超低功耗温度计

超低功耗温度计

叶苏丹 王钰喜 黄佳璐 胡雯馨 谈欣燕

绍兴文理学院 浙江 绍兴 312000

摘要：本文通过对低功耗相关电子元器件的结构和特点的分析，结合现代控制技术的设计理念，制作了以低功耗单片机STM8L152K4T6为控制器的简易低功耗数字温度测量装置。首先，本装置通过精密模拟温度传感器采集环境温度信息得到模拟量，AD芯片ADS1115将模拟量转换为数字量，再由单片机读取、处理，最终将具体温度显示在液晶显示屏上，同时发射到接收设备上。在此过程中，它克服了传统温度计功耗偏高、精确度偏低等问题。系统结构精巧，成本较低，抗干扰能力强，并且具有超低功耗、超高精确、实时监测、信息互联的特色优势。

关键字 超低功耗；超高精度；实时监测；信息互联

随着物联网的发展，人类进入了电子化时期，低功耗逐渐成为一个新兴的研究方向。目前，市面上的温度计很难在测温的过程中达到超低功耗的要求，由此，我们团队展开了相应的调查与研究。

温度计是可以准确地判断和测量温度的工具，在生产生活中有着广泛而重要的应用，如家庭数字式温度计，生产车间中的显温器等。这些温度计通常使用发光二极管或OLED屏幕来显示温度，虽然该温度计的工作电流在400-600mA左右，但是作为一种测温仪器，它有着数量多且工作时间长的特点，长此以往会导致过多的能源消耗。目前，节能化是全球的热潮，我国也在长期实施“节能优先”的能源战略，但是传统数字式温度计存在功耗较高的弊端，有悖于节能化的趋势。

传统温度计主要有膨胀式温度计和数字式温度计，二者通常根据物体热胀冷缩的原理或者运用热敏电阻等来测量温度，但是存在弊端——稳定性差、精确度低，例如温度计玻璃管内的体积、周围环境的温度等都会使最后的测温结果产生偏差。由此得出，该类温度计的使用范围会受到限制，应用范围狭小。

随着人工智能、大数据、云计算、移动互联网和物联网等数字科技的蓬勃发展，数字化正在深刻影响着当今人们的生产生活。温度计的发展正是数字化的缩影之一，例如从传统温度计到数字温度计。但是，目前的温度计功能仍旧单一，与数字化的融合处于初级阶段，无法满足人们日益增长的需求。

本文所设计的超低功耗温度计通过多个模块的有机结合可以很好的解决上述问题。首先，我们利用更低功耗的液晶屏幕与算法，极大地降低了温度计的工作电流，相较于传统mA级别的温度计，我们设计的超低功耗温度计仅需约160mA便能达到相同的测温的要求，约降低了60%。其次，采用LMT70三阶函数温度计算方程，能够使温度计达到0.01℃的分辨率，实现了高精度的要求。再者，为了实现数据的实时监测与信息的互联互通，我们在温度计上适配了无线发射模块与模数转换模块，将检测到的温度通过模数转换模块转化为信息，再经无线传输模块实时发送到指定终端。最后，使用者还可以通过LCD液晶显示屏得知温度信息，很好地完成了信息交互。这款超低功耗温度计在保留温度计传统功能的基础上，通过探索与创新，赋予了温度计新的特色——超低功耗、超高精度、实施监测、信息互联，一定程度上解放了人力，实现了数字经济服务为人的目的。

工作原理

概述：这是一套利用了光学、热学、电学等相关知识的超低功耗测温系统，能够测量温度范围是-55℃—150℃。测温部分主要包括精密模拟温度传感器LMT70采集温度信息，高精度、多通道的16位AD芯片ADS1115转换温度数据；数据处理部分则是采用STM8L152K4T6作为核心单片机，单片机通过对数据进行算法处理，得到温度值后显示在LCD液晶显示屏上；无线发送部分是通过LRF215无线模块向接收设备发送信息，并且该系统所选器件均是在低功耗的前提下进行选择的。

结构单元：该系统主要有以下两个模块构成:

1. 硬件部分，温度采样和显示。该系统主要采用低功耗器件LMT70、ADS1115来读取温度，利用STM8L152K4T6自带的LCD驱动器来控制显示液晶LCD显示。（2）算法逻辑部分，温度校正算法是通过给定800mV标准信号给ADS1115的信号输入通道，单片机读取此时的AD转换值，并以这个值和零点的进行线性拟合得到温度值输出曲线，单片机会将这条拟合曲线记忆在内存flash中，供以后的温度测量使用。低功耗逻辑算法是由于ADS1115的数据转换是需要一定时间的，所以我们使单片机在ADS1115数据转换期间处于halt模式，在ADS1115转换结束后唤醒读取数据。

思路方法

设计原理

该系统需要在既满足低功耗的要求，又必须测温精确的情况下，囊括实时监测和信息互联的特色优势，由此我们设计了这款低功耗温度测量系统。该系统结构中的的温度传感器LMT70对不同温度有着不同的敏感度，通过这个特点能够得到不同的模拟信号，模拟信号在ADS1115的作用下转换成数字信号，单片机读取数字信号后会进行算法处理，最终在LCD液晶显示屏上显示当前温度值，并且可以通过LRF215无线模块将温度数据发送给给接收设备，如手机、电脑等。

系统流程

该系统采用温度传感器LMT70采集温度信息，并转化成模拟信号，通过16位高精度数模转换器ADS1115将模拟信号转换成数字信号，STM8L单片机把数字信号采集，求取多次平均值，使温度的变化更加平稳且准确，经过滑动滤波，在段式LCD中显示当前温度值。

结论：

相对于市面上大部分传统温度计,这款超低功耗温度计运用了ADS1115、LMT70、HT7330等低功耗器件，LMT70采用了三阶函数温度方程，不仅降低了温度计的功耗，还提高了温度采样的精确度。此外，无线模块的增加可以将温度信息实时传入电脑等电子设备，实现了信息与互联网互通，扩大了该温度计的应用领域，能够运用到生态园、医疗业和教学等。目前的测温仪器功耗较高、精确度较低、功能较单一，本超低功耗温度计拥有超低功耗、超高精度、实时监测和信息互联的优势，且体积小、成本低，不仅能大规模生产，而且最大化地满足了用户的需求。

参考文献

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