FastBond2阶段1-适用于十二指神探的数字温度传感器拓展
一款基于TCN75AVUA具有高精度,自带报警功能的数字温度传感器,使用I2C总线读取温度,具有地址控制的功能。可以与十二指神探相连。
标签
PCB设计
数字温度传感器
温度检测
十二指神探
Steven Kai
更新2023-07-24
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1.项目介绍:该项目是一款数字温度传感器模块,旨在为电子系统提供高精度的温度测量能力。使用microship的TCN75AVUA芯片作为数字温度传感器芯片,该模块基于数字接口与主控制器通信,并通过I2C协议传输温度数据。

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2.功能介绍:

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      温度测量:能够测量环境温度,并将其转换为数字信号,以便主控制器读取和处理温度数据。它通常具有较高的测量精度和稳定性,适用于各种应用场景。
      I2C接口:该模块采用I2C数字接口与主控制器通信。I2C是一种常见的串行通信协议,使得模块与许多不同类型的主控制器和微处理器兼容。
      高精度:TCN75AVUA有高精度的温度测量能力,分辨率高达12位,可以在较广泛的温度范围内提供准确的测量结果。
      警报功能:该模块支持设置温度警报阈值。当环境温度超过或低于预设的阈值时,它会触发警报信号,以便系统可以采取相应的措施,如报警或自动控制。
      可与12指神探拓展相连:附带一个2*6的排针接口可直接与RP2040的十二指神探相连

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3. TCN75AVUA芯片介绍:

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      TCN75AVUA是一种温度传感器芯片其测温物理原理基于热敏电阻(Thermistor)的工作原理。热敏电阻是一种电阻器,其电阻值随温度的变化而变化。在TCN75AVUA芯片中,使用了一种称为负温度系数(NTC)的热敏电阻。NTC热敏电阻的电阻值随温度升高而下降,而在温度下降时电阻值则上升。
      该芯片中的热敏电阻与温度敏感元件(通常为PTAT电流源)组成一个温度敏感电路。在特定的温度下,电路会产生一个电压,该电压与温度成比例。芯片内部的模拟电路和ADC(模数转换器)将该电压转换为相应的数字值,这个数字值就代表测量到的温度。
      TCN75AVUA芯片具有高精度和灵敏度,可在较广的温度范围内测量温度。通过与主控制器(如微处理器或FPGA)的数字接口通信,主控制器可以读取和处理TCN75AVUA芯片提供的温度数据,从而实现对环境温度的监测和控制。
      具体来说,它是一款数字温度传感器,广泛应用于各种电子设备和系统中,用于测量环境温度并将其转换为数字信号,以便微处理器或其他控制器能够读取和处理温度数据。

芯片特性:
      感应温度范围:-40°C~125°C
      精度:±1°C(典型)
      电压-电源:2.7V~5.5V
      工作温度:-40°C~125°C
      转换时间:30ms 至 240ms 典型转换时间
      传输协议:I2C
      封装:8-MSOP
4.I2C总线通信介绍

      数字温度传感器上的TCN75AVUA 充当使用I2C串行通信的从设备。在通信中,主设备必须指定一个从地址(0x48-0x4F)和一个标志,指示是否通信是读取(1)或写入(0)。接下来是实际的数据传输。对于TCN75AVUA,数据传输应包括所需设备寄存器的地址,后跟要写入的数据指定的寄存器。要从寄存器读取,主机必须将所需的寄存器地址写入TCN75AVUA,然后发送I2C 重启条件,并向TCN75AVUA 发送读取请求I2C接口标准使用两条信号线。这些是I2C数据(SDA)和I2C时钟(SCL)。在TCN75AVUA上,SDA和SCL均为漏极开路引脚。为了建立通信,这些引脚必须连接到上拉电阻。数字温度传感器在跳线J4和J5上具有可选的上拉电阻。如果主设备曾经与数字温度传感器通信 在SDA 和SCL 信号(J4和J5)上没有上拉电阻必须短路以通过I2C建立通信。如果主器件已经有上拉电阻,则这些跳线可以保持打开状态。

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      数字温度传感器的I2C总线可以设置为使用八个有效地址之一。地址的前四位是固定的,三个最低有效位由跳线J1,J2和J3的状态指定。J1对应于位地址的零,J2对应于地址的第一位,J3对应于地址的第二位。这地址是通过将数字温度传感器的AX引脚(其中X是位号)与3V3或GND短路来设置的。在GND位置跳线帽对应于零,而在3V3位置跳线帽对应一个1。
5.温度报警功能:

      数字温度传感器提供一个接口,用于根据当前温度控制外部器件阈值。当环境温度超过寄存器中的值时,可以发出警报在ALERT引脚上发出信号。根据设备的配置,警报可能处于低电平或高电平以及JP6的状态。当ALERT引脚未由器件驱动时,短路JP6通过一个 2.2k电阻上拉ALERT引脚。通过芯片上的ALERT引脚输出温度报警信息也可配置为充当比较器输出或充当中断

6.原理图设计:

      供电电路设计:通过一个0.1uf电容和1uf的电容并联到芯片的电源管脚

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      地址控制电路设计:通过引出三条地址线与VCC,GND构成排针,通过跳线帽控制地址

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      报警管脚设计:将报警管脚ALERT引出来设置其工作模式

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7.应用范围:

      室内温度监测:使用数字温度传感器监测室内温度,并将温度数据显示在LCD屏幕或通过手机App显示

      智能温控系统:基于数字温度传感器的数据,开发一个智能温控系统,可以自动调节空调或供暖系统,实现自动化的温度控制。

      温度报警器:将数字温度传感器与蜂鸣器或闪光灯连接,当温度超过设定的阈值时,触发报警器。

      温度记录器:使用数字温度传感器记录温度数据并存储到微控制器或SD卡中。

      智能温室系统:为温室发一个智能系统,使用数字温度传感器监测温室内的温度,并自动控制灌溉系统或通风设备,优化植物生长环境。

      食品存储监控:将数字温度传感器放置在冰箱或食品存储区域,实时监测温度。

      智能温度计:基于数字温度传感器开发一个智能温度计应用,可以通过手机App实时监测和记录温度,并提供历史温度数据和趋势分析。

8.DigiKey Scheme-it工程页面:

https://www.digikey.cn/schemeit/project/detail/4e193122039e43579c259a52ac442cb8

物料清单
附件下载
数据手册.pdf
TCN75AVUA数据手册
Pmod TMP3_1.rar
KiCad工程
Digital-temperature-sensor.pdf
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