溫度顯示器的工作原理及制作方法

該顯示器采用集成溫度傳感器LM35DZ來做測溫探頭，選用低功耗ICL7136作A/D轉(zhuǎn)換和液晶驅(qū)動，用市面上易購置的液晶塊來做顯示，使用玩具上的電池板改裝后作電源，這樣使得整個制作過程簡單，成本低廉，實現(xiàn)了綠色環(huán)保制造，倡導了低碳生活理念。

該顯示器使用范圍廣，除了可用在平常需要測試溫度的場所外，還特別適合在有陽光而無電源的地方以及防爆要求比較嚴格的場所，如野外蔬菜大棚、海洋養(yǎng)魚場、煙葉天然發(fā)酵庫、野外彈藥庫等。

一、系統(tǒng)電路及工作原理

1．系統(tǒng)電路

下圖為溫度顯示器的工作原理圖，圖上面主要為測溫電路和顯示電路。

2．工作原理

測溫部分采用LM35DZ來感應溫度，因其輸出電壓值與攝氏溫度成線性正比關系，可直接將此電壓送到ICL7136進行A/D轉(zhuǎn)換，再由7136驅(qū)動LCD顯示出實時溫度值。

系統(tǒng)選用了多個低功耗器件、采用比較簡潔電路、并使用光控開關技術，在黑暗中停止對系統(tǒng)繼續(xù)供電，保證顯示器在很低功耗下工作，節(jié)省了能源，而且使用太陽能電池供電，充分利用了新型可再生能源。

3．測溫原理分析

精密集成溫度傳感器LM35DZ是一個三端器件，輸出電壓與攝氏溫標成線性，比例系數(shù)為+10.0mV/℃，即當溫度為25℃時，輸出電壓為+250mV：當溫度為OoC時，輸出電壓為0.0mV。

這樣可以直接將它的2腳通過R4連接到正信號輸入端IN+。

用可調(diào)RP1作基準電壓的分壓電路，期中RP1宜采用精密多圈電位器，調(diào)整它使基準電壓Uref+=l.00V。實際電路中將IN-端、Uref-端與COM端短接。

對于ICL7136的使用，在這里不做過多的講解，它的用法和大家熟悉的ICL7107、ICL7106基本相同。

二、系統(tǒng)低功耗與節(jié)能分析

下面談談怎樣通過降低功耗來達到節(jié)能效果的。

1．選用低功耗器件

通過選用一些自身功耗低的元器件，來降低整個系統(tǒng)的功耗。

單片三位半A/D轉(zhuǎn)換器選用ICL7136，是美國InterSIL公司生產(chǎn)，是目前應用較廣泛、功耗較低的一種單片三位半A/D轉(zhuǎn)換器。電壓范圍較寬：6.8～15V，典型工作電流為60μA左右，自身功耗小于1mV，僅僅相當于ICL7106的1/20不到，用一節(jié)9V萬用表電池可正常工作3000小時以上。

溫度檢測選用LM35DZ，是由國半公司所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系。在常溫下，不需要額外的校準處理即可達到±1/4℃的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，在單電源模式下工作電流約為50μA，工作電壓較寬，可在3.8～20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作，非常省電。

2．簡化電路、改進電路降低功耗

盡量簡化電路和對一些不太合理的電路進行優(yōu)化改進，以達到降耗的目的。

低壓檢測和小數(shù)點顯示電路如圖1所示，傳統(tǒng)的電路一般采用一片CD4070型四異或門集成電路搭建而成，在這里充分發(fā)揮ICL7136自身功能，以及利用電容充、放電的特性，用盡量少的器件實現(xiàn)了小數(shù)點的顯示和低電壓的檢測與提示。通過簡化和改進老式電路，來降低功耗。

ICL7136的時鐘振蕩器由內(nèi)部反相器F1、F2以及外部阻容元件R0、C0組成。通過增大RO、CO的值，使fo大約降為20kHz，降低了ICL7136工作頻率，使測量頻率也減小，基本保證測量速率為1次/秒左右，這樣既不影響測試速度，也不妨礙人們對溫度的實時觀察。通過這種降低工作頻率來達到降耗、節(jié)能的目的。

另外，有很多情況是可讓儀器睡眠，不必工作的。例如，晚上人們都休息了，沒有人關心溫度，這時候顯示器工作純粹是浪費。為了節(jié)能，設計了一個光控開關電路，白天只要有些亮光，光敏電阻RP2就變的較小，有較高電壓加載在三極管9013的基極，可使它飽和導通，相當于電源開關被合上，顯示器就能正常工作；到了晚上一片漆黑時，光敏電阻阻值變的很大，9013進入截止狀態(tài)，電源開關斷開，整個系統(tǒng)幾乎無電流，處于休眠狀態(tài)。這樣也可以大大節(jié)約能源，起到很好的降耗功效。在由白天進入黑暗的過程中，三極管9013由飽和到截止有個短暫的過渡階段，此階段電源供給ICL7136電壓不足，這時會在液晶塊的左側(cè)出現(xiàn)電壓低的欠壓顯示圖標，提示此刻的溫度數(shù)值不準，不便記錄。針對此現(xiàn)象，為了盡量保證讀數(shù)準確，在電源部分串接了D2，用以抬高LM35供電電壓，確保在ICL7136停止工作前，其輸出電壓是線性的。

采用上述諸多種方式后，大大降低了顯示器的功耗，系統(tǒng)正常工作電流大約為110μA左右。

三、系統(tǒng)制作與調(diào)試

1．制作

（1）LM35測溫探頭的制作

比較簡單的方式是把它直接焊在電路板上，但這種方式一般只能檢測顯示器周圍空氣的溫度。有時要遠距離的測試其他物體的溫度，那就要對它進行包裝了。包裝方法如下：先用雙芯屏蔽線與它3個電極腳焊接好，金屬屏蔽線一般作地線與第3腳相連，在焊接處用熱塑管加熱套緊。

再將它放入直徑為5mm、長度為200mm左右的不銹鋼套管內(nèi)，也可用相應粗度的廢舊天線代替，然后用703硅膠密封好兩端，等硅膠干后，再用熱塑管套牢整個部分即可。這樣處理后就可遠距離檢測氣體和液態(tài)物質(zhì)的溫度了。

（2）太陽能電池電源的制作

以前的類似產(chǎn)品一般用市電或者9V電池供電，這樣總會遇到停電或電池用完需更換問題，使用起來比較麻煩?，F(xiàn)在我采用太陽能電池和扣式充電電池結(jié)合起來供電，可以長期放心使用。

現(xiàn)在市面上有各種各樣的太陽能LED小手電筒，作為玩具類的小禮品，價格很便宜?？梢再I2個，去掉塑料外殼后，將里面的太陽能電池板串聯(lián)起來就能很容易得到9V左右直流電源了。

在陽光充足時，每個太陽能電池可產(chǎn)生4.5V左右電壓，串聯(lián)后一方面能直接給顯示器供電，同時多余的電也能給2節(jié)3.6V扣式鋰電池充電。

當外界光線較弱，太陽能電池電壓不足時，由鋰電池自動切換給顯示器供電。由于整機功耗較低，即使長時間陰雨天氣或者在陰暗的環(huán)境下也能正常工作半年左右。

（3）電路板的制作系統(tǒng)可制作

在100mm×150mm的多功能洞洞板上，有條件的話，也可使用PROTEL軟件繪制PCB板，用雕刻機在單面銅箔板上自制電路板。

一般在板子上端放置三位半LCD液晶顯示屏，它下面裝上40腳IC插座，按照腳的定義，用短接線細心連接LCD顯示屏與LC插座的各個引腳。

再插接外圍元器件并焊接好，將2個太陽能電池板用雙面膠在下面與電路板粘牢，經(jīng)檢查無誤后，才可插上ICL7136，并通電測試系統(tǒng)。

2．調(diào)試

先將一支100℃的水銀溫度計與溫度探頭一起插入冰水混合物中，看顯示是否為00.0℃，如有偏差可適當改變積分器輸出端電阻，使得顯示為00.0℃；再將水銀溫度計和測溫探頭取出，在空氣中平衡一會后，這樣可以避免熱沖擊力損傷水銀溫度計和LM35，再一起放入沸水中，調(diào)整RP1，使顯示為100.0℃。這樣多次反復調(diào)整，即可很精確地顯示出實際溫度。