一种双路两线制温湿度变送器

　　0　引言

　　随着应用安全要求的不断提高及技术的不断进步,变送器也由四线制发展到目前流行的两线制。两线制可以节约大 量电缆线和安装费用;提高检测精度;传输距离更远;将4 mA用于零电平,便于判断开路与短路或传感器损坏(0 mA状态)。两线制变送器一个很大的难题就是功耗问题,而4~20mA的传输规范要求在4 mA时整机能够正常工作,如何做到在4 mA时整机能正常工作便成了难以突破的技术瓶颈。设计采用DC/DC开关电源进行功率转换,在4mA输出时可以提供大于4 mA的电流给电路供电,从而解决了功耗问题。点亮液晶背光整机仍然能输出4~20 mA.

　　1　原理框图

　　硬件电路如图1所示。它是由MSP430F169控制核心电路、电源电路、人机接口电路、传感器电路、匹配电路和V/I转换电路6部分组成。整 个系统可分为主路和辅路,可独立供电。主路包括±5 V电源及其中的+5 V电源经分压后作为系统电源(3·3V)、CPU、传感器、1路V/I转换输出及LCD(为了降低功耗采用SPI串行通讯LCD)显示测量结果(调试需外 接手操器———按键)。辅路包括隔离匹配电路和1路V/I转换输出。

　　2　电源部分电路

　　电源电路包括系统电源和±5 V电源(2路)2部分。系统电源给CPU、人机接口及传感器电路供电, 2路±5 V电源给各自V/I变换电路供电,同时,主路+5 V电源经二极管分压成为：

　　3·3 V后作为系统电源供电。-5 V电源仅作为参考,不提供功率。主电源(+5 V)电路如图2所示。

　　图2中,U1(MAX1776)为DC/DC芯片,它是一款高效降压转换器,转换效率高达95%,可将高达24 V的电源电压调整为1·25 V~VIN的输出电压,其内部限流PMOSFET可提供高达600 mA的负载电流。它直接从24 V转换,既降低功耗,又省电。该款MAX1776提供极低静态电流(15μA),可提高轻负载效率,延长电池寿命。该器件关断时的电流消耗仅为3μA.其 外围器件D1,L1,E1与MAX1776内部的PMOSFET及双稳态多谐振荡器一起完成校准输出电压和限制输出电流功能。输出电流由电感L1和输入输 出电压差决定,与输入电流无关。

　　由上式可知,选择合适的电感,足够的输入输出电压差,MAX1776在输出4 mA时可以提供大于4 mA的电流。

　　3　SHT11传感器

　　SHTxx系列产品是高度集成的温湿度传感器芯片,提供全量程标定的数字输出。它采用CMOSens 技术,具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件,这2个敏感元件与信号放大调理 电路,一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路(与I2C总线不兼容)设计在同一个芯片上面。该传感器可与单片机直接相连,外围电路简单,兼有露点 测试功能,体积小,功耗低(测量时为550μA,平均为28μA,休眠时为3μA),响应时间小,抗干扰能力强,互换性好,性价比高等特点。典型应用电路 如图3所示。