I2C温度センサーLM75

I2C温度センサーLM75

I2C温度センサーLM75

LM75 I2C 温度センサー 温度計 I2C バス

目次

    動作原理

    El IC LM75は、 シリコン半導体バンドギャップ温度センサー.

    半導体では、 禁断のバンド これは、より速く移動できる状態が存在しないため、電場の増加によって増加できない電子のエネルギーゾーンです。これ 禁断のバンド の間に含まれます 価電子帯 (エネルギーが低い)そして ドライビングバンド (より高いエネルギー)。熱励起(私たちが興味を持っている目的では温度の上昇)により、一部の電子が十分なエネルギーを獲得して、 ドライビングバンド.

    前回の記事でも説明したように、 電子温度測定、金属では、キャリアの数は温度に依存しませんが(すべての電子は常に利用可能です)、その移動度は温度の影響を受けるため、金属の抵抗は温度とともに増加します。これは、次のような理由による電子の速度の低下によるものです。彼らの増加 熱撹拌 そしてそれによって生成される電子の散乱。

    半導体の場合、この存在により、 禁断のバンド キャリアの数は温度に依存します(温度によって異なります)。 フェルミ・ディラック分布) 温度とともに導電率が増加します。半導体では、温度が上昇すると抵抗が増加しますが、導電率も(さらに)増加します。

    たくさん シリコン半導体バンドギャップ温度センサーLM75 の場合と同様、この原理に従って動作し、シリコン ダイオードの電圧に対する温度の影響を定量化することで温度を決定できます。

    LM75 ハードウェア コンポーネント

    LM75には、 シグマデルタ変調によるアナログデジタルコンバータ これは、温度の数値 (デジタル) 値を取得する役割を果たします。この値は、その後 (100 ミリ秒ごとに) レジスタの XNUMX つに格納され、バス経由で読み取ることができます。 I2C.

    LM75 I2C 温度センサー。操作ブロックの簡略図

    LM75 には、測定温度を含むレジスタに加えて、最大温度を保存できるレジスタと、測定温度がこの XNUMX 番目のレジスタに保存されている温度を超えた場合に信号を生成できるコンパレータがあります。測定温度が特定のレベルを下回るまで警告を再度発令しないように、XNUMX 番目のレジスタに温度の値を保存できます。 ヒステリシス.

    LM75 の動作の設定は XNUMX 番目のレジスタに保存され、警告が生成される条件、この警告信号の起動方法 (割り込みモードまたは比較モード)、およびデバイスの起動 (モード) が決定されます。他のパラメータの中でも特に、通常の動作または低消費電力)。

    LM75 の技術仕様と実装

    LM75 が測定できる温度範囲は -55 °C から +125 °C まで変化し、数値分解能は 0.125 °C ですが、温度が - 2 °C および +25 °C、-100 °C ~ +3 °C の最も極端な温度での精度は ±55 °C です。

    LM75。 I2C温度センサー。ピン配列

    回路への LM75 の実装 (ハードウェア) は非常に簡単で、抵抗以外のコンポーネントは必要ありません。 プルアップ インクルード バス I2C 2,8 V ~ 5,5 V の電圧で電力を供給できます。 バス I2C この場合は通常のように、75 つのピン A0、A1、A2 をハイ レベルまたはロー レベルでアドレスを構成することで、最大 XNUMX つの LMXNUMX 温度計を配置できます。

    LM75。 I2C温度センサー。応用回路

    一方、LM75 をプローブとして使用するのは、パッケージのせいで不快です。 TSSOP (TSSOP8)または SOIC (SO8) で、通常は周囲温度の測定、または環境内に配置されたコンポーネントの温度の測定に使用されます。 PCB ここには LM75 温度計があります。

    起動時に、LM75 は最大温度 +80°C、温度 ヒステリシス +75 °C およびコンパレータ動作モード、つまりサーモスタットの動作をエミュレートするモード: 最高温度に達したとき、およびそれが温度を下回った場合にのみ警告がアクティブになります。 ヒステリシス 通知を再生成します。

    I75C バスを介したマイクロコントローラーからの LM2 の悪用

    の使用のおかげで バス I2C LM75 の操作は非常に簡単で、バス上で占有しているアドレスにアクセスして、設定を保存または読み取り、測定された温度の値を取得するだけです。

    住所 I2C LM75 のベースは 0B01001XXX で、上で説明したように、ピン A0、A1、A2 を High (値 XNUMX) または Low (値 XNUMX) に設定するハードウェアによって設定される最後の XNUMX つのアドレス ビットによって補足されます。

    温度計としてのLM75

    最後に測定された温度を保存するレジスタ (TEMP) はアドレス 0x00 にあり、構成レジスタ (CONF) はアドレス 0x01 にあり、温度を保存するレジスタはアドレス XNUMXxXNUMX にあります。 ヒステリシス アドレス 0x02 にあり、最大温度または過熱 (TOS) はアドレス 0x03 にあります。現在の温度(TEMP)を除いて、すべて読み取りおよび書き込みとして機能します。

    のために開発されたいくつかのコード例を使用する Arduinoの (ほぼ普遍的なリファレンスとなっています) LM75 の動作をさらに明確にすることができます。最も基本的な便利な例は、最後に測定した温度の記録を読み取ることで、LM75 を温度計として使用することです。

    このプロセスはデバイスを操作するときの通常のプロセスです I2C:

    1. ライブラリを追加する I2C コードに #include <Wire.h>
    2. ライブラリを初期化する I2C 使用して Wire.begin();
    3. 次を使用して LM75 温度センサーにアクセスします。 Wire.beginTransmission(DIRECCION_LM75)
    4. 次を使用してアクセスしたレジストリのアドレスを送信します。 Wire.write(REGISTRO)
    5. リリース バス I2C とともに Wire.endTransmission()
    6. LM75に再アクセスします
    7. 次のコマンドを使用してレジストリ値を要求します。 Wire.requestFrom(DIRECCION,CANTIDAD)
    8. データが受信されたことを確認するには、 Wire.available()
    9. 要求された値を読み取ります Wire.read() (バイトの数だけ構成されます)
    10. 必須ではありませんが、完了したら、 バス I2C

    デバイスログに情報を取得または保存するための通常のプロトコルに加えて、 バス I2C、LM75 が提供するデータを活用するには、内部で温度を表す形式を考慮する必要があります。

    LM75 温度レコードに保存されている値の取得

    前の例のコードの 22 行目では、LM75 の 16 つの温度レジスタに保存されている情報をロードする方法を確認できます。 11 バイト (XNUMX ビット) が使用され、そのうちの最上位 XNUMX ビットのみが有効です。温度を整数として読み取るには (符号は でエンコードされています) XNUMXの補数) 最上位バイトが最初に変数にロードされます int de Arduinoの そしてそれは 8 ビット左に回転され、 int。次に、XNUMX 番目のバイトが読み取られて変数に追加されます。 int OR演算を使用する

    LM75 にロードされた温度値の解釈

    24 行目では、温度値を解釈する方法がわかります。まず、整数として 32 で割る必要があります (符号を失わずに関連する 11 ビットを回転します)。そして、温度を表す「ステップ」数 (8 オクターブ) である XNUMX で割る必要があります。 type の値を取得するには float 対応する小数を使用します。コンパイラ ( ツールチェーン de Arduinoの) 整数の 32 による除算を最適化すると、演算が (それほど) 高速化されないため、符号を保存してビットを「手動で」回転する必要がありません。

    I2C バスからのデータ受信を確認する

    前のコードは、デバイスが要求したデータが到着したかどうかを確認していないにもかかわらず、問題なく動作します。 バス I2C、最もオーソドックスな (そして推奨される) のは、データが適切な数で到着するのを待つことです。通信速度やエラー耐性が十分すぎるため、データを要求するだけで待たずに読み込むコードもよくあります。例の場合は、主な意図から逸れないため、この方法で行うと便利ですが、実稼働コードの場合は、通信プロセスのリストの XNUMX 番目のポイントで提案されているように行うことをお勧めします。 I2C。次の例のコードは、活用フェーズで LM75 を使用するために推奨される変更を強調しています。

    LM75の動作を設定する

    LM75 の最も基本的な構成は、警告を生成するための最大温度を設定することと、 ヒステリシスこれにより、いつ非アクティブ化され、繰り返すことができるかが決まります。これらの値を設定するには、対応するレジスタに値を保存するだけです。

    現在の温度記録と同様に、最高(警告)温度と ヒステリシス これらは 11 バイトを使用しますが、最初のものとは異なり、9 ビット (XNUMX 度) ではなく XNUMX (XNUMX 度) を考慮するため、より小さい値が格納された場合でも、この分解能の間隔のみが考慮されます。

    前のコードでは、警告に関連する温度の構成のみが変更されているため、残りの操作はデフォルトの構成に対応します。

    このデフォルト設定には、関連する XNUMX つの特性があります。XNUMX つは警告モードです。デフォルトでは「サーモスタット モード」と呼ばれるもので、最高温度 (または警告) に達したときに警告をアクティブにし、温度が下がるまでは非アクティブにしないという構成になっています。の温度 ヒステリシス。代替手段は「割り込みモード」です。このモードでは、信号が最大値を超えたとき、または信号が許容値よりも低い値に達したときにアクティブになります。 ヒステリシス 任意の記録 (通常は現在の温度) を読み取ることでリセットされます。

    75 つ目の特徴は、警告信号がローレベルでアクティブになることです。つまり、最高警告温度に達するまで OS 端子がハイレベルになることです。警告信号の極性 (警告信号がアクティブになるレベル) は設定可能であるため、一部の単純な設置では、この信号 (ハードウェア) を使用して LMXNUMX を活用するだけで十分です。たとえば、システムが停止しているときにファンを接続または切断します。一定の温度に達します。

    警告温度に達した直後に警告を発せず、数回のインシデントの後に警告を発するように LM75 の動作を設定することもできます。この動作は、温度制限内で作業する場合、または温度が非常に急速に変化する場合に非常に役立ちます。 LM75 は、最高温度を XNUMX、XNUMX、XNUMX、または XNUMX 回超えた後に警告するように構成できます。

    コンフィギュレーション レジスタには、LM75 を非アクティブ化 (「オフ」) にして低消費モードに入るビットもあります。低消費モードは、このビットを再度変更するか、次のレジスタを読み取るときに単に変更することによって終了します。

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