一种基于SWC的数字温度计的设计

　　环境温度对工业、农业、商业和人们的日常生活都有很大的影响，而温度的测量也就成为人们生产生活中一项必不可少的工作。传统的测温仪测量费时，准确度也较低，本文采用SWC温度传感器设计了一种数字测温仪，利用他可以快速、准确地测得温度。

　　1 设计思想

　　该测温仪由数字式温度传感器、单稳态定时电路、计数电路、译码与LED数码管显示电路等组成。测温范围为0～50℃，精度为0.1℃，数字显示。根据SWC数字式温度传感器的测温原理，将温度转换为数字量，以其输出的串行脉冲个数表示其所测温度数。标定每个脉冲表示0.1℃的温度增量，则0～50℃应对应输出0～500个脉冲，他的转换速度应小于50 ms，电源电压为12 V。定时电路产生的定时宽度为50 ms的闸门脉冲电压，一路经微分电路对计数器进行清零，另一路直接加至数字式温度传感器SWC的K端，温度采集驱动后，即输出串行脉冲，经放大电路放大后，计数电路对其进行计数，再经译码器译码输出驱动共阴极LED数码管，进行动态显示。设计原理图如图1所示。

　　2 电路设计

　　2.1 单稳态触发电路

　　该电路主要由NE555和R2，C1等组成，如图2所示。其阈值电平Vth1=2VDD/3=9 V，触发电平Vth2=VDD/3=4 V。接通电源后，+VDD经R1加到2脚，使V2=VDD>Vth2，而定时电容C1的电压为零，使V6=0

　　。同时+VDD经R2给C1充电，Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1时，定时器又从置位状态变为复位状态，3脚变为低电平。

　　2.2 温度采集电路设计

　　温度采集电路由数字式温度传感器SWC和放大管VT1等组成，如图3虚线框内所示。SWC数字式温度传感器，又称集成数字脉冲式感温探头，他是一种三端器件，控制线K，信号线S，公共线G，具有加电启动和宽脉冲触发两种方式，一旦K线加电或宽脉冲触发，经复位时间Td之后，信号线将输出一串脉冲，每个脉冲为0.1℃增量，脉冲个数就是被测温度的数字量，重复对SWC进行加电启动，可实现对被测温度的连续采样。在本电路中，采用宽脉冲触发，当SWC的K端加入50 ms的闸门脉冲电压(NE555的输出)后，即启动，输出的串行脉冲经过VT1放大后，加到MC14553的11脚进行计数。

　　2.3 计数电路设计

　　计数部分由3位动态扫描计数器MC14553为核心构成，如图3所示。其内部3个负沿触发的BCD计数器以同步工作方式级联在一起，每位BCD计数器输出端都有一个4位锁存器，可将任意时刻的计数值加以储存，并与多路转换配合，完成3组计数器值的分时输出。数字选择器输出提供输出同步信号，完成动态显示方式。由于循环扫描周期多在1ms左右，远小于人的视觉暂留时间，所以可以得到稳定的数字显示。图3电路中，计数器的11脚为计数端，当他为高电平时，MC14553的12脚标准脉冲不能加入，所以NE555的输出经过C3，R5组成的微分电路后，产生一个正尖脉冲电压，通过清零端13脚先对计数器进行清零，同时，MC14553闩锁解除，开始对数字式传感器SWC输出的标准串行脉冲进行计数，等11脚再输入高电平时，计数器又闩锁，同时10脚也为高电平，计数器的数据锁存。这样，在50 ms的脉宽时间内，显示器就可以把已知周期的标准脉冲计数显示出来。

　　2.4 译码与显示电路设计

　　译码与显示电路如图4所示，MC14511是具有锁存/译码/驱动功能的BCD译码器，属于CMOS器件，高电平输出电流可达25 mA，可直接驱动数码管。SM4205是共阴极数码管。由于计数器输出的为BCD代码，MC14511将其锁存后译成数码管所需要的驱动信号，使数码管SM4205显示出BCD码的数值。

　　3 安装与调试

　　按照以上各个部分的原理图，对电路进行级联，并焊接电路板。接好电源，进行调试，发现两个问题。

　　(1)数码管不显示所测温度值。经检测，发现NE555的输出波形失真，这是干扰所致，于是给电源两端并了一个100μF的电解电容和0.1 μF的瓷介电容，再次通电测试后，发现干扰大大减少了，此时数码管也开始显示所测温度值。

　　(2)集成电路MC14511发烫。于是将MC14511与数码管相连的47 Ω的限流电阻换成300 Ω的电阻，测试后发现MC14511不再发热了，但此电阻发热较大，经过多次试验，将此电阻调整为3.3 kΩ后一切正常。

　　为了与普通温度计测温做一对比，将感温探头和精度为0.1℃的水银温度计一起放入同一杯冷藏的水中，接好12 V电源，按一下触摸开关AN，然后对水加热逐渐改变所测温度，在此过程中将二者所测温度值记录(见表1)。

　　经对照，二者读数最大相差0.2℃，可以看出，他比水银温度计响应时间快，与其他温度计、测温系统相比，该测温仪具有显示直观清晰、灵敏度高、功耗低和抗干扰能力强等优点，此外该测温仪不易破损，成本低廉，如果配备专门的连接插件或加长传感器导线长度，可实现多点或远距离温度测量。该测温仪可广泛用于大棚、花房、居室、汽车和空调出风口等环境的测温。