溫度傳感器TMP275在家庭環(huán)境監控中的應用

　　近年來(lái)隨著(zhù)各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的日趨成熟．家庭環(huán)境監控系統得到了越來(lái)越廣泛的應用。在家庭環(huán)境監控系統中，各個(gè)節點(diǎn)置于家庭中的不同位置，實(shí)時(shí)監測各點(diǎn)的狀況，并及時(shí)上傳到監控中心。節點(diǎn)的關(guān)鍵部件包括傳感器，在家庭環(huán)境監控系統中大量使用了溫度傳感器。

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

　　1 TMP275簡(jiǎn)介

　　TMP275是TI公司于2006年推出的一款低功耗數字輸出溫度傳感器。其精確度達±0.5℃，適用于環(huán)境、通信、計算機、消費類(lèi)、工業(yè)以及儀表應用等多個(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(cháng)電池使用壽命并最小化自加熱(self-heating)。在-20℃～+100℃范圍內，TMP275的精確度為±0.5℃(最大值)。其雙線(xiàn)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)機電流模式、整個(gè)溫度范圍內出色的穩定性，以及-40℃～+125℃的廣泛工作溫度范圍。另外，該器件還允許多達8個(gè)不同地址，以實(shí)現接口總線(xiàn)設計的高靈活性。TMP275的引腳排列如圖1所示。

　　2 TMP275硬件設計

　　TMP275的兩線(xiàn)串行接口(引腳SCL、SDA)與I2C總線(xiàn)接口兼容，可以直接與其相連，從而大大降低了設計難度。當測量溫度超過(guò)用戶(hù)設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(guò)配置寄存器來(lái)實(shí)現)。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)現和工作方式主要由內部的5個(gè)寄存器來(lái)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的內部寄存器結構如圖3所示。

　　TMP275的工作方式主要通過(guò)配置寄存器來(lái)實(shí)現。配置寄存器的數據格式如下：

　　各數據位的具體說(shuō)明如下：

　　SD 設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(guò)POL的設置，可以使控制器和ALERT輸出極性一致。

　　F1／F0 錯誤隊列配置位。只有溫度連續超限n次后，報警才會(huì )輸出。參數n由F1和F0來(lái)設置，設置錯誤隊列的目的是防止環(huán)境噪聲對報警輸出的影響。具體配置參數如表1所列。

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

　　OS 在關(guān)斷模式下，向該位寫(xiě)1，可以開(kāi)啟一次溫度轉換；在溫度比較模式下，該數據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，當所采集的溫度在上下限溫度之外時(shí)，TMP275會(huì )依據配置寄存器中的TM狀態(tài)來(lái)決定器件是工作在比較模式還是中斷模式。當器件工作在比較模式，且所采集的溫度連續n次(參數n為由F0、F1決定的連續錯誤數)等于或大于THIGH時(shí)，比較器激活ALERT告警輸出，提醒主機當前工作溫度不正常；只有當溫度連續n次低于TLOW時(shí)，ALERT信號才恢復正常。正常工作時(shí)，默認方式為比較模式。當器件工作在中斷模式，且所采集的溫度連續n次在上下限溫度之外時(shí)，比較器都會(huì )激活ALERT報警輸出；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(huì )恢復正常，此種模式下可以進(jìn)行系統的耐溫測試。

　　另外，器件還有節能的關(guān)斷模式。如果選擇該模式，當前的溫度轉換結束后，器件會(huì )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(xiě)1，才可以開(kāi)啟下一次溫度轉換。該模式由配置寄存器的SD數據位來(lái)設定。

　　4.2 串行接口

　　TMP275的兩線(xiàn)數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)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A(yíng)0、A1、A2的低3位決定。