当前位置：文档之家 › 超低功耗电子温度计设计

超低功耗电子温度计设计

  • 格式：pdf
  • 大小：220.09 KB
  • 文档页数：3

超低功耗电子温度计设计
3
宋国梅
(潍坊学院,山东　潍坊　261061)
摘　要:以高性能、超低功耗的8位AV R 微处理器A TM EGA88V -10PI 为控制核心,采用低功耗的
日历时钟PCF8563T 、液晶显示L CM0816和温度传感器-10K 热敏电阻-3950等实现了超低功耗电子温度计设计。

经实际测试,本系统各项性能指标均符合设计要求,整机静态功耗低至0.49微安。

关键词:热敏电阻;单片机;低功耗;测量精度中图分类号:TP216 文献标识码:A 文章编号:1671-4288(2009)04-0024-03 待机时间长、功耗极低的数字温度计在工农业生产中应用广泛。

本超低功耗电子温度计设计以高性能、超低功耗的8位AVR 微处理器A T 2M EGA88V -10PI 为控制核心,主要采用低功耗的日历时钟PCF8563T 、液晶显示L CM0816和温度传感器-10K 热敏电阻-3950等实现,软件设计采用C 语言。

1　设计要求
设计一个电子温度计,能够通过温度传感器测量并显示被测量点的温度。

1.1　基本功能部分
(1)检测温度范围10～30℃,分辨率1℃
(2)正确显示温度
(3)静态功耗小于5微安(关闭L CD 显示,时钟
正常运行)
(4)唤醒显示
1.2　特殊功能部分
(1)控制功能(能够演示出控制功能的存在)
(2)显示时分秒的时钟功能(能够正常切换和显
示)
2　设计方案2.1　控制器的选择
应用A TM EGA88V -10PI AV R 单片机,A T 2M EGA88V -10PI 是一种功耗极低的高性能8位微处理器,技术上除具有方便、安全、高效外,还具有性能高、成本低和耗能低的特点,其内部具有高达512B 的内存作为数据的缓冲区,因此能够实现快的数据读取速度;并具有丰富的I/O 资源,而且其外围
电路简单,在片内即可实现所有控制,从而简化了整个系统的复杂程度。

2.2　温度检测方案选择
采用热敏电阻10K -3950-1%,10℃～+30℃时分辨率可达0.1℃,其测量精度高,重复性、可靠性好。

2.3　显示模块的选择
采用液晶屏实现显示。

液晶显示屏种类较多,但L CM0816液晶显示功耗极低,显示清晰,稳定可靠,编程简单。

由于A TM EGA88V -10PI 提供了足够的内存来作为数据缓冲区对显示数据进行存储,可以采用液晶L CM0816实现正确的温度显示及时分秒、年月日的时钟显示功能。

其特点是控制信号简单,接线少,且最重要的是待机功耗<1uA ,工作电压2.7～5.2V 。

3　系统的硬件设计与实现
根据设计和功能要求,本超低功耗电子温度计整机原理实现框图见图1。

图1　原理方框图
—
42—第9卷第4期 潍坊学院学报 Vol.9No.4
2009年7月 Journal of Weifang University J ul.2009
3收稿日期:2008-06-18
作者简介:宋国梅(1963-),女,山东潍坊人,潍坊学院研究实习员。

3.1　时钟接口电路设计
实时时钟芯片选用日历芯片PCF8563,提供一个可编程的时钟输出,并具有掉电检测和中断输出功能,所有地址和数据通过I2C 总线接口进行传送,与CPU 接口简单,由其实现实时时钟计量。

与CPU 接口见图2。

图2　时钟模块电路图
3.2　显示电路设计
系统采用8段8位L CM0816液晶显示器,可方便显示时钟时分秒、年月日和温度值;同时它的显示状态50uA (典型值),省电模式<1uA ,工作电压2.7～5.2V ,这些低功耗的优良特点满足设计低功耗的要求。

液晶与CPU 接口电路见图3。

图3　液晶模块接口电路图
3.3　温度测量电路设计
温度测量传感器采用热敏电阻10K Ω-3950-1%,测温在10℃～+30℃时线性度好且分辨率达到0.1℃。

热敏电阻的阻值随温度而产生严重的非线性变化,很难直接应用到线性电路中,热敏电阻的阻值随温度的变化函数为:
R T =R 25C e
β1T +273-1298
R 25c 是热敏电阻在室温下的阻值,β是热敏电阻材料的开尔文(Kelvins )常数,T 是热敏电阻的实际摄氏温度。

因此需要对其进行软件或硬件线性补偿,硬件补偿比较容易实现,在此使用硬件补偿。

电压模式中,用一个普通电阻与热敏电阻串联
构成一个分压电路
,这个分压电路由稳压电源或电压基准供电,其输出电压随温度的变化关系近似为线性。

如果串联电阻与N TC 热敏电阻的室温阻值相等,在室温+25℃附近的电压输出可以保持较好的线性特性,接口电路见图4。

图4　温度测量模块接口电路
4　系统的软件设计
程序全部采用C 语言编写,实现数据采集、参
数设定、数据显示等功能。

采用液晶显示L CM0816
显示时间和温度值。

程序设计模块化,其它程序也
可直接调用其中的功能函数,使用非常方便。

整个软件系统主要包括主程序、采样程序和时钟程序三大模块。

主程序负责系统初始化,然后进入主循环程序,包括按键处理、显示刷新、报警及系统状态的控制。

主程序流程图见图5。

图5　主程序流程图
5　测试结果5.1　温度检测
将热敏电阻连至温度检测模块的输入端,通过
A TM EGA88单片机系统内的AD 转换输出到液晶
—
5
2—第4期 宋国梅:超低功耗电子温度计设计
显示器显示。

调节被测点温度的变化,将系统显示的温度值和国际标准温度计显示的温度值进行比较,测试数据见表1。

表1　温度测试数据系统测量值/℃
温度计显示值/℃
测量误差/℃
10.2510.270.0213.9613.980.0216.9816.950.0319.2619.310.0520.3420.350.0223.4423.460.0227.2827.230.0528.3228.370.0530.53
30.57
0.04
由测试数据可见,系统分辨率高,高于设计要求。

5.2　系统静态电流测量
利用三位半数字万用表直流微安档检测。

多次
通断电,测得数据见表2。

表2　静态电流(单位:
μA )0.500.510.490.620.550.520.600.550.520.53
可见,系统功耗极低,很好地满足了功耗方面的
要求。

6　结束语
本系统利用热敏电阻检测温度,经调试在10～30℃范围内,分辨率达0.1℃,静态功耗低至
0.49
μA (关闭L CD 显示,时钟正常运行),且实现了多项发挥功能。

整个系统构成简单,测量精度高,功耗低,性能稳定可靠。

—————————————————————
参考文献:
[1]梁家劲.电子温度计的设计及其测量误差分析[J ].广州大学学报,2001,15(5):17-20.[2]于　洋,魏　磊.电子温度计的制作[J ].山东省农业管理干部学院学报,2009,25(1):166;169.[3]吴汉清.基于A T89C2051单片机的电子温度计[J ].电子世界,2005,(12):23-24.
(责任编辑:肖恩忠)
(上接第23页)
着稳态精度较差的缺点。

上述分析可知,只采用模糊控制策略并非为系统的最优方案。

如果能将模糊控制与PID 控制结合起来,利用PID 控制器良好的稳态性能,可能会使系统达到最优的控制效果。

—————————————————————
参考文献:
[1]陆　军,赵国良,孟　浩.污水净化厂大规模PL C 控制系统设计[J ].自动化与仪器仪表,1999,(2):30-33.[2]伍萍辉,廖　智.基于MA TL AB 图形界面的模糊控制系统的仿真[J ].电气时代,2002,(3):29-30.[3]康斌栋,王志新.基于PL C 模糊控制软件的设计研究[J ].机电一体化,2000,6(1):57-58.[4]侗小军,白连平,刘为清,等.模糊推理的程序化[J ].电气自动化,2000,7(2):11-13.
(责任编辑:肖恩忠)
—
62—潍坊学院学报 2009年7月。

合集下载

基于SPCE061A的超低功耗电子温度计设计

基于SPCE061A的超低功耗电子温度计设计

基于SPCE061A的超低功耗电子温度计设计摘要：系统选用静态功耗2&mu;W 的SPCE061A 单片机作为主控单元，低功耗温度传感器DS18B20 采集温度，时钟芯片DS1302 提供时间，HT1621D驱动玻璃片实现时间的显示。

且系统具有温度控制功能，短时间内可将温度稳定在设定值。

系统可通过串口与PC 通信，由可视化界面显示温度随时间的变化，形象直观。

整机系统可根据需要一键唤醒或进入静态。

系统实现了温度时间的显示，测试结果表明：分辨率、功耗、显示和温度控制均达到设计要求。

关键词：SPCE061A；低功耗；DS18B20；DS1302；HT1621D 本设计为参加我院电子制作比赛而作。

其设计的基本要求是：制作一个超低功耗电子温度计，实现温度、时间的显示。

要求系统温度误差小于0．5℃，静态功耗小于5&mu;W。

1 总体设计方案根据题目设计要求，可从硬件选用及软件编程方面降低功耗。

系统可分为控制模块、测温模块、时间模块、驱动显示模块、温度控制与通信模块等，整体框图如图1 所示，各模块的实现方案如下：1．1 控制模块选用SPCE061A 型单片机。

SPCE061A 是一款16 位单片机，静态功耗为2&mu;W。

该单片机具有一键唤醒功能，需要时可将单片机置于休眠状态，可有效节省能量，且不用的端口可设为输出状态，进一步降低功耗。

时钟频率可根据需要进行修改。

系统默认时钟为24．756．MHz，CPU 时钟具奄fosc，fosc／2，fosc／4，fosc／8，fosc／16，fosc／32，fosc／64 可选，降低CPU 时钟频率，可有效降低功耗，但会降低系统效率，可根据需要进行选择。

1．2 显示模块采用6 位LCD 数码显示玻璃片HT1621D，可满足低功耗要求。

1．3 时钟模块采用低功耗的实时时钟芯片DS1302 实现时钟。

DS1302 芯片可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年等进行计数，且精度高，。

基于MSP430的低成本及超低功耗数字测温器设计

基于MSP430的低成本及超低功耗数字测温器设计

ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ｙ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ＭＳ Ｐ ４ ３ ０；ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ；ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ；ｄ ａ ｔ ａ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｌ ｏ ｗ－ ｐ ｏ ｗｅ ｒ
陈煦斌 ，秦 立军 ， 邢 正 军 ，孔祥 雨
（ 华 北 电 力 大 学 现 摘 要 ：文 中设 计 的 测 温 装 置 主 要 是 面 向低 成 本 和低 功耗 的 应 用 需 求 ，利 用 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片 机 内嵌 的 温 度 传 感 器 以 及 简
纠正 ． 得 到 能 够 满 足 实际 需要 的 温度 值 。
关 键 词 ：ＭＳ Ｐ ４ ３ ０； 温度监测 ； 线性 回 归 ； 数据纠正 ； 超低 功 耗
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ７ ３ ２
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ — ０ ０ ８ １ — ０ ３
电气 设 备 的 运 行 温 度 在 一 定 程 度 上 可 以反 映 该 设 备 的 当前 状 况 ． 并且 ， 事实表 明 ， 很 多事 故 发 生 的起 因 源 自设 备 的 运 行 温 度 过 高 。因 此 ， 如 果 能 实 时地 掌握 设 备 的 运 行 温 度 。 对 电气 设 备 的安 全 运 行 有 十分 积极 的 作 用 。 然而 ． 从 成本 和功耗方 面的考 虑 ． 很 多 电气 设 备 若 加 装 高 精 度 的 温度 传 感 器 。 难免显得不切 实际 。 因此 ， 设 计 一 款 低 成 本 以及 超 低 功 耗 的 测 温 装 置 ， 能 够很 好 地 完 成 一 些 传 统 测 温 装 置 无 法 胜 任 的 工 作 ， 比如 变 压 器 油 温 及 环 境 温 度 测 量 ， 线 路 故 障 指 示 器 内部 温 度 测 量 等 。 该 测 温 装 置 与 相 应 的 诊 断 模块结 合在一起 。 还能进 一步 构成温 度告警 装置 ， 从 而 实 现 更 高级的功能 。 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０是 近 年 来 使 用 十 分 热 门 的 一 款 单 片 机 ， 它 能 通 过 软 硬 件 选 择 不 同 的 时 钟 频 率 和 时 钟 模 式 ，乃 至 满 足 一 些 超 低 功 耗 的 应 用 。并 且 ， 这 款 单 片 机 内部 集 成 了多 能 功 能 模 块 ．其 中 应 用 比 较 多 的 模 块 如 Ａ Ｄ转换模 块 ， Ｄ Ａ 转 换 模 块 以及定 时器等 ， 在 大多数 场合下 ， 内 部 集 成 的 模 块 完 全 能 够 满 足需 求 。除此 之外 ， ＭＳ Ｐ ４ ３ ０中 还 集 成 了一 个 ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ （ 温 度传感 器 ） 模块 。 它 的温度 数值 可 以 由 Ａ Ｄ 转 换 器 直接 读取 ， 然而 ， 这个模 块 由于测量 精度 不是 很 高 ， 所 以 常 常 被 人 忽 略 。但 是 ， 如 果 能 够 运 用 得 当 的方 法 对 测 量 误 差 进 行 补偿 ． 那 么完 全 可 以利 用 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片 机 设 计 出 一 款 简 易 廉 价并且 能够满 足一定 需求 的测温装 置 ， 并 且 由 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０
超低功耗电子温度计的实现

超低功耗电子温度计的实现

的通信 。
１２ 电源管理 单 元 。主 电源 Ｅ２０ 交流 电源 提供 ，经 过变 压 、整 流 、 ． ￣２Ｖ
稳压 后给 电路 供 电 稳压 模块 采用 三端 稳压 块Ｌ ２４ 。 Ｍ９ ０
１３ 温 度检 测 电路 。 温度 检 测采 用 Ｄ ＩＢ０ 度传 感 器 。其 特 点是 能 ． Ｓ８２ 温
成。
１１核 心控 制 单元 。控 制芯 片为 ＳＣ ９５ 。其 主要 特 点为 资源丰 富 、 ． Ｔ ８Ｃ １
易于 扩展 、支 持在 线 编程 、支 持Ｃ 言 ，易 于设 计 与调 试 。单 片机 的 Ｉ０ 语 ／ 资 源 分 别分 配给 温度 检测 、温 度 控制 以及显 示 ， 串行通 信端 口实现 与上 位机
动控制温度输 出模块 。
关键 词： 温度检 测；超低功耗 中图分类号：Ｔ ２ ３ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ７ —７ ９ ２ １ ）０ ２ ０ ９ １ Ｐ ７＋５ ６ １ ５ ７（ ０ ０ ６ ０ ５ —０
０引 畜
２软 件系 统设 计与 实现 温 度检 测 控 制 系 统 的控 制 策略 是 根 据温 度 检 测 模 块所 获 得 的温 度 信 息 ，准 确控 制温 度 升降 ， 以达 到技 术要 求 的 目的 。系统 主程 序 流程 图如 图
输 出单 元 实现 被控 温度 的 升高 与 降低 ，控 制系 统对 温 度 的快速 反 应提 供 了 较 好的解 决 方案 。 １硬件 系统 的设 计与 实现 温度 检测 控制 系统 的硬 件 部分 以宏 晶科 技 的ＳＣ ９５ 单片 机 作为控 制 Ｔ８Ｃ １ 芯 片 ， 由 电源 管 理 电路 、 温度 检 测 电路 、 温度 控 制 电路 、 显 示 电路 等 构
超低功耗温度计

超低功耗温度计

超低功耗温度计发布时间：2022-05-23T05:06:10.667Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月3期作者：叶苏丹王钰喜黄佳璐胡雯馨谈欣燕[导读] 本文通过对低功耗相关电子元器件的结构和特点的分析，结合现代控制技术的设计理念，叶苏丹王钰喜黄佳璐胡雯馨谈欣燕绍兴文理学院浙江绍兴 312000 摘要：本文通过对低功耗相关电子元器件的结构和特点的分析，结合现代控制技术的设计理念，制作了以低功耗单片机STM8L152K4T6为控制器的简易低功耗数字温度测量装置。

首先，本装置通过精密模拟温度传感器采集环境温度信息得到模拟量，AD芯片ADS1115将模拟量转换为数字量，再由单片机读取、处理，最终将具体温度显示在液晶显示屏上，同时发射到接收设备上。

在此过程中，它克服了传统温度计功耗偏高、精确度偏低等问题。

系统结构精巧，成本较低，抗干扰能力强，并且具有超低功耗、超高精确、实时监测、信息互联的特色优势。

关键字超低功耗；超高精度；实时监测；信息互联随着物联网的发展，人类进入了电子化时期，低功耗逐渐成为一个新兴的研究方向。

目前，市面上的温度计很难在测温的过程中达到超低功耗的要求，由此，我们团队展开了相应的调查与研究。

温度计是可以准确地判断和测量温度的工具，在生产生活中有着广泛而重要的应用，如家庭数字式温度计，生产车间中的显温器等。

这些温度计通常使用发光二极管或OLED屏幕来显示温度，虽然该温度计的工作电流在400-600mA左右，但是作为一种测温仪器，它有着数量多且工作时间长的特点，长此以往会导致过多的能源消耗。

目前，节能化是全球的热潮，我国也在长期实施“节能优先”的能源战略，但是传统数字式温度计存在功耗较高的弊端，有悖于节能化的趋势。

传统温度计主要有膨胀式温度计和数字式温度计，二者通常根据物体热胀冷缩的原理或者运用热敏电阻等来测量温度，但是存在弊端——稳定性差、精确度低，例如温度计玻璃管内的体积、周围环境的温度等都会使最后的测温结果产生偏差。