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1 概述 將普通傳感器與低功耗無線發(fā)射控制器和接收裝置連在一起就可構(gòu)成無線傳感器,如果將該系統(tǒng)接入因特網(wǎng)(Intemet)甚至還可以組成無線網(wǎng)絡(luò)傳感器。文中介紹利用MC74型集成串行數(shù)字溫度傳感器組成的無線數(shù)字溫度傳感器。 MC74是安森美公司生產(chǎn)的8位串行接口集成數(shù)字溫度傳感器,其溫度數(shù)據(jù)由熱傳感單元轉(zhuǎn)換而來。MC74的溫度分辨率為±1°C,轉(zhuǎn)換速率通常為8次采樣／秒。在正常工作條件下,靜態(tài)電流為200μA(典型值),在待機(jī)條件下,靜態(tài)電流為5μA(典型值)。其他設(shè)備與MC74的通信可由2線SM總線,I2C兼容串行總線來實(shí)現(xiàn)．該總線可用于多區(qū)域監(jiān)控．配置寄存器CONFIG中的SHDN位可用來激活低功耗待機(jī)方式。體積小巧、低裝配成本和易于操作的特點(diǎn)使MC74成為各種系統(tǒng)熱管理的理想選擇。 2 MC74的特點(diǎn) 圖1示出MC74的2種封裝形式。圖2示出MC74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。：MC74的特性如下： 數(shù)字溫度傳感功能; 兩種封裝．即SOT一23型或TO一220型封裝; 輸出溫度為一個(gè)8位的數(shù)字; 簡單的SM總線,12C串行接口; 固態(tài)(PN結(jié)型)溫度傳感; 高精度、+25°C至+85°C時(shí),最高精度為±2°C;0°C至+125°C時(shí),最高精度為：±3°C; 電源電壓范圍為2．7V一5．5V; 低功耗,工作電流典型值為200μA;待機(jī)典型電流值為5μA。 表1列出了MC74的引腳功能。 3 MC74的工作原理 MC74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。它從固態(tài)(PN結(jié))傳感器獲得溫度并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號．其溫度分辨率為±1°C。它將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字信號存儲在內(nèi)部寄存器中,再通過串行端口讀取。系統(tǒng)接口是一個(gè)主從式的SM總線／I2C端口,通過該接口可在任何時(shí)候讀取溫度數(shù)據(jù)。MC74總共有8個(gè)可編程的SM總線／I2C地址。可以同時(shí)使用多傳感器配置,即在一個(gè)控制系統(tǒng)中同時(shí)最多可連接8個(gè)類似MC74傳感器,而且在溫度獲取暫停時(shí)電路會進(jìn)入低功耗等待方式。 3．1 MC74的低功耗等待方式 在得到MC74允許后。主機(jī)可將其置為低功耗(IDD=5μA典型值)等待方式,在這種方式中,A／D轉(zhuǎn)換器被中止,溫度數(shù)據(jù)寄存器被凍結(jié),但SM總線／I2C端口還在正常運(yùn)行。通過設(shè)置配置寄存器CONFIG中的SHDN位,可使MC74處于低功耗等待方式：即SHDN=0時(shí)為正常方式;SHDN=l時(shí)為低功耗等待方式。 3．2 MC74的SM總線/I2C從地址 MC74經(jīng)內(nèi)部編程設(shè)定有一個(gè)默認(rèn)的SM總線,I2C地址為1001101,其他的7個(gè)地址可由用戶自行設(shè)定。圖3示出MC74的讀、寫及接收數(shù)據(jù)的格式。 3．3 MC74的串行端口操作 通過串行時(shí)鐘輸入端口SCLK和2線雙向串行端口的雙向數(shù)據(jù)端口SDA可對MC74進(jìn)行編程和訪問。所有數(shù)據(jù)傳輸都在主從式結(jié)構(gòu)中主機(jī)的控制下進(jìn)行．通常是由CPU或微控制器充當(dāng)主機(jī),主機(jī)為所有傳輸提供時(shí)鐘信號。MC74通常作為主從式結(jié)構(gòu)中的從機(jī)工作。在串行協(xié)議通信中,所有數(shù)據(jù)傳輸有兩個(gè)階段且所有字節(jié)先傳輸最高有效位。訪問由一個(gè)開始(START)條件發(fā)起,接著是一個(gè)器件地址字節(jié)和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié),器件地址字節(jié)包括一個(gè)讀,寫選擇位,每一次訪問必須以一個(gè)停止(STOP)條件終止．應(yīng)答(ACK)確認(rèn)每一個(gè)字節(jié)的接收．只有在SCLK為低電平時(shí)SDA才能改變．當(dāng)SCLK為高電平時(shí)SDA的改變將作為開始(START)和停止(STOP)條件。MC74的溫度與二進(jìn)制值的關(guān)系如表2所示。 3．4 MC74的8位只讀溫度寄存器 該寄存器中的二進(jìn)制值(二進(jìn)制的補(bǔ)碼)代表一個(gè)交換周期后機(jī)載傳感器的溫度,在一次交互方式后寄存器中的數(shù)據(jù)會自動被更新,溫度數(shù)據(jù)寄存器中每個(gè)單元的值代表1℃,該值采用二進(jìn)制的補(bǔ)碼運(yùn)算,所以,一個(gè)00000000b的讀數(shù)相當(dāng)于O°C。 4 MC74溫度傳感器的應(yīng)用 4．1 由MC74組成的無線數(shù)字溫度傳感器 圖4示出由MC74組成的無線數(shù)字溫度傳感器發(fā)送端的電路原理。圖中,Ul是PIC系列單片機(jī)PICl2C509AG,U2是MC74．發(fā)射器是以PICl2C509AG為基礎(chǔ)的．由：PICl2C509AG驅(qū)動一個(gè)環(huán)型天線,天線蝕刻在發(fā)射器的電路板上。即由標(biāo)準(zhǔn)的PICl2C509AG,加上一個(gè)433MHz的ASK發(fā)射器。PICl2C509AG的RF部分包含一個(gè)晶體振蕩器、一個(gè)完整的鎖相環(huán)、模式控制邏輯及一個(gè)功率放大器。從圖4可以看到,RF部分和PIC微控制器部分在邏輯上是分開的,盡管它們駐留在同一個(gè)物理包內(nèi)。 通常,ASK調(diào)制即在脈沖寬度調(diào)制模式下交替改變載波的振幅。這里使用的是。Manchesmr編碼方法。根據(jù)Manchester編碼(在一個(gè)位的中間,低電平向高電平轉(zhuǎn)變代表邏輯“0”,在一個(gè)位的中間,高電平向低電平轉(zhuǎn)變代表邏輯“1”),這樣就產(chǎn)生了同步位流．帶有編碼的時(shí)鐘信號,不在位界進(jìn)行物理轉(zhuǎn)換．而是在每個(gè)位時(shí)間的中間進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換。 打開電源．發(fā)射器在大部分的時(shí)間內(nèi)都處于休眠狀態(tài)以節(jié)省電能。工作時(shí),PICl2C509AG部分使用I2C總線讀MC74。假如溫度有變化,新的溫度將會被發(fā)送。發(fā)射器上有兩個(gè)按鈕。這些按鈕用來喚醒發(fā)射器設(shè)置狀態(tài)ID,生成測試音頻或開始傳送目前的溫度和發(fā)射器開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)SWl被按下,發(fā)射器代碼被設(shè)置為自動改變發(fā)射器的狀態(tài)ID。同時(shí),因?yàn)槊總�(gè)MC74有一個(gè)永久的12C地址。這個(gè)地址取決于感應(yīng)器的序號,發(fā)射器代碼使用12C信號自動決定當(dāng)前板載MC74上的I2C地址。 4．2 發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送的部分程序代碼 發(fā)射器發(fā)射的信息包內(nèi)含有32位的報(bào)頭、4位的同步格式和32位的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)域包含狀態(tài)ID(8位)、溫度(8位)、傳感器類型(4位)、信息類型(2位)、按鈕狀態(tài)(2位)和檢驗(yàn)(8位)。每次調(diào)用發(fā)射事件時(shí),這一整套信息被連續(xù)發(fā)送3次。下面是MC74型傳感器的發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送的一段程序代碼： 5 結(jié)束語 MC74非常適合于低成本和小型化應(yīng)用。如電腦的硬盤驅(qū)動器或PC的其他外圍設(shè)備的熱保護(hù),同時(shí)也適合于那些要求不太苛刻的溫度測量與控制系統(tǒng)。在上述無線數(shù)字溫度傳感器的嵌入式系統(tǒng)PICl2C509AG中．如果能嵌入Internet無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,則可由它們組成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 |
