Adafruit MCP9600 I2C 熱電偶放大器：高精度溫度測量的理想之選

在電子工程師的日常工作中，溫度測量是一個常見且重要的任務(wù)。熱電偶作為一種廣泛使用的溫度傳感器，具有測量范圍廣、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，但它的輸出信號通常很微弱，需要一個高性能的放大器來進(jìn)行處理。Adafruit MCP9600 I2C 熱電偶放大器就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，今天我們就來詳細(xì)了解一下它。

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產(chǎn)品概述

熱電偶對環(huán)境非常敏感，因此需要一個帶有冷補(bǔ)償參考的優(yōu)質(zhì)放大器。Adafruit MCP9600 正好滿足了這一需求，它可以輕松與任何支持 I2C 接口的微控制器或單板計算機(jī)連接。芯片內(nèi)部處理所有模擬信號，支持 K、J、T、N、S、E、B 和 R 等多種類型的熱電偶。此外，它還可以設(shè)置過溫/欠溫警報，并通過常見的 I2C 接口讀取熱電偶（熱端）溫度和芯片（冷端）溫度。

該 breakout 板集成了芯片、3.3V 穩(wěn)壓器和電平轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過組裝和測試，適用于 3.3V 或 5V 邏輯電平。板上配備了 2 針端子塊（用于連接熱電偶）和引腳頭（可插入面包板或?qū)嶒灠澹?/p>

主要特性

• 廣泛的熱電偶兼容性：支持 K、J、T、N、S、E、B 和 R 型熱電偶。
• 寬溫度測量范圍：不同類型的熱電偶有不同的測量范圍，例如 K 型為 -200°C 至 +1372°C，J 型為 -150°C 至 +1200°C 等。
• 高分辨率：分辨率為 ±0.0625 °C，但要注意 K 型熱電偶的精度約為 ±2°C 至 ±6°C。
• 內(nèi)部溫度讀取：可以讀取芯片內(nèi)部的溫度。
• 電源和邏輯電平兼容性：支持 3.3V 至 5V 的電源供應(yīng)和邏輯電平。
• I2C 數(shù)據(jù)連接：通過 I2C 接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

引腳說明

電源引腳

• Vin：電源引腳，芯片可處理 2.7V 至 5V 的電壓。建議使用與微控制器邏輯電平相同的電源，例如對于 5V 的 Arduino，使用 5V 電源。
• GND：電源和邏輯的公共接地引腳。

I2C 邏輯引腳

默認(rèn) I2C 地址為 0x67。

• SCL：I2C 時鐘引腳，連接到微控制器的 I2C 時鐘線。
• SDA：I2C 數(shù)據(jù)引腳，連接到微控制器的 I2C 數(shù)據(jù)線。

警報引腳

A1 - A4 為警報 1 - 4 輸出引腳。

地址引腳

ADDR：用于設(shè)置 I2C 地址。默認(rèn)情況下，ADDR 引腳連接到 Vin，將 I2C 地址設(shè)置為 0x67?？梢允褂锰€或直接將 ADDR 引腳連接到 GND 來更改 I2C 地址。該 breakout 板支持總共五個 I2C 地址，這意味著可以在同一 I2C 總線上連接多達(dá)五個 MCP9600 breakout 板。

不同平臺的使用方法

Arduino

接線

將 MCP9600 連接到 Feather 或 Metro / Arduino 非常簡單：

• 如果使用 Feather（3.3V），將 Feather 的 3V 連接到板的 VIN。
• 如果使用 5V 的 Arduino（如 Uno 等），將 Arduino 的 5V 連接到板的 VIN。
• 將 Feather 或 Arduino 的 GND 連接到板的 GND。
• 將 Feather 或 Arduino 的 SCL 連接到板的 SCL。
• 將 Feather 或 Arduino 的 SDA 連接到板的 SDA。
• 將熱電偶的 + 極連接到板的螺絲端子 +。
• 將熱電偶的 - 極連接到板的螺絲端子 -。

需要注意的是，即使沒有連接熱電偶，MCP9600 也會返回?zé)岫说臏囟戎?，并且不會報錯。

安裝

可以使用 Arduino IDE 中的庫管理器安裝 Adafruit MCP9600 庫。點擊“Manage Libraries...”菜單項，搜索“Adafruit MCP9600”，并選擇該庫進(jìn)行安裝。同時，還需要安裝 Adafruit BusIO 庫。

加載示例

打開“File -> Examples -> Adafruit MCP9600 -> mcp9600_test”，并將其上傳到連接了傳感器的 Arduino。上傳完成后，打開串口監(jiān)視器（“Tools -> Serial Monitor”），應(yīng)該可以看到熱端、冷端和 ADC 的值。

示例代碼

#include 
#include  
#include  
#include "Adafruit_MCP9600.h"

#define I2C_ADDRESS (0x67)
Adafruit_MCP9600 mcp;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) {
    delay(10);
  }
  Serial.println("MCP9600 HW test");

  /* 初始化驅(qū)動程序，使用 I2C_ADDRESS 和默認(rèn)的 I2C 總線。 */
  if (!mcp.begin(I2C_ADDRESS)) {
    Serial.println("Sensor not found. Check wiring!");
    while (1);
  }
  Serial.println("Found MCP9600!");

  mcp.setADCresolution(MCP9600_ADCRESOLUTION_18);
  Serial.print("ADC resolution set to ");
  switch (mcp.getADCresolution()) {
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_18:
      Serial.print("18");
      break;
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_16:
      Serial.print("16");
      break;
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_14:
      Serial.print("14");
      break;
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_12:
      Serial.print("12");
      break;
  }
  Serial.println(" bits");

  mcp.setThermocoupleType(MCP9600_TYPE_K);
  Serial.print("Thermocouple type set to ");
  switch (mcp.getThermocoupleType()) {
    case MCP9600_TYPE_K:
      Serial.print("K");
      break;
    case MCP9600_TYPE_J:
      Serial.print("J");
      break;
    case MCP9600_TYPE_T:
      Serial.print("T");
      break;
    case MCP9600_TYPE_N:
      Serial.print("N");
      break;
    case MCP9600_TYPE_S:
      Serial.print("S");
      break;
    case MCP9600_TYPE_E:
      Serial.print("E");
      break;
    case MCP9600_TYPE_R:
      Serial.print("R");
      break;
    case MCP9600_TYPE_B:
      Serial.print("B");
      break;
  }
  Serial.println(" type");

  mcp.setFilterCoefficient(3);
  Serial.print("Filter coefficient value set to: ");
  Serial.println(mcp.getFilterCoefficient());

  mcp.setAlertTemperature(1, 30);
  Serial.print("Alert #1 temperature set to ");
  Serial.println(mcp.getAlertTemperature(1));
  mcp.configureAlert(1, true, true); // 啟用警報 1，溫度上升觸發(fā)

  mcp.enable(true);
  Serial.println(F("------------------------------"));
}

void loop() {
  Serial.print("Hot Junction: ");
  Serial.println(mcp.readThermocouple());
  Serial.print("Cold Junction: ");
  Serial.println(mcp.readAmbient());
  Serial.print("ADC: ");
  Serial.print(mcp.readADC() * 2);
  Serial.println(" uV");
  delay(1000);
}

Python & CircuitPython

接線

• CircuitPython 微控制器接線：與 Arduino 的接線方式相同，例如將 Feather M0 的 3V 連接到傳感器的 VIN，GND 連接到 GND，SCL 連接到 SCL，SDA 連接到 SDA。
• Python 計算機(jī)接線：以 Raspberry Pi 為例，將 Pi 的 3V3 連接到傳感器的 VIN，GND 連接到 GND，SCL 連接到 SCL，SDA 連接到 SDA。需要注意的是，較舊版本的 Raspberry Pi 固件可能不支持 I2C 時鐘拉伸，因此在使用前請確保將固件更新到最新版本，并適當(dāng)降低 I2C 頻率。

庫安裝

• CircuitPython 庫安裝：首先確保運行的是適用于您的電路板的最新版本的 Adafruit CircuitPython。然后從 Adafruit 的 CircuitPython 庫捆綁包中復(fù)制 adafruit_mcp9600.mpy 和 adafruit_bus_device 到您的 CIRCUITPY 驅(qū)動器。
• Python 庫安裝：需要安裝 Adafruit_Blinka 庫以提供 Python 中的 CircuitPython 支持。這可能還需要在您的平臺上啟用 I2C 并確保運行的是 Python 3。安裝完成后，從命令行運行 pip3 install adafruit-circuitpython-mcp9600。

使用方法

以下是一個簡單的示例代碼，用于初始化傳感器并讀取溫度值：

import board
import busio
import adafruit_mcp9600

i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA, frequency=100000)
mcp = adafruit_mcp9600.MCP9600(i2c)

while True:
    print((mcp.ambient_temperature, mcp.temperature, mcp.delta_temperature))
    time.sleep(1)

警報配置

MCP9600 breakout 板允許您在四個引腳上配置四個獨立的警報。將警報引腳連接到您的電路板或計算機(jī)的數(shù)字輸出引腳，并使用 MCP9600 庫中的警報配置功能進(jìn)行設(shè)置。具體的配置方法可以參考相關(guān)文檔。

總結(jié)

Adafruit MCP9600 I2C 熱電偶放大器是一款功能強(qiáng)大、使用方便的溫度測量解決方案。它具有廣泛的熱電偶兼容性、高分辨率和豐富的功能，適用于各種溫度測量應(yīng)用。無論是使用 Arduino 還是 Python/CircuitPython，都可以輕松地與 MCP9600 進(jìn)行集成，實現(xiàn)高精度的溫度測量和警報功能。

你在實際使用過程中是否遇到過類似的溫度測量問題？你對 Adafruit MCP9600 的性能有什么看法？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。