數字式溫度傳感器(簡稱SWC),又稱集成數字脈沖式感溫探頭,是一種新型的三端溫度變送器件。該器件采用集成模塊化設計,可以直接將被測溫度信號轉化為數字脈沖信號輸出,具有傳輸距離遠,抗干擾能力強,轉換精度高等優點。它可以方便地與51系列單片機接口,而省去A/D轉換集成電路,降低成本,提高可靠性,縮小體積,可廣泛應用于軍事、醫藥衛生、食品及自動化測控系統中。
SWC三條引腳的名稱分別為控制線(K)、信號線(S)、公共線(G)。其K端實際上也是電源線,其工作方式為加電啟動或寬脈沖觸發式。當對其控制線加電(或寬脈沖)觸發時,經復位時間TQ之后信號線上便輸出一串脈沖。該串脈沖的個數即表示被測溫度的數字量(見圖1)。
這里需要說明一點,輸出脈沖個數的多少不取決于加電脈沖的寬度,而取決于SWC內部正比于溫度的參考電壓的大小,即取決于溫度的高低。利用SWC這種特點,可以方便地與單片機配接。方案有兩種,下面分別予以介紹。
1.外加電方式
第一種方案為外加電方式,即控制線K上所加寬脈沖為一外接振蕩器,由振蕩器的脈寬控制SWC啟動,如圖3-99所示。SWC傳感器出廠均嚴格約定每個脈沖為0.1℃的增量,而脈沖頻率為15 kHz左右。8031單片機的P3,4/TO、P3.5/Ti引腳為計數器時,對外部事件的最高計數速度為fosc/24。若機器晶振為6 MHz,6 MHz/24>15 kHz,則計15 kHz左右的脈沖是沒有問題的。15 kHz脈沖的周期為0.067 ms,SWC傳感器的測量上限若為150℃,則須計1500個脈沖,大約100 ms。即在控制線K端加電的脈寬應大于100 ms.否則會引起誤差。重復對SWC進行加電啟動,可實現對被測溫度的連續采樣。
若以P3.4/TO為計數輸入端,則必須將8031特殊功能寄存器TMOD中的D3位,即門控制位GATE置為1,并將D2位C/INTo位置為1,則只有當定時器運行控制位TRo =1,且INTo引腳為高電平時,才啟動To計數器計數。這種情況下,只要INTo為高電平,計數便開始;INTo為低電平,停止計數。T0計數受控于INTo的高低電平。利用這一特點,讓SWC的控制線K與INTo相連,只要INTo變為高電平,一方面給SWC加電,其輸出15 kHz的脈沖;另一方面使8031計數器To開放,開始計數。計數脈沖的多少,就是溫度的數字量。
圖2中,IC1為施密特觸發器。它和電容C、電位器Wl、W2一起構成占空比和頻率均可調的多諧振蕩器。Wl、W2可設定脈沖占空比;振蕩器輸出寬脈沖驅動三極管2SC9013給SWC控制線加電,每加一次電即采樣一次;SWC傳感器的信號線S經兩級施密特觸發器整形后,送至8031的P3.4/TO端計數。
在大型冷庫、化工自動化等工程中,往往需要進行多點的溫度巡檢,那么可以按圖3線路設計。圖3中CD4028是CMOS的BCD碼/十進制譯碼器;CD4067是CMOS十六選一模擬開關;74LS273是八D鎖存器,可以將不同的二進制數在11腳為高電平時鎖存在該器件中。這樣將可利用不同的二進制數依次只能選通某個通道。該電路將CMOS邏輯電平控制和多路模擬開關控制相結合,最大限度地組合利用器件的通道容量,從而可以用八位二進制碼來完成最多可達160路SWC測溫電路的通斷控制,可以方便地實現計算機巡檢,以便進行多點溫度控制。
2.軟件實現方式
第二種方案,是利用軟件實現一個脈寬大于100 ms的方法,來代替第一種方案中的外加多諧振蕩器,而其他接口電路與第一種方案一樣,這里不再重復。
若在Pl.0引腳上輸出上述方法的信號,假定系統時鐘頻率為6 MHz,選用定時器To,且使其工作在方式1,則有定時初值
轉化為二進制數:X= 00llll0010110000,十六進制數為X=3CB0H,故定時器To的初值為BOH(TL)和3CH(TH)。定時器初始化和中斷服務程序清單如下:
這種方法以在P1.0。口輸出定時方波來給SWC不斷加電實現連續采樣,使接口電路極為簡單、方便。且SWC輸出脈沖的傳輸距離一般可達500 m以上,轉換速度低于3 ms,誤差不大于0.3℃,使得這種傳感器應用非常廣泛,且與數字化儀器儀表配套連接。
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