紅外鏈路溫度傳感器允許隔離溫度傳感器

描述了通過IR鏈路傳輸溫度數(shù)據(jù)的電路，從而允許隔離溫度傳感器。該電路由一個紅外發(fā)射器、一個紅外接收器和一個溫度傳感器組成。

從距離地面幾十伏的電位點獲取溫度讀數(shù)的問題很困難，并且隨著電壓差的增加，它變得更加困難。高EMI環(huán)境也是如此。對于這些情況，僅通過紅外連接連接到讀出點的溫度探頭可能是一個很好的解決方案。通過最小化功耗的設計以及使用長保質期、高能量密度電池（鋰原電池），可以簡化為這種傳感器供電的問題。

紅外連接傳感器/變送器

MAX6576為低功耗（140μA）、內部傳感器、溫度-周期轉換器IC。該器件采用 6 引腳 SOT 封裝，可讀取 -40°C 至 +125°C 的溫度，采用 2.7V 至 5.5V 電源供電。其輸出是一個方波，其周期與IC芯片溫度的絕對溫度（K）成正比。比例因子可以設置為（硬連線）10、40、160 或 640ms/K （1K = -273.15°C）。在此應用中，它被設置為最低工作頻率（最高平均，最低噪聲），因此在室溫（+25°C = 298K）下的周期為192ms（約5.2Hz）。該周期比MAX6576本身的時間常數(shù)快，后者是單元可以檢測的最大溫度壓擺率。在+125°C（最高工作溫度）時，信號周期為255ms;在-40°C（最小值）時，為149ms。

MAX6576方波輸出的每個正向轉換都會觸發(fā)圖1所示的IR發(fā)送器電路產(chǎn)生短（約10μs）高強度IR脈沖。電路非常簡單：74HC132四通道雙輸入施密特觸發(fā)IC的四分之一用作正邊沿差分器，其余三個柵極并聯(lián)并用作IR LED驅動器。紅外 LED 是標準類型，用于手持式遙控單元。在接近室溫的情況下測量時，原型單元中測量的總功耗小于140μA。

圖1.溫度傳感器紅外鏈路變送器。

紅外連接傳感器由CR3032鋰電池（厚3毫米，直徑23毫米）供電，能夠連續(xù)運行六個月。兩臺并聯(lián)的CR3032將運行一整年。CR3032等標準鋰原電池的極限是+60°C最高工作溫度。BR2477A（松下?聚一氟化碳鋰高溫型，厚7.7mm，直徑24.7mm）可以為傳感器和紅外發(fā)射器供電一年，工作溫度范圍為-40°C至+ 125°C。 傳感器單元的最大組件是電池，它實際上單獨定義了整體尺寸，因為它比所有其他組件的總和還要大。

紅外接收器/信號處理器

接收器/信號處理器的目的是接收溫度傳感器產(chǎn)生的紅外光脈沖，并將其轉換為兩種類型的輸出：數(shù)字和模擬。

數(shù)字輸出只是從紅外信號中恢復的標準邏輯脈沖。該脈沖可用作微控制器（μC）的中斷。然后可以使用一個μC外設定時器和簡單的縮放算法恢復原始溫度數(shù)據(jù)。

模擬輸出為與IR信號周期成比例的直流電壓（由MAX6576輸出決定，與絕對溫度成比例）。該輸出允許數(shù)字萬用表或DVM讀取放置紅外連接傳感器的點的溫度，電壓值顯示直接溫度讀數(shù)。像MAX1495這樣具有LCD顯示驅動功能的一體化DVM IC也可用于構建獨立單元。

接收器/信號處理器單元由四個電路模塊組成：放大器/濾波器、信號恢復/定時發(fā)生器、線性斜坡發(fā)生器和緩沖采樣保持器。圖2的原理圖顯示了完整的電路。

圖2.溫度傳感器IR鏈路接收器具有MAX4475、MAX4236、MAX6037和MAX4618。

放大器/濾波器由兩級低噪聲放大組成，差分和積分常數(shù)經(jīng)過優(yōu)化，可實現(xiàn)最小噪聲。放大器/濾波器輸入連接到 IrDA? 鏈路或電視或其他電器遠程控制單元中使用的紅外傳感器。

一個施密特觸發(fā)單觸發(fā)IC和兩個級聯(lián)數(shù)字微分器執(zhí)行信號恢復和定時。在圖3中，示波器照片顯示了接近1ms的恢復脈沖（SIGNAL_PULSE），這也是數(shù)字輸出，以及SIGNAL_PULSE產(chǎn)生的兩個連續(xù)50μs脈沖（PULSE1和PULSE2）。

圖3.1ms恢復脈沖（SIGNAL_PULSE）和兩個連續(xù)50μs脈沖（脈沖1和脈沖2）。

線性斜坡由恒定電流（由電阻R提供）產(chǎn)生坡道和一個自舉參考電路），為電容器 C 充電坡道.斜坡由與基準電壓源IC自舉相同的運算放大器緩沖。斜坡斜率是流經(jīng)電阻和電容的電流的函數(shù)。因此，電阻器、電容器和基準電壓的容差要求使用與電阻R串聯(lián)的調整坡道以調整模擬溫度讀數(shù)的精度。圖4顯示了線性斜坡和恢復SIGNAL_PULSE。

圖4.線性斜坡和恢復SIGNAL_PULSE。

利用MAX4618模擬開關，PULSE1激活采樣保持（S&H）。S&H 記憶 S&H 電容器中的斜坡電壓值 （C.SH），緊接在 PULSE1 結束后。PULSE2在PULSE1結束后，驅動相同的MAX4618將斜坡復位至零。然后，模擬輸出在S&H運算放大器單位增益緩沖器的輸出端可用。由于恢復的輸入信號（SIGNAL_PULSE）的周期與遠程傳感器所在點的溫度成正比，因此第二個SIGNAL_PULSE到達時的斜坡電壓也與溫度成正比。S&H電路存儲此電壓，這也是穩(wěn)定到三個有效位數(shù)的模擬輸出。

紅外鏈路的范圍約為 20 英尺，具有完整的環(huán)境照明。增加一個晶體管來驅動電流增加的紅外LED可以擴展有用范圍。增加接收器的增益也可以擴展范圍，因為本底噪聲不是當前值的限制。

結論

所展示的單元是作為演示原型建造的。如果用作更永久的系統(tǒng)，則需要添加帶有信號丟失指示器的信號監(jiān)視器。單個IC（由PULSE1驅動的看門狗定時器）可以實現(xiàn)此功能。

審核編輯:郭婷