一種基于SWC的數(shù)字溫度計的設計

　　環(huán)境溫度對工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，而溫度的測量也就成為人們生產生活中一項必不可少的工作。傳統(tǒng)的測溫儀測量費時，準確度也較低，本文采用SWC溫度傳感器設計了一種數(shù)字測溫儀，利用他可以快速、準確地測得溫度。

　　1 設計思想

　　該測溫儀由數(shù)字式溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)定時電路、計數(shù)電路、譯碼與LED數(shù)碼管顯示電路等組成。測溫范圍為0～50℃，精度為0.1℃，數(shù)字顯示。根據(jù)SWC數(shù)字式溫度傳感器的測溫原理，將溫度轉換為數(shù)字量，以其輸出的串行脈沖個數(shù)表示其所測溫度數(shù)。標定每個脈沖表示0.1℃的溫度增量，則0～50℃應對應輸出0～500個脈沖，他的轉換速度應小于50 ms，電源電壓為12 V。定時電路產生的定時寬度為50 ms的閘門脈沖電壓，一路經(jīng)微分電路對計數(shù)器進行清零，另一路直接加至數(shù)字式溫度傳感器SWC的K端，溫度采集驅動后，即輸出串行脈沖，經(jīng)放大電路放大后，計數(shù)電路對其進行計數(shù)，再經(jīng)譯碼器譯碼輸出驅動共陰極LED數(shù)碼管，進行動態(tài)顯示。設計原理圖如圖1所示。

　　2 電路設計

　　2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

　　該電路主要由NE555和R2，C1等組成，如圖2所示。其閾值電平Vth1=2VDD/3=9 V，觸發(fā)電平Vth2=VDD/3=4 V。接通電源后，+VDD經(jīng)R1加到2腳，使V2=VDD>Vth2，而定時電容C1的電壓為零，使V6=0

　　。同時+VDD經(jīng)R2給C1充電，Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1時，定時器又從置位狀態(tài)變?yōu)閺臀粻顟B(tài)，3腳變?yōu)榈碗娖健?/P>

　　2.2 溫度采集電路設計

　　溫度采集電路由數(shù)字式溫度傳感器SWC和放大管VT1等組成，如圖3虛線框內所示。SWC數(shù)字式溫度傳感器，又稱集成數(shù)字脈沖式感溫探頭，他是一種三端器件，控制線K，信號線S，公共線G，具有加電啟動和寬脈沖觸發(fā)兩種方式，一旦K線加電或寬脈沖觸發(fā)，經(jīng)復位時間Td之后，信號線將輸出一串脈沖，每個脈沖為0.1℃增量，脈沖個數(shù)就是被測溫度的數(shù)字量，重復對SWC進行加電啟動，可實現(xiàn)對被測溫度的連續(xù)采樣。在本電路中，采用寬脈沖觸發(fā)，當SWC的K端加入50 ms的閘門脈沖電壓(NE555的輸出)后，即啟動，輸出的串行脈沖經(jīng)過VT1放大后，加到MC14553的11腳進行計數(shù)。

　　2.3 計數(shù)電路設計

　　計數(shù)部分由3位動態(tài)掃描計數(shù)器MC14553為核心構成，如圖3所示。其內部3個負沿觸發(fā)的BCD計數(shù)器以同步工作方式級聯(lián)在一起，每位BCD計數(shù)器輸出端都有一個4位鎖存器，可將任意時刻的計數(shù)值加以儲存，并與多路轉換配合，完成3組計數(shù)器值的分時輸出。數(shù)字選擇器輸出提供輸出同步信號，完成動態(tài)顯示方式。由于循環(huán)掃描周期多在1ms左右，遠小于人的視覺暫留時間，所以可以得到穩(wěn)定的數(shù)字顯示。圖3電路中，計數(shù)器的11腳為計數(shù)端，當他為高電平時，MC14553的12腳標準脈沖不能加入，所以NE555的輸出經(jīng)過C3，R5組成的微分電路后，產生一個正尖脈沖電壓，通過清零端13腳先對計數(shù)器進行清零，同時，MC14553閂鎖解除，開始對數(shù)字式傳感器SWC輸出的標準串行脈沖進行計數(shù)，等11腳再輸入高電平時，計數(shù)器又閂鎖，同時10腳也為高電平，計數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存。這樣，在50 ms的脈寬時間內，顯示器就可以把已知周期的標準脈沖計數(shù)顯示出來。

　　2.4 譯碼與顯示電路設計

　　譯碼與顯示電路如圖4所示，MC14511是具有鎖存/譯碼/驅動功能的BCD譯碼器，屬于CMOS器件，高電平輸出電流可達25 mA，可直接驅動數(shù)碼管。SM4205是共陰極數(shù)碼管。由于計數(shù)器輸出的為BCD代碼，MC14511將其鎖存后譯成數(shù)碼管所需要的驅動信號，使數(shù)碼管SM4205顯示出BCD碼的數(shù)值。

　　3 安裝與調試

　　按照以上各個部分的原理圖，對電路進行級聯(lián)，并焊接電路板。接好電源，進行調試，發(fā)現(xiàn)兩個問題。

　　(1)數(shù)碼管不顯示所測溫度值。經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)NE555的輸出波形失真，這是干擾所致，于是給電源兩端并了一個100μF的電解電容和0.1 μF的瓷介電容，再次通電測試后，發(fā)現(xiàn)干擾大大減少了，此時數(shù)碼管也開始顯示所測溫度值。

　　(2)集成電路MC14511發(fā)燙。于是將MC14511與數(shù)碼管相連的47 Ω的限流電阻換成300 Ω的電阻，測試后發(fā)現(xiàn)MC14511不再發(fā)熱了，但此電阻發(fā)熱較大，經(jīng)過多次試驗，將此電阻調整為3.3 kΩ后一切正常。

　　為了與普通溫度計測溫做一對比，將感溫探頭和精度為0.1℃的水銀溫度計一起放入同一杯冷藏的水中，接好12 V電源，按一下觸摸開關AN，然后對水加熱逐漸改變所測溫度，在此過程中將二者所測溫度值記錄(見表1)。

　　經(jīng)對照，二者讀數(shù)最大相差0.2℃，可以看出，他比水銀溫度計響應時間快，與其他溫度計、測溫系統(tǒng)相比，該測溫儀具有顯示直觀清晰、靈敏度高、功耗低和抗干擾能力強等優(yōu)點，此外該測溫儀不易破損，成本低廉，如果配備專門的連接插件或加長傳感器導線長度，可實現(xiàn)多點或遠距離溫度測量。該測溫儀可廣泛用于大棚、花房、居室、汽車和空調出風口等環(huán)境的測溫。