拉電阻。引腳A0、A1、A2可以接地或高電平，用于決定芯片的器什地址(有8個(gè))。TMP275的外圍電路原理圖如圖2所示。

　　3 TMP275的基本原理

　　TMP275的功能實(shí)現(xiàn)和工作方式主要由內(nèi)部的5個(gè)寄存器來確定，分別是：指針寄存器(pointer register)、溫度寄存器(temperature register)、配置寄存器(configura-tion register)、上限溫度寄存器(THIGH register)和下限溫度寄存器(TLOW register)。TMP275的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　TMP275的工作方式主要通過配置寄存器來實(shí)現(xiàn)。配置寄存器的數(shù)據(jù)格式如下：

　　各數(shù)據(jù)位的具體說明如下：

　　SD 設(shè)置器件是否工作在關(guān)斷模式。SD為1時(shí)為關(guān)斷模式，SD為0時(shí)為正常模式(包括比較模式和中斷模式)。

　　TM 設(shè)置器件工作在比較模式還是中斷模式。TM為1時(shí)工作在中斷模式，TM為0時(shí)工作在比較模式。

　　POL ALERT極性位。通過POL的設(shè)置，可以使控制器和ALERT輸出極性一致。

　　F1／F0 錯(cuò)誤隊(duì)列配置位。只有溫度連續(xù)超限n次后，報(bào)警才會輸出。參數(shù)n由F1和F0來設(shè)置，設(shè)置錯(cuò)誤隊(duì)列的目的是防止環(huán)境噪聲對報(bào)警輸出的影響。具體配置參數(shù)如表1所列。

　　R1／R0 溫度傳感器分辨率配置位。通過對其配置，可以控制溫度傳感器的轉(zhuǎn)換分辨率，同時(shí)也可以控制時(shí)間；分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。具體配置參數(shù)如表2所列。

　　OS 在關(guān)斷模式下，向該位寫1，可以開啟一次溫度轉(zhuǎn)換；在溫度比較模式下，該數(shù)據(jù)位可以提供比較模式的狀態(tài)。

　　4 TMP275的工作方式與串行接口

　　4.1 工作方式

　　正常工作方式下，當(dāng)所采集的溫度在上下限溫度之外時(shí)，TMP275會依據(jù)配置寄存器中的TM狀態(tài)來決定器件是工作在比較模式還是中斷模式。當(dāng)器件工作在比較模式，且所采集的溫度連續(xù)n次(參數(shù)n為由F0、F1決定的連續(xù)錯(cuò)誤數(shù))等于或大于THIGH時(shí)，比較器激活A(yù)LERT告警輸出，提醒主機(jī)當(dāng)前工作溫度不正常；只有當(dāng)溫度連續(xù)n次低于TLOW時(shí)，ALERT信號才恢復(fù)正常。正常工作時(shí)，默認(rèn)方式為比較模式。當(dāng)器件工作在中斷模式，且所采集的溫度連續(xù)n次在上下限溫度之外時(shí)，比較器都會激活A(yù)LERT報(bào)警輸出；只有在對寄存器進(jìn)行操作或者器件在關(guān)斷模式下時(shí)，ALERT信號才會恢復(fù)正常，此種模式下可以進(jìn)行系統(tǒng)的耐溫測試。

　　另外，器件還有節(jié)能的關(guān)斷模式。如果選擇該模式，當(dāng)前的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，器件會自動(dòng)關(guān)斷，此時(shí)電流消耗只有1μA。只有向配置寄存器的OS位寫1，才可以開啟下一次溫度轉(zhuǎn)換。該模式由配置寄存器的SD數(shù)據(jù)位來設(shè)定。

　　4.2 串行接口

　　TMP275的兩線數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL兼容I2C協(xié)議，而且只能作為從器件。它支持快速模式(1～400kHz)和高速模式(1 kHz～3.4 MHz)。該器件的地址是由固定的高4位1001以及受控于A0、A1、A2的低3位決定。