低功耗温度采集装置的设计外文翻译资料

The design of low-power temperature acquisition device

One. the composed of system of temperature acquisition devices

The system is composed of PIC18F452(MCU)、 Power supply module、 Temperature Sensor、 Amplifier circuit、 External data memory circuit、 The low voltage detection circuit of Liquid crystal display. As shown in Figure(1):

Figure(1) The principle diagram of system block

Two. the hardware design

1. The working principle of the system:

First, setting communication through the PC software and data acquisition system, set sampling time interval and the number of sampling points of each interval, achieving temperature acquisition by using the A/D converter sampling thermistor. Going into power down state automatically after the end of the data sampling system until the next sampling start every time, this design ensures that the lowest power consumption for battery-powered systems. The system from the low power state to the working state is mainly completed by the 24LC128 timer.

(2) Experimental circuit hardware system is shown in Annex 1.

(3) Selecting system devices

1. Selecting EEPROM chip

Due to the storage within 30 days of temperature data,and the system established the sampling period for 10min/times, so the 30 days required to store 6*24*30*8 = 34560 data.A data accounts 3 bytes in PIC18F452, in a word, the storage space required for 3*34560=103680B=101.25K. So we choose 24LC128 chip.

The pin functions and features of 24LC128 chip

2. The choice of power battery

On the system power budget, to predict battery life and to choose the right battery.

The following table (one) is the system to produce power consumption by woring in different mode.

Table (one)

Average current:I== 8.61e-3/2000e-3=0.0043Ma.

Thereby, we can get the length of different battery life, as shown in the following table (two) :

Table (two)

Table (two) apparently is available for the following conclusion, battery power supply which is suitable for the field of temperature acquisition for AAA alkaline battery of 3V, AAA alkaline battery is not only used for a long time for field measurement , but also low resistance can reduce the self discharge of battery, to achieve low power consumption.

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   低功耗温度采集装置的设计

   一、温度采集装置的系统组成

   整个系统包括PIC18F452(MCU)、电源模块、温度传感器、放大电路、外部数据存储电路、液晶显示器低压检测电路。如图（1）所示：

   图（1）系统组成原理框图

   二、硬件设计

   （1）系统的工作原理：

   首先通过PC机软件与数据采集系统进行通信设置，设置好每个工作区间的采样时间间隔和采样点数，通过采用A/D转换采样热敏电阻阻值实现温度采集。每次系统数据采样结束后自动进入掉电状态直到下一次采样开始，这种设计确保在电池供电系统的功耗最低。系统从低功耗状态变为工作状态主要是由24LC128定时器完成。

   （2）硬件系统的实验电路如附件1所示。

   （3）系统器件的选择

   1.EEPROM芯片的选择

   由于要存储30天内的温度数据，且系统所设的采样周期为10min/次,则30天需要存储6*24*30*8=34560个数据。而在PIC18F452中一个数据占3个字节，也即所需存储空间为3*34560=103680B=101.25K,因此选用24LC128芯片。

   24LC128芯片管脚功能及特性

   Name	Function
   A0,A1,A2	User Configurable Chip Selects
   Vss	Ground
   SDA	Serial Data
   SCL	Serial Clock
   WP	Write Peotect Input
   VCC	1.8 to 5.5V(24AA128)
   	2.5 to 5.5V(24LC128)
   	4.5 to 5.5V(24C128)

   参数名称	数值
   Density	128K bits(x8)
   Op. Volt Range(V)	2.5 to 5.5
   Max. Clock Frep	400 KHZ
   Page Size (bytes)	64
   Write Protect	Array
   Temp Range(℃)	-40℃ to 125℃
   Endurance	1000000

   2.供电电池的选择

   对系统功耗的预算，来预测电池的寿命及选择合适的电池。

   以下表（一）即为系统工作在不同模式时候电量的消耗。

   表（一）

   模式	处于模式的时间（ms）	电流（mA）		电量 电流*时间（mA*秒）
   		按器件	模式总共
   休眠 MCU休眠 传感器关闭 EEPROM关闭	1989	0.00005 0 0		5.00E-05	9.95E-05
   初始化 MCU休眠 传感器开启 EEPROM关闭	1	0.000065 0.0165 0		1.66E-02	1.66E-05
   对传感器采样 MCU运行 传感器关闭 EEPROM关闭	1	0.048 0.0165 0		6.45E-02	6.45E-05
   数据换算 MCU运行 传感器关闭 EEPROM关闭	1	0.48 0 0		4.80E-02	4.80E-05
   存储 MCU运行 传感器关闭 EEPROM开启	8	0.048 0 1		1.05E 00	8.38E-03
   E总共	2000	/		/	8.61E-03

   平均电流：I== 8.61e-3/2000e-3=0.0043Ma。

   从而由此可得不同电池所使用寿命的长短,如表（二）所示：

   表（二）

   电池	容量（mAh）	寿命
   		小时	天	月	年
   CR1212	18	4180	174	5.8	0.48
   CR1620	75	17417	726	24.2	1.99
   CR2032	220	51089	2129	71.0	5.83
   碱性AAA电池	1250	290276	12095	403.2	33.14
   碱性AA电池	2890	671118	27963	932.1	76.61
   锂离子电池	850	197388	8224	274.1	22.53

   由表（二）显然可得，适合于野外温度采集的供电电池为3V的碱性AAA电池，碱性AAA电池不仅使用时间长适合野外测量而且低内阻可减少电池的自放电，实现低功耗。

   1. 最小系统组成：

   石英晶体振荡电路（电容值越小，电路越易起振）、外部中断按键电路（与 PIC18F452的I/O相接，经使用较大的上拉电阻大大的减少功耗）、复位电路以及下载口电路，其中3V的电源供电，经上拉电阻实现了电路的低功耗。其电路如图（二）所示：

   图（二）

   1. 外部数据存储模块

   24LC128芯片的功能及特性在芯片选择时已经介绍过，此处不再重复。此电路实现的是对外部采集的数据进行存储，其用I/O口控制数据存储电路同样实现了低功耗的设计。其组成电路如图（三）：

   图（三）

   1. 低压报警电路与液晶显示模块

   采用FYD12864-0402B带中文字库的点阵型液晶,其电压供电电压范围为： 3.0-5.5V。符合本系统要求，并通过晶体管实现背光灯的控制和通过I/O供电，实现了低功耗。组成电路如图（四）所示：

   图（四）

   1. 温度采集装置

   工作原理：

   热敏电阻、运算放大器及A/D转换共同构成多点温度采集电路。而A/D转换由 PIC18F452内部完成。其外部电路图如图（五）所示。

   图（五）

   随着外界温度的变化，热敏电阻阻值发生变化，热敏电阻两端的电压发生变化，再有电压跟随器将改变的电压值传送入PIC18F452芯片实现A/D转换。这样系统就实现了电压→ 电阻→温度。实验电路中我采用的每个LM324芯片包含有四个电压跟随器，故本实验只需要两个LM324芯片即可。温度采集装置电路如图（六）所示：

   图（六）

   1.热敏电阻厂家提供数据手册

   NTC热敏电阻温度—阻值特性表

   T(℃)	R(KΩ)	T(℃)	R(KΩ)	T(℃)	R(KΩ)
   -8℃	32.6KΩ	0℃	24.1KΩ	2℃	22.1KΩ
   5℃	19.3KΩ	10℃	15KΩ	15℃	12.5KΩ
   20℃	9.7KΩ	25℃	8.1KΩ	30℃	6.45KΩ
   35℃	5.49KΩ	40℃	4.45KΩ	45℃	3.91KΩ
   50℃	3.17KΩ	55℃	2.8KΩ	60℃	2.45KΩ
   65℃	1.86KΩ	70℃	1.38KΩ

   1. NTC负温度系数热敏电阻工作原理

   NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导

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