红外链路温度传感器允许隔离温度传感器

描述了通过IR链路传输温度数据的电路，从而允许隔离温度传感器。该电路由一个红外发射器、一个红外接收器和一个温度传感器组成。

从距离地面几十伏的电位点获取温度读数的问题很困难，并且随着电压差的增加，它变得更加困难。高EMI环境也是如此。对于这些情况，仅通过红外连接连接到读出点的温度探头可能是一个很好的解决方案。通过最小化功耗的设计以及使用长保质期、高能量密度电池（锂原电池），可以简化为这种传感器供电的问题。

红外连接传感器/变送器

MAX6576为低功耗（140μA）、内部传感器、温度-周期转换器IC。该器件采用 6 引脚 SOT 封装，可读取 -40°C 至 +125°C 的温度，采用 2.7V 至 5.5V 电源供电。其输出是一个方波，其周期与IC芯片温度的绝对温度（K）成正比。比例因子可以设置为（硬连线）10、40、160 或 640ms/K （1K = -273.15°C）。在此应用中，它被设置为最低工作频率（最高平均，最低噪声），因此在室温（+25°C = 298K）下的周期为192ms（约5.2Hz）。该周期比MAX6576本身的时间常数快，后者是单元可以检测的最大温度压摆率。在+125°C（最高工作温度）时，信号周期为255ms;在-40°C（最小值）时，为149ms。

MAX6576方波输出的每个正向转换都会触发图1所示的IR发送器电路产生短（约10μs）高强度IR脉冲。电路非常简单：74HC132四通道双输入施密特触发IC的四分之一用作正边沿差分器，其余三个栅极并联并用作IR LED驱动器。红外 LED 是标准类型，用于手持式遥控单元。在接近室温的情况下测量时，原型单元中测量的总功耗小于140μA。

图1.温度传感器红外链路变送器。

红外连接传感器由CR3032锂电池（厚3毫米，直径23毫米）供电，能够连续运行六个月。两台并联的CR3032将运行一整年。CR3032等标准锂原电池的极限是+60°C最高工作温度。BR2477A（松下®聚一氟化碳锂高温型，厚7.7mm，直径24.7mm）可以为传感器和红外发射器供电一年，工作温度范围为-40°C至+ 125°C。 传感器单元的最大组件是电池，它实际上单独定义了整体尺寸，因为它比所有其他组件的总和还要大。

红外接收器/信号处理器

接收器/信号处理器的目的是接收温度传感器产生的红外光脉冲，并将其转换为两种类型的输出：数字和模拟。

数字输出只是从红外信号中恢复的标准逻辑脉冲。该脉冲可用作微控制器（μC）的中断。然后可以使用一个μC外设定时器和简单的缩放算法恢复原始温度数据。

模拟输出为与IR信号周期成比例的直流电压（由MAX6576输出决定，与绝对温度成比例）。该输出允许数字万用表或DVM读取放置红外连接传感器的点的温度，电压值显示直接温度读数。像MAX1495这样具有LCD显示驱动功能的一体化DVM IC也可用于构建独立单元。

接收器/信号处理器单元由四个电路模块组成：放大器/滤波器、信号恢复/定时发生器、线性斜坡发生器和缓冲采样保持器。图2的原理图显示了完整的电路。

图2.温度传感器IR链路接收器具有MAX4475、MAX4236、MAX6037和MAX4618。

放大器/滤波器由两级低噪声放大组成，差分和积分常数经过优化，可实现最小噪声。放大器/滤波器输入连接到 IrDA® 链路或电视或其他电器远程控制单元中使用的红外传感器。

一个施密特触发单触发IC和两个级联数字微分器执行信号恢复和定时。在图3中，示波器照片显示了接近1ms的恢复脉冲（SIGNAL_PULSE），这也是数字输出，以及SIGNAL_PULSE产生的两个连续50μs脉冲（PULSE1和PULSE2）。

图3.1ms恢复脉冲（SIGNAL_PULSE）和两个连续50μs脉冲（脉冲1和脉冲2）。

线性斜坡由恒定电流（由电阻R提供）产生坡道和一个自举参考电路），为电容器 C 充电坡道.斜坡由与基准电压源IC自举相同的运算放大器缓冲。斜坡斜率是流经电阻和电容的电流的函数。因此，电阻器、电容器和基准电压的容差要求使用与电阻R串联的调整坡道以调整模拟温度读数的精度。图4显示了线性斜坡和恢复SIGNAL_PULSE。

图4.线性斜坡和恢复SIGNAL_PULSE。

利用MAX4618模拟开关，PULSE1激活采样保持（S&H）。S&H 记忆 S&H 电容器中的斜坡电压值 （C.SH），紧接在 PULSE1 结束后。PULSE2在PULSE1结束后，驱动相同的MAX4618将斜坡复位至零。然后，模拟输出在S&H运算放大器单位增益缓冲器的输出端可用。由于恢复的输入信号（SIGNAL_PULSE）的周期与远程传感器所在点的温度成正比，因此第二个SIGNAL_PULSE到达时的斜坡电压也与温度成正比。S&H电路存储此电压，这也是稳定到三个有效位数的模拟输出。

红外链路的范围约为 20 英尺，具有完整的环境照明。增加一个晶体管来驱动电流增加的红外LED可以扩展有用范围。增加接收器的增益也可以扩展范围，因为本底噪声不是当前值的限制。

结论

所展示的单元是作为演示原型建造的。如果用作更永久的系统，则需要添加带有信号丢失指示器的信号监视器。单个IC（由PULSE1驱动的看门狗定时器）可以实现此功能。

审核编辑:郭婷