Adafruit 1-Wire Thermocouple Amplifier - MAX31850K：高效溫度測量解決方案

在電子工程領(lǐng)域，精確的溫度測量至關(guān)重要。今天，我們來詳細介紹一款優(yōu)秀的溫度測量設(shè)備——Adafruit 1-Wire Thermocouple Amplifier - MAX31850K。

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產(chǎn)品概述

熱電偶是一種非常敏感的溫度測量元件，需要一個帶有冷補償參考的優(yōu)質(zhì)放大器。此前我們使用過SPI接口的MAX31855熱電偶放大器，它很不錯，但當需要測量多個熱電偶時，使用起來就不太方便了。而新的MAX31850K采用“1-Wire”接口，可在單條共享I/O線上連接任意數(shù)量的傳感器，極大地簡化了多熱電偶測量的布線問題。

MAX31850K能完成所有的溫度測量工作，并且可以輕松與任何支持1-Wire的微控制器進行接口。這款 breakout 板集成了芯片、3.3V 穩(wěn)壓器和 10uF 旁路電容，并且經(jīng)過了測試。它既可以使用“寄生電源”（電源在數(shù)據(jù)線上），也可以使用“本地電源”（通過 Vin 引腳供電）。

需要注意的是，該板的 3V 數(shù)據(jù)線沒有進行電平轉(zhuǎn)換，這是為了使其能夠在寄生模式下使用。如果連接到 5V 的微控制器，數(shù)據(jù)線必須進行電平轉(zhuǎn)換，我們推薦使用 4 通道電平轉(zhuǎn)換器（http://adafru.it/757），并且在“1-Wire 主機”端只需要一個轉(zhuǎn)換器就可以處理共享數(shù)據(jù)線上的所有熱電偶。

MAX31850K的數(shù)據(jù)格式與常見的 1-Wire DS18B20 溫度傳感器非常相似，但如果不修改代碼來檢查新的“1-Wire 家族”類型，它并不是直接兼容的。我們已經(jīng)對經(jīng)典的 Arduino OneWire() 和 DallasTemp() 庫進行了修改，使其與 MAX31850 兼容，你可以點擊相應(yīng)鏈接下載這些庫。

該套件還配備了 2 針端子塊（用于連接熱電偶）、4.7K 數(shù)據(jù)線上拉電阻和引腳頭（可插入面包板或穿孔板）。它適用于任何 K 型熱電偶，測量范圍為 -270°C 至 +1370°C，分辨率為 0.25 度，還能讀取內(nèi)部溫度。供電范圍為 3.3V 至 5V，但數(shù)據(jù)線僅為 3V。

引腳說明

電源引腳

• GND：公共接地線，需要連接到電源地和微控制器的數(shù)據(jù)參考地。即使使用“1-Wire 寄生電源”，也需要將其連接到微控制器。
• VIN：如果不使用寄生電源，可提供 3 - 5V 的電源輸入。連接 3 - 5V 直流電源后，MAX31850 將自動切換到外部電源。
• 3V3：板載穩(wěn)壓器的 3.3V 輸出，最大可提供 100mA 的電流。僅在外部供電時使用，在寄生模式下，該引腳無電壓輸出。

地址引腳

A0、A1、A2、A3 為地址引腳，但它們不影響 1-Wire 的“固定地址”。這些引腳設(shè)置的位可以從“配置”寄存器中讀取，用于在連接多達 16 個不同的板時，方便識別各個板。默認情況下，這些引腳接地。你可以通過切斷 3 路跳線之間的背面走線，然后將跳線焊接到另一側(cè)或?qū)⒁_連接到 3V 或 GND 來改變其狀態(tài)。

數(shù)據(jù)引腳

這是一個 1-Wire 設(shè)備，所有數(shù)據(jù)都通過單根引腳進行傳輸和接收，非常方便。微控制器還可以通過該線為傳感器供電，實現(xiàn)三重功能。該引腳為 3V 邏輯電平，必須連接到 3V 輸出引腳。如果使用 Arduino，由于其為 5V 邏輯電平，需要使用電平轉(zhuǎn)換器。同時，需要在該引腳和 3V3 電源之間連接一個 4.7K 電阻。對于寄生電源，電阻應(yīng)連接在微控制器一側(cè)的數(shù)據(jù)線上；對于外部電源，電阻可以連接在數(shù)據(jù)線的任意一側(cè)。

熱電偶接口

板的另一側(cè)有一個 3.5mm 端子塊的接口，用于連接熱電偶。由于熱電偶線不能直接焊接，所以使用螺絲端子進行連接。請記住，該套件僅適用于 K 型熱電偶。

組裝步驟

準備引腳頭

根據(jù)需要將引腳頭切割成合適的長度。將其插入面包板，長引腳朝下，這樣更便于焊接。

安裝 breakout 板

將 breakout 板放在引腳頭上，使短引腳穿過板上的焊盤。

焊接

確保焊接所有 5 個引腳，以實現(xiàn)可靠的電氣連接。如果你需要焊接技巧方面的幫助，可以查看我們的《優(yōu)秀焊接指南》。

安裝端子塊

端子塊安裝在板的頂部，開口端朝外。像焊接普通引腳頭一樣焊接兩個焊盤，由于焊盤較大，需要使用較多的焊錫。

插入熱電偶線

插入熱電偶線，并使用小的 Phillips 或一字螺絲刀擰緊夾子。

接線與測試

接線模式

可以采用寄生電源和外部電源兩種接線模式。

• 寄生電源：所有數(shù)據(jù)和電源都通過單根數(shù)據(jù)線和接地線傳輸，布線更簡單，但對電源波動比較敏感。
• 外部電源：數(shù)據(jù)線和接地線與寄生電源模式相同，但需要單獨的電源供應(yīng)。雖然需要更多的電線，但讀數(shù)更穩(wěn)定。

如果連接到 5V 的微控制器（如 Arduino），兩種模式都需要對數(shù)據(jù)線進行電平轉(zhuǎn)換。如果使用 3V 邏輯微控制器，則可以跳過 4 通道電平轉(zhuǎn)換器。

外部電源接線

• 將 GND 連接到 Arduino 的接地引腳（黑色線）。
• 將 Vin 連接到 Arduino 的 5V 引腳（也可以連接到 3 - 5V DC 的外部電池）（紅色線）。
• 將共享數(shù)據(jù)線連接到電平轉(zhuǎn)換器的 A1 引腳（綠色線）。
• 將一個 4.7K 電阻從共享數(shù)據(jù)線連接到 3V。
• 將電平轉(zhuǎn)換器的 B1 連接到 Arduino 的 #2 引腳（藍色線）。
• 將電平轉(zhuǎn)換器的 HV 連接到 Arduino 的 5V（紅色線）。
• 將電平轉(zhuǎn)換器的 LV 連接到 Arduino 的 3V（黃色線）。

寄生電源接線

與外部電源接線類似，但不連接 breakout 板的 Vin 引腳。如果傳感器離 Arduino 較遠，可以將數(shù)據(jù)線和接地線延長至 10 米。

下載 Arduino 庫

對于 1-Wire 設(shè)備，我們需要使用 OneWire 庫和修改后的 DallasTemp 庫。原始的 DallasTemp 庫不支持 MAX31850，因此我們對其進行了修改。下載這兩個庫后，將其重命名并放置在 sketchbookfolder/libraries/ 文件夾中，然后重啟 Arduino IDE。

運行示例代碼

運行 DallasTemp 多個示例代碼，上傳到 Arduino 后，打開串口控制臺，你將看到檢測到的傳感器數(shù)量、是否使用寄生電源、設(shè)備地址和溫度等信息。

外部電源與寄生電源對比

在外部電源模式下，溫度讀數(shù)更接近真實溫度（室溫約 72°F），因為電源供應(yīng)更穩(wěn)定。如果使用寄生電源，可能需要計算溫度偏移（校準傳感器）以獲得準確的溫度讀數(shù)。

編寫自己的代碼

OneWire 和 DallasTemp 庫功能強大，但對于大多數(shù)人來說，只需要在項目中打印出溫度即可。下面是一個簡單的代碼示例，用于處理任意數(shù)量的傳感器，打印出溫度和唯一 ID 號的最后兩個字節(jié)：

#include 
#include 

// Data wire is plugged into port 2 on the Arduino
#define ONE_WIRE_BUS 2

// Setup a oneWire instance to communicate with any OneWire devices (not just Maxim/
// Dallas temperature ICs)
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire); // Pass our oneWire reference to Dallas Temperature. 
DeviceAddress addr;

void setup(void)
{
  // start serial port
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Dallas Temperature IC Control Library Demo");
  // Start up the library
  sensors.begin();
}

void loop(void)
{
  // call sensors.requestTemperatures() to issue a global temperature 
  // request to all devices on the bus
  Serial.print("Requesting temperatures...");
  sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperatures
  Serial.println("DONE");
  for (uint8_t s = 0; s < sensors.getDeviceCount(); s++) {
    // get the unique address 
    sensors.getAddress(addr, s);
    // just look at bottom two bytes, which is pretty likely to be unique
    int smalladdr = (addr[6]