基于MC74型电路的无线数字温度传感器

　　1 概述

　　将普通传感器与低功耗无线发射控制器和接收装置连在一起就可构成无线传感器,如果将该系统接入因特网(Intemet)甚至还可以组成无线网络传感器。文中介绍利用MC74型集成串行数字温度传感器组成的无线数字温度传感器。

　　MC74是安森美公司生产的8位串行接口集成数字温度传感器,其温度数据由热传感单元转换而来。MC74的温度分辨率为±1°C,转换速率通常为8次采样／秒。在正常工作条件下,静态电流为200μA(典型值),在待机条件下,静态电流为5μA(典型值)。其他设备与MC74的通信可由2线SM总线,I2C兼容串行总线来实现．该总线可用于多区域监控．配置寄存器CONFIG中的SHDN位可用来激活低功耗待机方式。体积小巧、低装配成本和易于操作的特点使MC74成为各种系统热管理的理想选择。

　　2 MC74的特点

　　图1示出MC74的2种封装形式。图2示出MC74的内部结构。：MC74的特性如下：

　　数字温度传感功能;

　　两种封装．即SOT一23型或TO一220型封装;

　　输出温度为一个8位的数字;

　　简单的SM总线,12C串行接口;

　　固态(PN结型)温度传感;

　　高精度、+25°C至+85°C时,最高精度为±2°C;0°C至+125°C时,最高精度为：±3°C;

　　电源电压范围为2．7V一5．5V;

　　低功耗,工作电流典型值为200μA;待机典型电流值为5μA。

　　表1列出了MC74的引脚功能。

　　3 MC74的工作原理

　　MC74的内部结构如图2所示。它从固态(PN结)传感器获得温度并将其转换成数字信号．其温度分辨率为±1°C。它将转换后的温度数字信号存储在内部寄存器中,再通过串行端口读取。系统接口是一个主从式的SM总线／I2C端口,通过该接口可在任何时候读取温度数据。MC74总共有8个可编程的SM总线／I2C地址。可以同时使用多传感器配置,即在一个控制系统中同时最多可连接8个类似MC74传感器,而且在温度获取暂停时电路会进入低功耗等待方式。

　　3．1 MC74的低功耗等待方式

　　在得到MC74允许后。主机可将其置为低功耗(IDD=5μA典型值)等待方式,在这种方式中,A／D转换器被中止,温度数据寄存器被冻结,但SM总线／I2C端口还在正常运行。通过设置配置寄存器CONFIG中的SHDN位,可使MC74处于低功耗等待方式：即SHDN=0时为正常方式;SHDN=l时为低功耗等待方式。

　　3．2 MC74的SM总线/I2C从地址

　　MC74经内部编程设定有一个默认的SM总线,I2C地址为1001101,其他的7个地址可由用户自行设定。图3示出MC74的读、写及接收数据的格式。

　　3．3 MC74的串行端口操作

　　通过串行时钟输入端口SCLK和2线双向串行端口的双向数据端口SDA可对MC74进行编程和访问。所有数据传输都在主从式结构中主机的控制下进行．通常是由CPU或微控制器充当主机,主机为所有传输提供时钟信号。MC74通常作为主从式结构中的从机工作。在串行协议通信中,所有数据传输有两个阶段且所有字节先传输最高有效位。访问由一个开始(START)条件发起,接着是一个器件地址字节和一个或多个数据字节,器件地址字节包括一个读,写选择位,每一次访问必须以一个停止(STOP)条件终止．应答(ACK)确认每一个字节的接收．只有在SCLK为低电平时SDA才能改变．当SCLK为高电平时SDA的改变将作为开始(START)和停止(STOP)条件。MC74的温度与二进制值的关系如表2所示。

　　3．4 MC74的8位只读温度寄存器

　　该寄存器中的二进制值(二进制的补码)代表一个交换周期后机载传感器的温度,在一次交互方式后寄存器中的数据会自动被更新,温度数据寄存器中每个单元的值代表1℃,该值采用二进制的补码运算,所以,一个00000000b的读数相当于O°C。

　　4 MC74温度传感器的应用

　　4．1 由MC74组成的无线数字温度传感器

　　图4示出由MC74组成的无线数字温度传感器发送端的电路原理。图中,Ul是PIC系列单片机PICl2C509AG,U2是MC74．发射器是以PICl2C509AG为基础的．由：PICl2C509AG驱动一个环型天线,天线蚀刻在发射器的电路板上。即由标准的PICl2C509AG,加上一个433MHz的ASK发射器。PICl2C509AG的RF部分包含一个晶体振荡器、一个完整的锁相环、模式控制逻辑及一个功率放大器。从图4可以看到,RF部分和PIC微控制器部分在逻辑上是分开的,尽管它们驻留在同一个物理包内。

　　通常,ASK调制即在脉冲宽度调制模式下交替改变载波的振幅。这里使用的是。Manchesmr编码方法。根据Manchester编码(在一个位的中间,低电平向高电平转变代表逻辑“0”,在一个位的中间,高电平向低电平转变代表逻辑“1”),这样就产生了同步位流．带有编码的时钟信号,不在位界进行物理转换．而是在每个位时间的中间进行逻辑转换。

　　打开电源．发射器在大部分的时间内都处于休眠状态以节省电能。工作时,PICl2C509AG部分使用I2C总线读MC74。假如温度有变化,新的温度将会被发送。发射器上有两个按钮。这些按钮用来唤醒发射器设置状态ID,生成测试音频或开始传送目前的温度和发射器开关状态。当SWl被按下,发射器代码被设置为自动改变发射器的状态ID。同时,因为每个MC74有一个永久的12C地址。这个地址取决于感应器的序号,发射器代码使用12C信号自动决定当前板载MC74上的I2C地址。

　　4．2 发送端数据发送的部分程序代码

　　发射器发射的信息包内含有32位的报头、4位的同步格式和32位的数据。数据域包含状态ID(8位)、温度(8位)、传感器类型(4位)、信息类型(2位)、按钮状态(2位)和检验(8位)。每次调用发射事件时,这一整套信息被连续发送3次。下面是MC74型传感器的发送端数据发送的一段程序代码：

　　5 结束语

　　MC74非常适合于低成本和小型化应用。如电脑的硬盘驱动器或PC的其他外围设备的热保护,同时也适合于那些要求不太苛刻的温度测量与控制系统。在上述无线数字温度传感器的嵌入式系统PICl2C509AG中．如果能嵌入Internet无线网络通信协议,则可由它们组成一个无线传感器网络。