描述了通過IR鏈路傳輸溫度數(shù)據(jù)的電路，從而允許隔離溫度傳感器。該電路由一個(gè)紅外發(fā)射器、一個(gè)紅外接收器和一個(gè)溫度傳感器組成。

從距離地面幾十伏的電位點(diǎn)獲取溫度讀數(shù)的問題很困難，并且隨著電壓差的增加，它變得更加困難。高EMI環(huán)境也是如此。對(duì)于這些情況，僅通過紅外連接連接到讀出點(diǎn)的溫度探頭可能是一個(gè)很好的解決方案。通過最小化功耗的設(shè)計(jì)以及使用長(zhǎng)保質(zhì)期、高能量密度電池（鋰原電池），可以簡(jiǎn)化為這種傳感器供電的問題。

紅外連接傳感器/變送器

MAX6576為低功耗（140μA）、內(nèi)部傳感器、溫度-周期轉(zhuǎn)換器IC。該器件采用 6 引腳 SOT 封裝，可讀取 -40°C 至 +125°C 的溫度，采用 2.7V 至 5.5V 電源供電。其輸出是一個(gè)方波，其周期與IC芯片溫度的絕對(duì)溫度（K）成正比。比例因子可以設(shè)置為（硬連線）10、40、160 或 640ms/K （1K = -273.15°C）。在此應(yīng)用中，它被設(shè)置為最低工作頻率（最高平均，最低噪聲），因此在室溫（+25°C = 298K）下的周期為192ms（約5.2Hz）。該周期比MAX6576本身的時(shí)間常數(shù)快，后者是單元可以檢測(cè)的最大溫度壓擺率。在+125°C（最高工作溫度）時(shí)，信號(hào)周期為255ms;在-40°C（最小值）時(shí)，為149ms。

MAX6576方波輸出的每個(gè)正向轉(zhuǎn)換都會(huì)觸發(fā)圖1所示的IR發(fā)送器電路產(chǎn)生短（約10μs）高強(qiáng)度IR脈沖。電路非常簡(jiǎn)單：74HC132四通道雙輸入施密特觸發(fā)IC的四分之一用作正邊沿差分器，其余三個(gè)柵極并聯(lián)并用作IR LED驅(qū)動(dòng)器。紅外 LED 是標(biāo)準(zhǔn)類型，用于手持式遙控單元。在接近室溫的情況下測(cè)量時(shí)，原型單元中測(cè)量的總功耗小于140μA。

圖1.溫度傳感器紅外鏈路變送器。

紅外連接傳感器由CR3032鋰電池（厚3毫米，直徑23毫米）供電，能夠連續(xù)運(yùn)行六個(gè)月。兩臺(tái)并聯(lián)的CR3032將運(yùn)行一整年。CR3032等標(biāo)準(zhǔn)鋰原電池的極限是+60°C最高工作溫度。BR2477A（松下?聚一氟化碳鋰高溫型，厚7.7mm，直徑24.7mm）可以為傳感器和紅外發(fā)射器供電一年，工作溫度范圍為-40°C至+ 125°C。 傳感器單元的最大組件是電池，它實(shí)際上單獨(dú)定義了整體尺寸，因?yàn)樗人衅渌M件的總和還要大。

紅外接收器/信號(hào)處理器

接收器/信號(hào)處理器的目的是接收溫度傳感器產(chǎn)生的紅外光脈沖，并將其轉(zhuǎn)換為兩種類型的輸出：數(shù)字和模擬。

數(shù)字輸出只是從紅外信號(hào)中恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯脈沖。該脈沖可用作微控制器（μC）的中斷。然后可以使用一個(gè)μC外設(shè)定時(shí)器和簡(jiǎn)單的縮放算法恢復(fù)原始溫度數(shù)據(jù)。

模擬輸出為與IR信號(hào)周期成比例的直流電壓（由MAX6576輸出決定，與絕對(duì)溫度成比例）。該輸出允許數(shù)字萬用表或DVM讀取放置紅外連接傳感器的點(diǎn)的溫度，電壓值顯示直接溫度讀數(shù)。像MAX1495這樣具有LCD顯示驅(qū)動(dòng)功能的一體化DVM IC也可用于構(gòu)建獨(dú)立單元。

接收器/信號(hào)處理器單元由四個(gè)電路模塊組成：放大器/濾波器、信號(hào)恢復(fù)/定時(shí)發(fā)生器、線性斜坡發(fā)生器和緩沖采樣保持器。圖2的原理圖顯示了完整的電路。

圖2.溫度傳感器IR鏈路接收器具有MAX4475、MAX4236、MAX6037和MAX4618。

放大器/濾波器由兩級(jí)低噪聲放大組成，差分和積分常數(shù)經(jīng)過優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)最小噪聲。放大器/濾波器輸入連接到 IrDA? 鏈路或電視或其他電器遠(yuǎn)程控制單元中使用的紅外傳感器。

一個(gè)施密特觸發(fā)單觸發(fā)IC和兩個(gè)級(jí)聯(lián)數(shù)字微分器執(zhí)行信號(hào)恢復(fù)和定時(shí)。在圖3中，示波器照片顯示了接近1ms的恢復(fù)脈沖（SIGNAL_PULSE），這也是數(shù)字輸出，以及SIGNAL_PULSE產(chǎn)生的兩個(gè)連續(xù)50μs脈沖（PULSE1和PULSE2）。

圖3.1ms恢復(fù)脈沖（SIGNAL_PULSE）和兩個(gè)連續(xù)50μs脈沖（脈沖1和脈沖2）。

線性斜坡由恒定電流（由電阻R提供）產(chǎn)生坡道和一個(gè)自舉參考電路），為電容器 C 充電坡道.斜坡由與基準(zhǔn)電壓源IC自舉相同的運(yùn)算放大器緩沖。斜坡斜率是流經(jīng)電阻和電容的電流的函數(shù)。因此，電阻器、電容器和基準(zhǔn)電壓的容差要求使用與電阻R串聯(lián)的調(diào)整坡道以調(diào)整模擬溫度讀數(shù)的精度。圖4顯示了線性斜坡和恢復(fù)SIGNAL_PULSE。

圖4.線性斜坡和恢復(fù)SIGNAL_PULSE。

利用MAX4618模擬開關(guān)，PULSE1激活采樣保持（S&H）。S&H 記憶 S&H 電容器中的斜坡電壓值 （C.SH），緊接在 PULSE1 結(jié)束后。PULSE2在PULSE1結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)相同的MAX4618將斜坡復(fù)位至零。然后，模擬輸出在S&H運(yùn)算放大器單位增益緩沖器的輸出端可用。由于恢復(fù)的輸入信號(hào)（SIGNAL_PULSE）的周期與遠(yuǎn)程傳感器所在點(diǎn)的溫度成正比，因此第二個(gè)SIGNAL_PULSE到達(dá)時(shí)的斜坡電壓也與溫度成正比。S&H電路存儲(chǔ)此電壓，這也是穩(wěn)定到三個(gè)有效位數(shù)的模擬輸出。

紅外鏈路的范圍約為 20 英尺，具有完整的環(huán)境照明。增加一個(gè)晶體管來驅(qū)動(dòng)電流增加的紅外LED可以擴(kuò)展有用范圍。增加接收器的增益也可以擴(kuò)展范圍，因?yàn)楸镜自肼暡皇钱?dāng)前值的限制。

結(jié)論

所展示的單元是作為演示原型建造的。如果用作更永久的系統(tǒng)，則需要添加帶有信號(hào)丟失指示器的信號(hào)監(jiān)視器。單個(gè)IC（由PULSE1驅(qū)動(dòng)的看門狗定時(shí)器）可以實(shí)現(xiàn)此功能。

審核編輯:郭婷