CN101592527A

CN101592527A - 多通道温度采集系统

Info

Publication number: CN101592527A
Application number: CNA2009100490438A
Authority: CN
Inventors: 庄车; 池峰; 周月豪
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: CN101592527B

Abstract

本发明提供一种多通道温度采集系统，包括传感单元、电流源、多路扫描开关单元、模数转换器、控制器等，所述传感单元包含有一组温度传感器，用以对该多通道温度采集系统周围环境的温度进行采集，所述电流源用以给所述传感单元提供电流激励，多路扫描开关单元用以对所述传感单元的温度传感器进行选择，并将选择的温度传感器所采集到的温度数据传输给所述模数转换器；模数转换器用以将所述多路扫描开关单元选择的模拟信号转换为数字信号，并提供给所述控制器，所述控制器用以对多路扫描开关单元提供开关选择信号、对电流源提供选择信号、对模数转换器的数字信号进行处理并提供给所述存储器。本发明的多通道温度采集系统，结构简单，提高采集精度。

Description

多通道温度采集系统

技术领域

本发明涉及一种温度采集系统，具体地说，涉及一种多通道温度采集系统。

背景技术

温度控制是许多高科技技术装备与产品开发的基础，广泛应用于钢铁、化工、食品、制药以及电子等行业的装备上。高精度的温度采集是超精密温度控制的前提和条件。温度的采样精度取决于电流源的精度和模数转换器的采样精度，对于具有多通道的高精度温度采集，扫描时间成为制约采样精度的一个主要因素。

专利号为02152772.5的中国专利公开了一种温度量测装置，该装置采用红外温度传感器和固定框架实现一种非接触式温度量测功能。这种装置体积庞大，导致制造成本较高，使用不便，而且容易导致发热问题。

专利号为200720117294.1的中国专利公开了一种多路高精度温度采集装置，该装置采用单片机与温度传感器网络连接的工作方式，并采用RS485通信，实现多路温度的采集。但由于传感器的精度限制，采集精度仅为0.5摄氏度，达不到超精密温度控制系统的要求，而且模块繁多不易安装使用。

发明内容

本发明提供了一种多通道温度采集系统，使其结构简单，提高采集精度。

为解决上述问题，本发明提供了一种多通道温度采集系统，所述多通道温度采集系统包括传感单元、电流源、多路扫描开关单元、模数转换器、控制器、存储器、以及通讯单元，其中，

所述传感单元包含有一组温度传感器，用以对该多通道温度采集系统周围环境的温度进行采集；

所述电流源用以给所述传感单元提供电流激励；

多路扫描开关单元用以对所述传感单元的温度传感器进行选择，并将选择的温度传感器所采集到的温度数据传输给所述模数转换器；

模数转换器用以将所述多路扫描开关单元选择的模拟信号转换为数字信号，并提供给所述控制器；

所述控制器用以对多路扫描开关单元提供开关选择信号、对电流源提供选择信号、对模数转换器的数字信号进行处理并提供给所述存储器；

所述存储器用以存储所述控制器处理后得出的数据以及通讯单元的信息；

所述通讯单元用以将存放在存储器里的数据传递给外部设备。

进一步的，所述电流源包括电压源、一组开关电阻、模拟开关单元、放大器、晶体管以及激励源，其中，

所述电压源为该电流源提供基准电压；

所述一组开关电阻一端共接于所述电压源，另一端分别与所述模拟开关单元相应的选择端口连接；

所述模拟开关单元用以接收所述控制器的控制信号，对所述开关电阻进行选择；

所述放大器的反向输入端与所述模拟开关单元的输出端口连接，正向输入端接地，输出端与所述晶体管连接；

所述晶体管，其具有基极、发射极与集电极，基极通过一限流电阻与所述放大器的输出端连接，集电极连接于激励源，发射极通过另一限流电阻作为电流源的一输出端口连接于所述传感单元；优选地，所述晶体管为NPN型晶体管。

所述激励源用以给所述晶体管提供电压；

所述电流源的另一输出端口与所述模拟开关单元的输出端口连接。

进一步的，所述传感单元包括串联连接的一组温度传感器和一个校验电阻，相邻温度传感器之间以及温度传感器与所述校验电阻之间均串联有一个导线电阻，且各个温度传感器两侧以及所述校验电阻两侧均通过一对导线电阻连接至所述多路扫描开关单元相应的一组端口。

进一步的，所述多通道温度采集系统还包括校验单元，所述校验单元输入端连接于所述电流源，输出端与所述模数转换单元连接。

进一步的，所述校验单元由一组参考电阻串联而成。

进一步的，所述参考电阻两端形成的输出端口分别连接至所述模数转换器相应的端口上。

与现有温度采集系统相比，本发明提供的多通道温度采集系统通过采用可以调整的高精度电流源和传感器串联的工作方式，结构简单，满足传感器对电流源精度的要求。

而且，通过设置有多路扫描开关单元，增加温度的采集通道，满足不同类型的高精度温度传感器的使用。

另外，本发明设置有两种校验电路组合实时校验模数转换器的偏置，提高模数转换器的采样精度，既补偿模数转换器的零偏置又校验了电流源在测量时产生的误差。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的多通道温度采集系统作进一步详细的描述。

图1为本发明实施例的多通道温度采集系统示意图；

图2为本发明实施例的电流源结构示意图；

图3为本发明实施例的传感单元结构示意图；

图4为本发明实施例的校验电路结构示意图；

图5为传感单元工作扫描的状态机示意图；

图6为校验电路校验的状态机示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术特征更明显易懂，下面结合附图与实施例，对本发明做进一步的描述。

请参阅图1，图1为本发明实施例的多通道温度采集系统示意图。所述多通道温度采集系统包括传感单元8、电流源7、多路扫描开关单元5、模数转换器4、控制器3、存储器2、以及通讯单元1。

请参阅图2，图2为本发明实施例的电流源结构示意图。所述电流源7为可调电流源，用以给所述传感单元8提供电流激励。所述电流源7包括电压源79、一组开关电阻(即开关电阻71、开关电阻72、开关电阻73以及开关电阻74)，模拟开关单元70、放大器75、晶体管77以及激励源710，其中，所述电压源79为该电流源7提供基准电压，它的精度直接影响电流源7的精度，本实施例选择的基准电压源为5V±1mV，从而保证了电流源的精度要求。

开关电阻71、开关电阻72、开关电阻73以及开关电阻74的一端共接于所述电压源79，另一端分别与所述模拟开关单元70的选择端口(端口S1A、端口S2A、端口S3A、端口S4A)连接同时也连到S1B-S4B。本实施例中，其电阻值分别为：5K，50K，500K以及5M，精度均为0.01％。

所述模拟开关单元70用以接收所述控制器3的控制信号，通过端口(CCSA0、CCSA1、CCSEN)对所述开关电阻进行选择，当端口(CCSEN)作为使能信号有效时，两个端口(CCSA0、CCSA1)组合可选择四个电阻(即开关电阻71、开关电阻72、开关电阻73以及开关电阻74)，每一时刻只选择一路导通。本实施例中，4路的电流分别为1mA、100uA、10uA、1uA。由于电流源7可调，接入的温度传感器类型也多种多样，Pt100、Pt1000，热敏电阻等均可，只需要更改电流源7的大小就能直接测量上述任何一种类型的传感器。

所述放大器75的反向输入端751与所述模拟开关单元70的模数转换端口(DA)连接，正向输入端750接地；输出端752与晶体管77连接。该晶体管77，其具有基极、发射极与集电极，基极通过一限流电阻76与所述放大器75的输出端752连接，集电极连接于激励源710，发射极通过另一限流电阻78引出所述电流源7的输出端口(CSS-)，电流源7的另一输出端口(CSS+)从所述模拟开关单元70的电流源正向流出端口(DB)引出。本实施例中，所述晶体管75为PNP型晶体管，所述激励源710用以给所述晶体管75提供电压。

请参阅图3，图3为本发明实施例的传感单元结构示意图。所述传感单元8包含有一组温度传感器，用以对该多通道温度采集系统的周围环境温度进行采集；所述传感单元8包括校验电阻84、一组温度传感器以及一组导线电阻，其中，

所述传感单元8的两个输入端分别通过导线电阻800和导线电阻812连接所述电流源7，具体连接为：该传感器具有两个输入端：端口(CSS+)和端口(CSS-)，端口(CSS+)通过导线电阻800连接于电流源7的输出端口(CSS+)，端口(CSS-)通过导线电阻812与电流源7的输出端口(CSS-)连接。这种电流源7和传感单元8串联的工作方式满足传感单元8对电流源7精度的要求，结构简单，从而功率小，发热量低，成本也比较低。

导线电阻800和导线电阻812之间依次设有串联连接的：温度传感器81、导线电阻803、温度传感器82、导线电阻806、温度传感器83、导线电阻809以及校验电阻84。本实施例中，所述的温度传感器选择的型号为PT500。

每个温度传感器两侧都通过一对导线电阻连接至所述多路扫描开关单元5的一组端口，所述校验电阻84也通过一对导线电阻连接至多路扫描开关单元5的一组端口。本实施例中，温度传感器81两侧分别通过导线电阻801和导线电阻802连接至多路扫描开关单元5的端口(T0+和T0-)，温度传感器82两侧分别通过导线电阻804和导线电阻805连接至多路扫描开关单元5的端口(T1+和T1-)，温度传感器83两侧分别通过导线电阻807和导线电阻808连接至多路扫描开关单元5的端口(T2+和T2-)，校验电阻84两侧分别通过导线电阻810和导线电阻811连接至多路扫描开关单元5的端口(T3+和T3-)。

所述多路扫描开关单元5通过端口的选择可以连接至上述传感单元8中的各个温度传感器81/82/83或校验电阻84，并将采集到的相应数据(模拟信号)传输给所述模数转换器4。本实施例通过设置有多路扫描开关单元5，增加温度的采集通道，满足不同类型的高精度温度传感器的使用。

模数转换器4用以将所述多路扫描开关单元5选择的模拟信号转换为数字信号，并提供给所述控制器3。

所述控制器3用以对多路扫描开关单元5提供开关选择信号、对电流源7提供选择信号、对模数转换器4的数字信号进行处理并提供给所述存储器2。

所述存储器2用以存储所述控制器3处理后得出的数据以及通讯单元1的信息。为了加快处理速度，控制器3可以将采集的数据写入存储器2内，通信单元1读取采集好的数据，两边可以同时工作，还能匹配两边不同的时序。

所述通讯单元1用以将存放在存储器2里的数据传递给外部设备。

请参阅图4，图4为本发明实施例的校验电路结构示意图。所述校验单元6输入端(CSS+和CSS-)连接于所述电流源7对应的端口(CSS+和CSS-)，输出端与所述模数转换单元4连接。所述校验单元6由参考电阻60、参考电阻61以及参考电阻62串联而成。这些参考电阻两端形成的输出端口(REF1+和REF1-、REF2+和REF2-、REF3+和REF3-)分别连接至所述模数转换器4，其中，端口(REF1+和REF1-)接到一个差分转单端的运算放大器(未标示)上，运算放大器出来的单端信号直接接入模数转换器4，REF2+和REF2-，REF3+和REF3-与REF1+和REF1-相同，具体工作时也是通过扫描开关选择，任一时刻只有一个通道选通。把采集到传感器7的电压减掉校验的电压(校验的电压即电流源7的误差电压和运算放大器75的偏置电压)就是实际的传感器电压，他们都是通过扫描开关选择的。本实施例中，参考电阻60为250欧姆的高精度参考电阻，精度为0.01％；参考电阻61为500欧姆的高精度参考电阻，精度为0.01％；参考电阻62为0欧姆电阻。采用参考电阻串连的结构，简化了校验电路，参考电阻60应用于大电流的校验，参考电阻61应用于小电流的校验，可以根据模数转换器的放大倍数和量程以及电流源大小合理选择。参考电阻62是校验模数转换器的零偏置需要而设置的。

请参阅图5，图5为传感器工作扫描的状态机示意图。当该多通道温度采集系统启动上电后，所述传感器开始工作，其工作循环分为4个状态S0、S1、S2、S3，其中，S0状态采集参考电阻(即参考电阻60、参考电阻61以及参考电阻62)上的电压，在S0状态时通过短路开关(未标示)要将此三个温度传感器(81、82、83)短路；S1状态为第一个温度传感器81采集状态，S2状态为第二个温度传感器82采集状态，S3状态为第三个温度传感器83采集状态。首先由S0状态进入S1状态，在S1状态时要将第一个温度传感器81两端的参考电阻801以及参考电阻802、温度传感器82以及温度传感器83短路；S1状态扫描完后再进入S0状态，再采集参考电阻电压，这样做的目的是减少切换通道后产生的误差，即在每次采集传感器通道前都进行一次参考电阻的采集作为校验用。接着从S0通道进入S2通道，重复和S1相似的操作；S3重复S2相似的动作，至此3个温度传感器已经扫描完毕。完毕后继续开始下一个扫描循环，整个扫描过程的顺序如图5中箭头所示，为P0-＞P1-＞P2-＞P3-＞P4-＞P5-＞P0。

请参阅图6，图6为校验电路校验的状态机示意图。其工作循环分为3个状态：S4、S5、S6，S4状态为零偏置校验，作为后续校验和传感器采样的基础；S5为初始参考电阻校验，得出电流源7的校验值；S6为传感器采样，其中包含图5中的各个状态。在每次传感器采样前首先进行零偏置校验，然后进行电流源校验，最后是传感器采样。通过设置有两种校验电路组合实时校验模数转换器4的偏置，提高模数转换器4的采样精度，既补偿模数转换器4的零偏置又校验了电流源7在测量时产生的误差。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种多通道温度采集系统，其特征在于：所述多通道温度采集系统包括传感单元、电流源、多路扫描开关单元、模数转换器、控制器、存储器、以及通讯单元，其中，

所述电流源用以给所述传感单元提供电流激励；

2.如权利要求1所述的多通道温度采集系统，其特征在于：所述电流源包括电压源、一组开关电阻、模拟开关单元、放大器、晶体管以及激励源，其中，

所述电压源为该电流源提供基准电压；

所述晶体管，其具有基极、发射极与集电极，基极通过一限流电阻与所述放大器的输出端连接，集电极连接于激励源，发射极通过另一限流电阻作为电流源的一输出端口连接于所述传感单元；

所述激励源用以给所述晶体管提供电压；

3.如权利要求2所述的多通道温度采集系统，其特征在于：所述晶体管为NPN型晶体管。

4.如权利要求1所述的多通道温度采集系统，其特征在于：所述传感单元包括串联连接的一组温度传感器和一个校验电阻，相邻温度传感器之间以及温度传感器与所述校验电阻之间均串联有一个导线电阻，且各个温度传感器两侧以及所述校验电阻两侧均通过一对导线电阻连接至所述多路扫描开关单元相应的一组端口。

5.如权利要求1所述的多通道温度采集系统，其特征在于：所述多通道温度采集系统还包括校验单元，所述校验单元输入端连接于所述电流源，输出端与所述模数转换单元连接。

6.如权利要求5所述的多通道温度采集系统，其特征在于：所述校验单元由一组参考电阻串联而成。

7.如权利要求6所述的多通道温度采集系统，其特征在于：所述参考电阻两端形成的输出端口分别连接至所述模数转换器相应的端口上。