近年來隨著各種無線通信技術以及其他相關技術的日趨成熟．家jia庭ting環huan境jing監jian控kong係xi統tong得de到dao了le越yue來lai越yue廣guang泛fan的de應ying用yong。在zai家jia庭ting環huan境jing監jian控kong係xi統tong中zhong，各ge個ge節jie點dian置zhi於yu家jia庭ting中zhong的de不bu同tong位wei置zhi，實shi時shi監jian測ce各ge點dian的de狀zhuang況kuang
，並bing及ji時shi上shang傳chuan到dao監jian控kong中zhong心xin。節jie點dian的de關guan鍵jian部bu件jian包bao括kuo傳chuan感gan器qi，在zai家jia庭ting環huan境jing監jian控kong係xi統tong中zhong大da量liang使shi用yong了le溫wen度du傳chuan感gan器qi。

 

借助於溫度傳感器
，家庭環境監控係統能夠監測家庭環境、家用電器和某特殊點的溫度
，然後基於測量的數據進行有效的控製

，從而達到節省能源、保障安全和改善人們起居條件的目的。本文以數字式溫度傳感器 TMP275 為例，介紹溫度傳感器在家庭環境監控中的應用。

 

1
、TMP275 簡介

TMP275 是 TI 公司於 2006 年推出的一款低功耗數字輸出溫度傳感器。其精確度達±0.5℃

，適用於環境
、通信、計算機
、消費類
、工業以及儀表應用等多個領域的溫度測量。

 

TMP275 的高度精確性可使散熱與電源管理更加高效，而其低功耗能夠延長電池使用壽命並最小化自加熱（self-heaTIng）。在 -20℃～+100℃範圍內，TMP275 的精確度為±0.5℃（最大值）。其雙線串行接口與 I2C 相兼容。芯片采用小巧的 8 引腳 MSOP 封裝。該器件的其他特性包括：50μA 低電流、9 至 12 位可編程分辨率
、0.1μA 關機電流模式、整個溫度範圍內出色的穩定性

，以及 -40℃～+125℃的廣泛工作溫度範圍。另外

，該器件還允許多達 8 個不同地址，以實現接口總線設計的高靈活性。TMP275 的引腳排列如圖 1 所示。

2、TMP275 硬件設計

TMP275 的兩線串行接口（引腳 SCL、SDA）與 I2C 總線接口兼容，可以直接與其相連，從而大大降低了設計難度。當測量溫度超過用戶設定的最高溫度或低於最低溫度時，引腳 ALERT 輸出高電平或低電平（可以通過配置寄存器來實現）。上述 3 個引腳在實際連接中需要上拉電阻。引腳 A0、A1
、A2 可以接地或高電平，用於決定芯片的器什地址（有 8 個）。TMP275 的外圍電路原理圖如圖 2 所示。

 

 

 

3、TMP275 的基本原理

TMP275 的功能實現和工作方式主要由內部的 5 個寄存器來確定，分別是：指針寄存器（pointer register）、溫度寄存器（temperature register）、配置寄存器（configura-TIon register）

、上限溫度寄存器（THIGH register）和下限溫度寄存器（TLOW register）。TMP275 的內部寄存器結構如圖 3 所示。

 

TMP275 的工作方式主要通過配置寄存器來實現。配置寄存器的數據格式如下：

 

 

 

各數據位的具體說明如下：

 

SD 設置器件是否工作在關斷模式。SD 為 1 時為關斷模式，SD 為 0 時為正常模式（包括比較模式和中斷模式）。

 

TM 設置器件工作在比較模式還是中斷模式。TM 為 1 時工作在中斷模式，TM 為 0 時工作在比較模式。

 

POL ALERT 極性位。通過 POL 的設置，可以使控製器和 ALERT 輸出極性一致。

 

F1／F0 錯誤隊列配置位。隻有溫度連續超限 n 次後，報警才會輸出。參數 n 由 F1 和 F0 來設置，設置錯誤隊列的目的是防止環境噪聲對報警輸出的影響。具體配置參數如表 1 所列。

 

R1／R0 溫度傳感器分辨率配置位。通過對其配置
，可以控製溫度傳感器的轉換分辨率
，同時也可以控製時間；分辨率越高，轉換時間越長。具體配置參數如表 2 所列。

 

OS 在關斷模式下
，向該位寫 1，可以開啟一次溫度轉換；在溫度比較模式下，該數據位可以提供比較模式的狀態。

 

 

 

4
、TMP275 的工作方式與串行接口

4.1 工作方式

正常工作方式下，當所采集的溫度在上下限溫度之外時
，TMP275 會依據配置寄存器中的 TM 狀態來決定器件是工作在比較模式還是中斷模式。當器件工作在比較模式，且所采集的溫度連續 n 次（參數 n 為由 F0
、F1 決定的連續錯誤數）等於或大於 THIGH 時，比較器激活 ALERT 告警輸出，提醒主機當前工作溫度不正常；隻有當溫度連續 n 次低於 TLOW 時，ALERT 信號才恢複正常。正常工作時，默認方式為比較模式。當器件工作在中斷模式，且所采集的溫度連續 n 次在上下限溫度之外時

，比較器都會激活 ALERT 報警輸出

；隻有在對寄存器進行操作或者器件在關斷模式下時
，ALERT 信號才會恢複正常
，此種模式下可以進行係統的耐溫測試。

 

另外，器件還有節能的關斷模式。如果選擇該模式，當前的溫度轉換結束後，器件會自動關斷，此時電流消耗隻有 1μA。隻有向配置寄存器的 OS 位寫 1，才可以開啟下一次溫度轉換。該模式由配置寄存器的 SD 數據位來設定。

 

4.2 串行接口

TMP275 的兩線數據線 SDA 和時鍾線 SCL 兼容 I2C 協議，而且隻能作為從器件。它支持快速模式（1～400kHz）和高速模式（1 kHz～3.4 MHz）。該器件的地址是由固定的高 4 位 1001 以及受控於 A0、A1
、A2 的低 3 位決定。

 

4.2.1 I2C 總線綜述

初始化傳輸的設備稱為“主設備”，受主設備控製的是“從設備”。主設備產生串行時鍾（SCL）
，控製總線接入，以及產生啟動（START）和停止（STOP）條件。隻有在總線不忙時，才可以傳送數據。在傳送期間
，時鍾信號線為高電平時，數據線 SDA 必須保持不變

；隻有在啟動／停止信號到來後，數據線 SDA 才能改變。

 

TMP275 作為從設備，隻有接收到啟動信號後，芯片才開始工作。若接收到的地址無誤，則發出一個確認信號，並根據 R／W 位的狀態進行讀／寫操作。當停止信號到來後，所有工作結束。

 

4.2.2 從設備接收模式

接收模式下，主設備先向 TMP275 發送 TMP275 的地址信息和狀態信息（R／W=0），然ran後hou發fa送song數shu據ju，寫xie入ru地di址zhi指zhi針zhen寄ji存cun器qi。下xia一yi個ge字zi節jie或huo者zhe幾ji個ge字zi節jie再zai依yi據ju指zhi針zhen寄ji存cun器qi的de內nei容rong寫xie入ru相xiang應ying的de寄ji存cun器qi。對dui於yu每mei一yi個ge成cheng功gong接jie收shou到dao的de數shu據ju，TMP275 都將發送確認信息。主設備通過發送停止信號而終止數據傳輸。

 

4.2.3 從設備發送模式

發送模式下，主設備先向 TMP275 發送 TMP275 的地址信息和狀態信息（R／W=1），然後讀取由地址指針寄存器指定的數據。對於每一個成功接收到的數據，TMP275 都將發送確認信息。主設備通過發送停止信號而終止數據傳輸。

 

5
、TMP275 在家庭環境監控中的應用

5.1 節點簡介

本文的討論是以基於藍牙（Bluetooth）技術的家庭環境監控係統的節點為平台
，介紹溫度傳感器 TMP275 在環境監控中的具體應用。該節點包括處理器、藍牙模塊、溫度傳感器 TMP275 和電源 4 部分，如圖 4 所示。

 

 

 

5.2 處理器部分和溫度傳感器部分

節點處理器選用 AVR 單片機 ATmega128。它是基於 AVR RISC 結構的 8 位低功耗 CMOS 微處理器。由於其先進的指令集及單周期指令執行時間，ATmega128 的數據吞吐率高達 1 MIPS／MHz，從而緩解了係統在功耗和處理速度之間的矛盾。

 

ATmega 128 提供一種兼容於 I2C 的 TWI 總線接口，因此 TMP275 的 SDA 和 SCL 引腳可以直接與處理器的引腳相連，另外還需接上拉電阻。TMP275 的報警輸出方式設置為低電平輸出，接有上拉電阻。A0
、A1 和 A2 全部接低電平，這樣 TMP275 器件的寫地址為 0x90
，讀地址為 0x91。TMP275 的連接原理圖如圖 5 所示。

 

 

 

5.3 藍牙模塊部分

藍牙模塊選用 CSR 公司的 BlueCore02-External 藍牙芯片。此芯片是一個單一芯片無線電和基帶鏈路控製器的 Bluetooth 2.4 GHz 係統，采用 0.18 μm CMOS 技術，集成了射頻
、基帶
、帶有全部集成藍牙協議棧的 MCU 以及收發器。

 

在本節點的設計中

，藍牙模塊通過 UART 接口與處理器相連接。IO0、IO1
、IO2 引腳接 LED 燈
，用來指示藍牙模塊與其他藍牙設備進行尋呼
、連接和數據傳輸的狀態。藍牙模塊的其他引腳在本節點設計中未涉及，故予以省略。藍牙模塊的連接原理圖如圖 6 所示。

 

 

6
、結 語

實際應用表明，TMP275 芯片具有很高的性能，利用它可以很好地實現預期的設計功能
，而且操作簡單。利用主控處理器和多片 TMP275 也很容易構成一個其他的環境監控係統，且能得到很高的測試精度。目前，基於溫度傳感器 TMP275 和藍牙技術的家庭環境監控係統已經調試完畢
，運行性能良好。