温度显示器的工作原理及制作方法

该显示器采用集成温度传感器LM35DZ来做测温探头，选用低功耗ICL7136作A/D转换和液晶驱动，用市面上易购置的液晶块来做显示，使用玩具上的电池板改装后作电源，这样使得整个制作过程简单，成本低廉，实现了绿色环保制造，倡导了低碳生活理念。

该显示器使用范围广，除了可用在平常需要测试温度的场所外，还特别适合在有阳光而无电源的地方以及防爆要求比较严格的场所，如野外蔬菜大棚、海洋养鱼场、烟叶天然发酵库、野外弹药库等。

一、系统电路及工作原理

1．系统电路

下图为温度显示器的工作原理图，图上面主要为测温电路和显示电路。

2．工作原理

测温部分采用LM35DZ来感应温度，因其输出电压值与摄氏温度成线性正比关系，可直接将此电压送到ICL7136进行A/D转换，再由7136驱动LCD显示出实时温度值。

系统选用了多个低功耗器件、采用比较简洁电路、并使用光控开关技术，在黑暗中停止对系统继续供电，保证显示器在很低功耗下工作，节省了能源，而且使用太阳能电池供电，充分利用了新型可再生能源。

3．测温原理分析

精密集成温度传感器LM35DZ是一个三端器件，输出电压与摄氏温标成线性，比例系数为+10.0mV/℃，即当温度为25℃时，输出电压为+250mV：当温度为OoC时，输出电压为0.0mV。

这样可以直接将它的2脚通过R4连接到正信号输入端IN+。

用可调RP1作基准电压的分压电路，期中RP1宜采用精密多圈电位器，调整它使基准电压Uref+=l.00V。实际电路中将IN-端、Uref-端与COM端短接。

对于ICL7136的使用，在这里不做过多的讲解，它的用法和大家熟悉的ICL7107、ICL7106基本相同。

二、系统低功耗与节能分析

下面谈谈怎样通过降低功耗来达到节能效果的。

1．选用低功耗器件

通过选用一些自身功耗低的元器件，来降低整个系统的功耗。

单片三位半A/D转换器选用ICL7136，是美国InterSIL公司生产，是目前应用较广泛、功耗较低的一种单片三位半A/D转换器。电压范围较宽：6.8～15V，典型工作电流为60μA左右，自身功耗小于1mV，仅仅相当于ICL7106的1/20不到，用一节9V万用表电池可正常工作3000小时以上。

温度检测选用LM35DZ，是由国半公司所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系。在常温下，不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，在单电源模式下工作电流约为50μA，工作电压较宽，可在3.8～20V的供电电压范围内正常工作，非常省电。

2．简化电路、改进电路降低功耗

尽量简化电路和对一些不太合理的电路进行优化改进，以达到降耗的目的。

低压检测和小数点显示电路如图1所示，传统的电路一般采用一片CD4070型四异或门集成电路搭建而成，在这里充分发挥ICL7136自身功能，以及利用电容充、放电的特性，用尽量少的器件实现了小数点的显示和低电压的检测与提示。通过简化和改进老式电路，来降低功耗。

ICL7136的时钟振荡器由内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R0、C0组成。通过增大RO、CO的值，使fo大约降为20kHz，降低了ICL7136工作频率，使测量频率也减小，基本保证测量速率为1次/秒左右，这样既不影响测试速度，也不妨碍人们对温度的实时观察。通过这种降低工作频率来达到降耗、节能的目的。

另外，有很多情况是可让仪器睡眠，不必工作的。例如，晚上人们都休息了，没有人关心温度，这时候显示器工作纯粹是浪费。为了节能，设计了一个光控开关电路，白天只要有些亮光，光敏电阻RP2就变的较小，有较高电压加载在三极管9013的基极，可使它饱和导通，相当于电源开关被合上，显示器就能正常工作；到了晚上一片漆黑时，光敏电阻阻值变的很大，9013进入截止状态，电源开关断开，整个系统几乎无电流，处于休眠状态。这样也可以大大节约能源，起到很好的降耗功效。在由白天进入黑暗的过程中，三极管9013由饱和到截止有个短暂的过渡阶段，此阶段电源供给ICL7136电压不足，这时会在液晶块的左侧出现电压低的欠压显示图标，提示此刻的温度数值不准，不便记录。针对此现象，为了尽量保证读数准确，在电源部分串接了D2，用以抬高LM35供电电压，确保在ICL7136停止工作前，其输出电压是线性的。

采用上述诸多种方式后，大大降低了显示器的功耗，系统正常工作电流大约为110μA左右。

三、系统制作与调试

1．制作

（1）LM35测温探头的制作

比较简单的方式是把它直接焊在电路板上，但这种方式一般只能检测显示器周围空气的温度。有时要远距离的测试其他物体的温度，那就要对它进行包装了。包装方法如下：先用双芯屏蔽线与它3个电极脚焊接好，金属屏蔽线一般作地线与第3脚相连，在焊接处用热塑管加热套紧。

再将它放入直径为5mm、长度为200mm左右的不锈钢套管内，也可用相应粗度的废旧天线代替，然后用703硅胶密封好两端，等硅胶干后，再用热塑管套牢整个部分即可。这样处理后就可远距离检测气体和液态物质的温度了。

（2）太阳能电池电源的制作

以前的类似产品一般用市电或者9V电池供电，这样总会遇到停电或电池用完需更换问题，使用起来比较麻烦。现在我采用太阳能电池和扣式充电电池结合起来供电，可以长期放心使用。

现在市面上有各种各样的太阳能LED小手电筒，作为玩具类的小礼品，价格很便宜。可以买2个，去掉塑料外壳后，将里面的太阳能电池板串联起来就能很容易得到9V左右直流电源了。

在阳光充足时，每个太阳能电池可产生4.5V左右电压，串联后一方面能直接给显示器供电，同时多余的电也能给2节3.6V扣式锂电池充电。

当外界光线较弱，太阳能电池电压不足时，由锂电池自动切换给显示器供电。由于整机功耗较低，即使长时间阴雨天气或者在阴暗的环境下也能正常工作半年左右。

（3）电路板的制作系统可制作

在100mm×150mm的多功能洞洞板上，有条件的话，也可使用PROTEL软件绘制PCB板，用雕刻机在单面铜箔板上自制电路板。

一般在板子上端放置三位半LCD液晶显示屏，它下面装上40脚IC插座，按照脚的定义，用短接线细心连接LCD显示屏与LC插座的各个引脚。

再插接外围元器件并焊接好，将2个太阳能电池板用双面胶在下面与电路板粘牢，经检查无误后，才可插上ICL7136，并通电测试系统。

2．调试

先将一支100℃的水银温度计与温度探头一起插入冰水混合物中，看显示是否为00.0℃，如有偏差可适当改变积分器输出端电阻，使得显示为00.0℃；再将水银温度计和测温探头取出，在空气中平衡一会后，这样可以避免热冲击力损伤水银温度计和LM35，再一起放入沸水中，调整RP1，使显示为100.0℃。这样多次反复调整，即可很精确地显示出实际温度。