IR連接傳感器使溫度監(jiān)控變簡單

測量對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)境中的測量溫度也是困難的。解決這些困難的一個良好方案是靠紅外（IR）信號實現(xiàn)溫度探頭到讀出測定位的連接。用最小功耗和鋰電池或其他具有長擱置壽命和高能量密度的電池可簡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。它耗電只有140_A（電源2.7V~5.5V），封裝為6引腳SOT，測量溫度范圍-40℃~125℃。它的輸出是一個方波，其周期正比于IC裸片溫度的絕對溫度（°K）。
    可硬件實現(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方波輸出的每個正向轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個窄的、高密度大約10 s IR脈沖。該電路是非常簡單的，用74HC132四雙輸入史密特觸發(fā)器一個觸發(fā)器作為正沿差分器、剩余3個觸發(fā)器并聯(lián)在一起作為IRLED的驅(qū)動器。IRLED是手持遙控控制單元中的標(biāo)準(zhǔn)型號。

    電路的總電源電流在接近室溫測量時小于140 A。用CR3032鋰電池（3mm×23mm）供電，IR連接傳感器可連續(xù)工作6個月。兩個并聯(lián)的CR3032可提供連續(xù)一年時間的工作電源。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)射器供電一年時間，工作溫度范圍-40℃~+125℃。因為電池在傳感器組合裝置中大于所有其他元件，所以，它是唯一確定裝置整個大小的因素。
IR接收器和信號處理器
    接收器/信號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)生一個數(shù)字輸出和一個模擬輸出。數(shù)字輸出只不過是從IR信號恢復(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)定時器和一個簡單的定標(biāo)算法可以從該信號恢復(fù)原來的溫度數(shù)據(jù)。

    模擬輸出是一個正比于IR信號周期的dc電壓，它由MAX6576輸出確定，也正比于絕對溫度。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€全合1DVM IC（如MAX1495）建造可獨立應(yīng)用的單元，驅(qū)動LCD顯示。

    接收器/信號處理器單元由如下4個電路單元組成：放大器/濾波器，信號恢復(fù)器/定時產(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/濾波器包括兩級低噪聲放大，它們的微分和積分常數(shù)對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。
    一個史密特觸發(fā)器單元和2個級連數(shù)字差分器執(zhí)行信號恢復(fù)和定時。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)的兩個時序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的同一運放緩沖斜波。因為斜波斜率是電容器數(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。
    一個雙4：1模擬多路轉(zhuǎn)換器（MAX4618）和運放（MAX4236）構(gòu)成一個取樣一保持（S&H）放大器。當(dāng)PULSE 1觸發(fā)時，S&H存儲斜波電壓值做為在PULSE 1結(jié)束時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。
    因為恢復(fù)輸入信號（SIGNAL-PULSE）的周期正比于遠(yuǎn)程傳感器處的溫度，所以，在第2個SIGNAL-PULSE到達(dá)時，所呈現(xiàn)的斜波電壓也是正比于溫度。由S&H電路存儲的電壓形成到3個有效數(shù)字的穩(wěn)定模擬輸出。強烈環(huán)境光照IR鏈路的范圍大約為20英尺。
    增加一個晶體管為IR LED提供更大電流驅(qū)動，可以擴展IR鏈路的有用范圍。增大接收器增益也可以擴展IR LED的范圍，因為噪聲底值對于所示元件值沒有限制。演示樣機電路示于圖2。對于定形的系統(tǒng)，應(yīng)該增加一個具有信號損耗指示器的信號監(jiān)控器。用一個單IC（用PULSE 1驅(qū)動看門狗定時器）可以實現(xiàn)這種功能。（彭京湘）
圖1 IR發(fā)射器，用溫度—周期轉(zhuǎn)換器（MAX6576）為每個正向轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個短的10 s IR脈沖
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SIGNAL-PULSE產(chǎn)生兩個脈沖（如圖所示）用于控制輸出取樣—保持電路
圖4 來自發(fā)射器（圖1）的IR脈沖產(chǎn)生一個線性斜波，對取樣—保持電容器進(jìn)行充電