CN102650659B - 电阻测量电路及具有该电阻测量电路的电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电阻测量电路，其用于测量传感器的阻值，该电阻测量电路包括用于输出脉宽调制信号的控制单元以及连接于该控制单元与该传感器之间的采样电路。该脉宽调制信号经由采样电路处理后被传送至传感器，该采样电路用于对已接收经处理后的脉宽调制信号的传感器进行采样以产生采样信号，并将该采样信号传送给该控制单元。该控制单元还用于调节该脉宽调制信号的占空比，并在该占空比因受调节而导致该采样信号的电压值达到一阀值电压时获取该脉宽调制信号的实时占空比，同时根据该实时占空比和该阀值电压计算该传感器的阻值。本发明还涉及具有该电阻测量电路的电子装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量电路，尤其涉及一种电阻测量电路及具有该电阻测量电路的电子装置。
背景技术
目前，很多电子产品都需要用到传感器，如测温度，测湿度，测光照强度的传感器，而电阻类的传感器占据较大的比例。该电阻类的传感器通常采用恒流源加模拟/数字(A/D)转换的办法，通过读取传感器的电阻值来获取对应的被测环境数据，如环境温度、环境湿度等。但是由于A/D转换需要应用A/D转换电路导致电子产品的电路比较复杂，不利于电路板的布板，而且传感器的采样精度还受制于A/D转换电路的转换精度。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种采样精度较高的电阻测量电路及具有该电阻测量电路的电子装置。
一种电阻测量电路，其用于测量传感器的阻值，该电阻测量电路包括用于输出脉宽调制信号的控制单元以及连接于该控制单元与该传感器之间的采样电路。该脉宽调制信号经由采样电路处理后被传送至传感器，该采样电路用于对已接收经处理后的脉宽调制信号的传感器进行采样以产生采样信号，并将该采样信号传送给该控制单元。该控制单元还用于调节该脉宽调制信号的占空比，并在该占空比因受调节而导致该采样信号的电压值达到一阀值电压时获取该脉宽调制信号的实时占空比，同时根据该实时占空比和该阀值电压计算该传感器的阻值。
一种电子装置，其包括传感器、以及用于测量该传感器的阻值的电阻测量电路。该电阻测量电路包括用于输出脉宽调制信号的控制单元以及连接于该控制单元与该传感器之间的采样电路。该脉宽调制信号经由采样电路处理后被传送至传感器，该采样电路用于对已接收经处理后的脉宽调制信号的传感器进行采样以产生采样信号，并将该采样信号传送给该控制单元。该控制单元还用于调节该脉宽调制信号的占空比，并在该占空比因受调节而导致该采样信号的电压值达到一阀值电压时获取该脉宽调制信号的实时占空比，同时根据该实时占空比和该阀值电压计算该传感器的阻值。
所述电阻测量电路及具有该电阻测量电路的电子装置，通过采样电路的设置，控制单元只要在采样信号的电压值达到一阀值电压时获取脉宽调制信号信号的实时占空比，并查阅控制单元的阀值电压，即可根据该实时占空比和该阀值电压计算传感器的阻值，由于不需要使用A/D转换电路，因而提高了采样精度。
附图说明
图1为一较佳实施方式的电子装置的功能模块示意图。
图2为图1所示电子装置的电阻测量电路的具体电路示意图。
主要元件符号说明
电子装置 100
电阻测量电路 200
控制单元 10
传感器 20、R3
采样电路 30
输出端口 13
输入端口 15
PWM模块 16
调节模块 17
定时器 171
寄存器 172
计算模块 19
电压变换单元 31
运算放大单元 33
采样单元 35
第一电阻 R1
第二电阻 R2
电容 C
控制芯片 U1
运算放大器 U2
同相输入端 a
反相输入端 b
输出端 c
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，一较佳实施方式中的电子装置100包括传感器20以及用于测量传感器20的电阻值的电阻测量电路200。电阻测量电路200包括控制单元10及连接于控制单元10与传感器20之间的采样电路30。
传感器20属于电阻类传感器，用于感测外界信息或电子装置100自身信息的变化，该外界信息可以为温度、湿度等，该自身信息可以为受压力、重力加速度等。
控制单元10用于控制采样电路30对传感器20进行采样，以获得采样信号。控制单元10包括脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)模块16、调节模块17与计算模块19。PWM模块16用于产生PWM信号，调节模块17用于调节该PWM信号的占空比从而调节该采样信号的电压值，计算模块19用于当该采样信号的电压值达到一阀值电压时获取该PWM信号的实时占空比，同时根据该实时占空比和该阀值电压计算出传感器20的阻值。从而用户可以根据该传感器20的阻值来获知被测环境信息，如环境温度、环境湿度等。
调节模块17可以为定时器171，可通过软件控制定时器171来调节PWM信号的占空比。该调节模块17也可以为与PWM信号的占空比相对应的寄存器172，可通过改变寄存器172的值来调节PWM信号的占空比。
采样电路30用于根据该PWM信号形成随该PWM信号的占空比变化的直流电压信号，该直流电压信号被传送至传感器20。采样电路30还用于对经传感器20处理后的该直流电压信号进行采样以产生上述采样信号，并将该采样信号传送给控制单元10。
采样电路30包括用于将该PWM信号转换成随该PWM信号的占空比变化的该直流电压信号的电压变换单元31、用于对该直流电压信号进行调整以稳定该采样信号的运算放大单元33、以及用于对依次经运算放大单元33与传感器20处理后的直流电压信号进行采样以产生采样信号并将该采样信号传送给控制单元10的采样单元35。
请结合图2，在本实施方式中，控制单元10为具有PWM模块16、调节模块17与计算模块19功能的集成控制芯片U1，当然，在其它实施方式中，控制单元10也可以为具有PWM模块16、调节模块17与计算模块19功能的电路。控制芯片U1包括用于输出该PWM信号的输出端口13及用于接收来该采样信号的输入端口15。
采样单元35包括第一电阻R1，运算放大单元33包括运算放大器U2。电压变换单元31包括电容C以及第二电阻R2。第二电阻R2的一端电性连接于控制芯片U1的输出端口13，第二电阻R2的另一端电性连接于运算放大器U2的同相输入端a。电容C的一端电性连接于第二电阻R2与运算放大器U2的同相输入端a之间，电容C的另一端电性接地。运算放大器U2的反相输入端b电性连接于运算放大器U2的输出端c，运算放大器U2的输出端c电性连接于传感器20的一端，传感器20的另一端经由第一电阻R1电性接地。控制芯片U1的输入端口15电性连接于传感器20与第一电阻R1之间。
电子装置100的工作原理如下：
电容C以及第二电阻R2组成的电压变换单元31将PWM信号转换为随该PWM信号的占空比变化的直流电压信号，该PWM信号的上升沿电压为控制芯片U1的工作电压Vcc，下降沿电压为零，该直流电压信号的电压值为Vcc×Duty，其中，Duty为该PWM信号的占空比。其中，运算放大器U2的放大系数为1，其等效于电压跟随器。因此，运算放大器U2的输出端c输出的电压值为Vcc×Duty，其由第一电阻R1与第二电阻R2分压后形成采样信号输入控制芯片U1的输入端口15。输入端口15预先设置有上述阀值电压。阀值电压为K×Vcc，其中，K为常数，其表征为该阀值电压与PWM信号的上升沿电压之间的比例关系，常数K能通过查阅控制芯片U1的数据手册得到。此时，输入端口15接收的采样信号的电压值为Vcc×Duty×R2/(R3+R1)，其中，R3为传感器20的阻值，R1为第一电阻R1的阻值。由于，输入接口15的阀值电压为K×Vcc，故，当输出端口13的PWM信号占空比受调节模块17调节而使该采样信号达到输入端口15的阀值电压时，该采样信号的电压值满足Vcc×Duty×R1/(R3+R1)＝K×Vcc，得出R3＝(Duty/K-1)×R1。因此，计算模块19取得此时的占空比Duty，即可计算出传感器20的阻值R3。
本发明实施方式提供的电子装置100，通过采样单元30的设置，控制单元10只要在采样信号的电压值达到一阀值电压时获取PWM信号的实时占空比，并查阅控制单元10的阀值电压，即可根据该实时占空比和该阀值电压计算传感器20的阻值。
在其它实施方式中，运算放大器的放大系数不局限于本实施方式中的1倍，通过在运算放大电路中增加电阻等元件，即可将运算放大器的放大系数设置为如2倍，此时占空比Duty也会相应的自动调整为原来的1/2倍。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种电阻测量电路，其用于测量传感器的阻值，该电阻测量电路包括用于输出脉宽调制信号的控制单元，其特征在于：该电阻测量电路还包括连接于该控制单元与该传感器之间的采样电路，该采样电路包括电压变换单元及采样单元，该电压变换单元用于将该脉宽调制信号转换成随该脉宽调制信号的占空比变化的直流电压信号，并将该直流电压信号传送至传感器，该采样单元用于对经该传感器处理后的该直流电压信号进行采样以产生采样信号，并将该采样信号传送给该控制单元；该控制单元包括用于输出该脉宽调制信号的输出端口及用于接收该采样信号的输入端口，该采样单元包括第一电阻，该电压变换单元包括电容及第二电阻，该传感器的一端经由该第二电阻电性连接于该输出端口，该传感器的另一端经由第一电阻接地，该电容的一端电性连接于该传感器与该第二电阻之间，该电容的另一端电性接地，该输入端口电性连接于该传感器与该第一电阻之间；该控制单元还用于调节该脉宽调制信号的占空比，并在该占空比因受调节而导致该采样信号的电压值达到一阀值电压时获取该脉宽调制信号的实时占空比，同时根据该实时占空比和该阀值电压计算该传感器的阻值，其中，该传感器的阻值满足以下公式：R＝(Duty/K-1)×R1，其中，R1为该采样单元中的第一电阻的阻值，R为该传感器的等效电阻值，Duty为该采样信号的电压值达到该阀值电压时该脉宽调制信号的实时占空比，K为常数，其表征为该阀值电压与控制单元的工作电压之间的比例关系，其中，该脉宽调制信号的上升沿电压为该控制单元的工作电压，下降沿电压为零。
2.如权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，该采样电路还包括用于对该直流电压信号进行调整以稳定该采样信号的运算放大单元，该运算放大单元连接于该电压变换单元与该传感器之间。
3.如权利要求2所述的电阻测量电路，其特征在于，该运算放大单元包括运算放大器，该运算放大器的同相输入端通过该第二电阻连接控制单元的输出端口，该运算放大器的同相输入端还通过电容接地，该运算放大器的反相输入端电性连接于该运算放大器的输出端。
4.如权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，该控制单元包括脉宽调制模块、调节模块与计算模块，该脉宽调制模块用于产生该脉宽调制信号，该调节模块用于调节该脉宽调制信号的占空比从而调节该采样信号的电压值，该计算模块用于当该采样信号的电压值达到该阀值电压时获取该脉宽调制信号的实时占空比，同时根据该实时占空比和该阀值电压计算该传感器的阻值。
5.如权利要求4所述的电阻测量电路，其特征在于，该调节模块包括定时器。
6.如权利要求4所述的电阻测量电路，其特征在于，该调节模块包括与该脉宽调制信号的占空比相对应的寄存器，通过改变该寄存器的值来调节该脉宽调制信号的占空比。
7.一种电子装置，其包括传感器及用于测量该传感器的阻值的电阻测量电路，该电阻测量电路为上述权利要求第1-6项中任意一项所述的电阻测量电路。
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| US13/278,075 US8786296B2 (en) | 2011-02-28 | 2011-10-20 | Resistance-measuring circuit and electronic device using the same |
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| CN201203648Y (zh) * | 2008-05-22 | 2009-03-04 | 优利德科技（东莞）有限公司 | 结合多功能数字万用表的绝缘电阻测试装置 |
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