摘要

溫度測量系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，被大量應(yīng)用于電廠、建材、煤化工、冶金、供熱、工程機械熱處理、煤質(zhì)化驗等溫度測控領(lǐng)域。實現(xiàn)高精度、低功耗溫度監(jiān)測成為多種行業(yè)的需求，本文介紹了一種超低功耗溫度測量顯示系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，給出了其硬件連接方式及軟件工作流程，對超低功耗設(shè)計方法給出具體思路。

硬件連接

談到低功耗方案設(shè)計，有過單片機開發(fā)經(jīng)歷的工程師基本都會想到歐美知名芯片廠商的MSP430超低功耗MCU，MSP430在功耗控制方面處在行業(yè)領(lǐng)先水平，但片內(nèi)資源有限，在進行高精度溫度測量時需要采集溫度傳感器的微弱信號，12位的片內(nèi)ADC就不能滿足要求，需要外加儀表放大器和高精度ADC，以滿足溫度傳感器信號的高精度測量，通常選擇AD7794或ADS1220做模擬信號采集。也有產(chǎn)品中使用國內(nèi)知名芯片廠商的MCU進行方案設(shè)計，該MCU內(nèi)置儀表放大器和16位ADC，在熱電阻溫度測量應(yīng)用中，需要外加運放搭建恒流源，且MCU的功耗較大，休眠模式下電流70μA，增加外部運放后，整個方案的功耗更加難以控制，在測量精度和產(chǎn)品壽命方面沒有保障。

現(xiàn)介紹基于SDIC的SD8318實現(xiàn)的溫度測量方案，該芯片集成了豐富的片內(nèi)資源，可使用最少的外圍器件，實現(xiàn)溫度的高精度、低功耗測量與顯示，主要的功能包括：

• 24 bits高精度ADC
• 低噪聲儀表放大器，內(nèi)置電路有效抑制漂移
• 內(nèi)置OP，可借助外部電阻搭建1路程控恒流源
• 低功耗工作模式
• LCD顯示驅(qū)動，內(nèi)置升壓電路，可在低電壓時維持高亮度
• 多級電池電壓檢測
• 內(nèi)置EPROM可用于存儲校準數(shù)據(jù)
• 一路16 bits PWM輸出
• 一路UART通信
• 一路片內(nèi)溫度傳感器

上面所介紹的功能都是進行溫度表頭設(shè)計必須具備的，SD8318將上述功能集成在芯片內(nèi)部，大大簡化了片外電路的復(fù)雜程度，更少的外圍電路，對整體方案的一致性、功耗水平等方面都有很好地保障。

下面以PT100/PT1000熱電阻溫度測量、顯示方案為例，介紹基于SD8318的電路方案。

圖1. 基于SD8318的熱電阻測量電路

圖1介紹了基于SD8318實現(xiàn)的PT100/PT1000溫度測量方案，包括穩(wěn)壓電路與多級低壓檢測模塊（使用2節(jié)干電池供電時，LDO電路可省略）、液晶顯示模塊、恒流源驅(qū)動電路、按鍵輸入、熱電阻測量電路及SD8318借助芯片內(nèi)部的高精度ADC、OP等資源，可使用最少的外圍電路實現(xiàn)整套電路方案設(shè)計。

SD8318內(nèi)部集成的PGIA和ADC電路可很好的保證傳感器信號測量精度，搭配軟件上的溫度轉(zhuǎn)換算法，可在-100~400℃范圍內(nèi)誤差小于0.1℃。

軟件流程

不同品牌的溫度表頭產(chǎn)品具有不同的功能，軟件流程也就各不相同，這里重點介紹在降低功耗方面所涉及的軟件工作流程。

為了降低系統(tǒng)功耗，方案中使用了SD8318的正常工作模式、待機模式和休眠模式，表頭工作時，使用正常工作模式與待機模式，通過降低正常工作時間來降低系統(tǒng)功耗，系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2. 軟件工作流程

根據(jù)圖2，完整的工作過程包括幾種工作狀態(tài)：

第一步，開機時會有60秒鐘的連續(xù)工作過程，會開啟背光，并連續(xù)刷新顯示；當有按鍵操作時，也會進入這種狀態(tài)。這種設(shè)計主要用于生產(chǎn)操作，如校表時需要連續(xù)工作以保證校準精度和提高生產(chǎn)效率；

第二步，關(guān)閉功能模塊，進入待機模式，此時不關(guān)閉液晶顯示，不刷新顯示數(shù)據(jù)；待機模式可有效地降低工作電流，保留顯示的情況下，整機功耗在0.04mW左右，屬于超低功耗水平；

第三步，退出待機并進入正常工作模式，首先打開正常測量時用到的功能模塊，如AVDDR、OP等，并給一定穩(wěn)定時間，整個過程在70ms左右，平均功耗在2.1mW左右；

第四步，啟動ADC、PGIA，開始測量，完成一次穩(wěn)定結(jié)果讀取并刷新顯示，整個過程大約300ms左右，平均功耗3.5mW左右；

從上述分析過程，以3S為周期的工作工作循環(huán)中，2.6S的時間都處于待機狀態(tài)，極大的降低了產(chǎn)品功耗。此外，方案中還可以增加休眠模式，在表頭長時間不用時，可通過按鍵進入休眠模式，此時僅1μA左右的電流消耗。

功能擴展

除熱電阻溫度測量方案外，SD8318在熱電偶、壓力、液位等傳感器測量中同樣有優(yōu)勢。片內(nèi)溫度傳感器支持單點校準，可在熱電偶測量應(yīng)用中做冷端參考，也可使用外部溫度傳感器，借助多個模擬信號輸入通道實現(xiàn)。UART通信功能，可擴展無線傳輸、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等。

SD8318支持一路高精度PWM輸出，在外加調(diào)整管的情況下，可實現(xiàn)4~20mA輸出，滿足兩線制電流輸出型變送器設(shè)計需求。

小結(jié)

本文給出的基于SD8318實現(xiàn)的熱電阻溫度測量，以極低的功耗完成溫度的高精度測量與顯示工作，具有極強的應(yīng)用價值。豐富的片內(nèi)資源，極大的降低外圍電路的復(fù)雜程度，縮減硬件成本。此外，還可擴展無線傳輸功能，4~20mA電流輸出型變送器等。