CN102928109A - 一种信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种信号采集电路，包括：电源VCC；桥式电路，与电源VCC相连，用于接受电源VCC提供的电压，第一电阻和温度传感器串联组成第一桥臂，第二电阻和第三电阻串联组成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联在电源VCC与地电平之间；并且第一桥臂中的温度传感器与地电平相连接，并且第一桥臂、第二桥臂中与电源VCC相连接的电阻的阻值相等。电压测量电路分别与桥式电路的两条桥臂中端相连，从桥式电路中测量温度传感器的电压值，测量得到的电压值只是温度传感器两端的电压，温度传感器与被检测点之间连接的引线的电阻不再影响电压测量电路测量的温度传感器的电压值，进而使得计算得到的温度值准确。

Description

一种信号采集电路

技术领域

本申请属于电动汽车领域，尤其涉及一种信号采集电路。

背景技术

随着电动汽车的研究和开发日趋热门，电机在电动汽车上的应用也随之广泛。

电机和控制器在运行过程中散发热量，使得电机和控制器的功率模块、散热器等的温度受到影响，当该温度超出规定范围时，电机以及控制系统的工作将受到影响，因此，必须对电机和控制器的功率模块、散热器的温度进行检测，一般是采用温度传感器对这些位置的温度进行检测。温度传感器的电阻值随着被测温度的变化而变化，因此可根据温度传感器的电阻值计算得到被测的温度，而采集温度传感器的电路无法直接获取电阻值，故需要将变化的电阻值转化为变化的电压值。

现有技术中，一般采用将温度传感器与被测点（如电机、控制器等）之间通过引线连接，再对温度传感器两端的电压进行测量，将测量得到的电压值经过计算转换为温度值，完成对被测点的温度检测。

图1示出了现有技术中一个对电机控制器温度信号采集的电路，传感器RT与一个固定阻值的电阻R0串联，并由电源VCC施加电压，该B点的电压就是传感器的电压，此时B点的电压随着传感器阻值的变化而变化，经过电容C1滤波后，再通过电压跟随器U1A（输入阻抗高，输出阻抗低，起到信号隔离作用）将采集到的B点的电压信号输出给MCU（Micro Control Unit，微控制单元），MCU根据采集到的电压值计算出对应的温度值。

但是，由于温度传感器在安装时，其与被测点之间通过引线连接，而引线存在电阻，在采集电路对传感器的电压进行采集时，会将引线上的电阻叠加到传感器的实际电阻中，使得测得的电压值与实际的电压值出现偏差，最终致使MCU计算得到的被测点的温度不准确，影响对电机、控制器温度的判断，进而会影响电机、控制器的性能和使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种信号采集电路，通过设置桥式电路部分，能够消除温度传感器与被测点之间的引线的电阻影响，使测得电压值准确。

一种信号采集电路，包括：

电源VCC；

桥式电路，与所述电源VCC相连，用于接受电源VCC提供的电压，所述桥式电路的一条桥臂中设置有温度传感器；

电压测量电路，用于从所述桥式电路中测量温度传感器的电压值，并将所述电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

上述的电路，优选的，所述桥式电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和温度传感器；

所述第一电阻和温度传感器串联组成第一桥臂，所述第二电阻和第三电阻串联组成第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联在所述电源VCC与地电平之间；

并且所述第一桥臂中的温度传感器与地电平相连接，并且所述第一桥臂、第二桥臂中与所述电源VCC相连接的电阻的阻值相等。

上述的电路，优选的，所述电压测量电路包括：

放大电路，分别与所述桥式电路的第一桥臂中端、第二桥臂中端相连，用于从所述桥式电路中测量所述温度传感器的电压值；

滤波电路，用于对进入所述放大电路的所述温度传感器的电压值进行滤波，并将滤波后的电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

上述的电路，优选的，所述滤波电路包括：滤波电容和第四电阻；

所述第四电阻的一端与所述第二电阻和温度传感器连接处相连接，所述第四电阻的另一端与所述滤波电容的一端相连，所述滤波电容的另一端与地电平相连接。

上述的电路，优选的，所述放大电路包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和电压跟随器；

其中，所述第五电阻的一端与所述第一电阻和第三电阻连接处相连接，所述第五电阻的另一端与所述电压跟随器的负输入端相连；

所述电压跟随器的正输入端与所述滤波电容和第四电阻连接处相连接；

所述第六电阻的一端与所述电压跟随器的正输入端相连，另一端与地电平相连接；

所述第七电阻一端与所述电压跟随器的输出端相连，另一端与所述电压跟随器的负输入端相连。

上述的电路，优选的，还包括：

分压电阻，与所述桥式电路串联，用于对电源VCC输出的电压进行分压。

上述的电路，优选的，还包括：

稳压电路，用于将所述电源VCC输出至桥式电路的电压稳定在基准电压值。

上述的电路，优选的，所述稳压电路包括：

电源芯片和可变电阻；

所述电源芯片阳极与所述电源VCC、第一电阻和第三电阻连接处相连接，所述电源芯片阴极与地电平相连接；

所述可变电阻的一端和所述电源芯片的阴极相连，另一端和所述电源芯片的阳极相连，所述可变电阻的可移动端与所述电源芯片的参考极相连。

本申请提供了一种信号采集电路，包括：电源VCC；桥式电路，与所述电源VCC相连，用于接受电源VCC提供的电压，所述桥式电路的一条桥臂中设置有温度传感器；电压测量电路，用于从所述桥式电路中测量温度传感器的电压值，并将所述电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。在桥式电路中，所述第一电阻和温度传感器串联组成第一桥臂，所述第二电阻和第三电阻串联组成第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联在所述电源VCC与地电平之间；并且所述第一桥臂中的温度传感器与地电平相连接，并且所述第一桥臂、第二桥臂中与所述电源VCC相连接的电阻的阻值相等。电压测量电路分别与桥式电路的两条桥臂中端相连，测量得到的电压值只是所述温度传感器两端的电压，所述温度传感器与被检测点之间连接的引线的电阻不再影响电压测量电路测量的温度传感器的电压值，进而使得计算得到的温度值准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中一个对电机控制器温度信号采集的电路；

图2是本申请提供的一种信号采集电路实施例一的示意图；

图3是本申请提供的一种信号采集电路实施例一的原理图；

图4是本申请提供的一种信号采集电路实施例一的另一示意图；

图5是本申请提供的一种信号采集电路实施例二的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

本申请提供了一种信号采集电路，包括：电源VCC、桥式电路101和电压测量电路102；

其中，所述电源VCC为该信号采集电路提供电压；

所述桥式电路101与所述电源VCC相连，用于接受电源VCC提供的电压，所述桥式电路的一条桥臂中设置有温度传感器；

电压测量电路102用于从所述桥式电路101中测量温度传感器的电压值，并将所述电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

参见图2示出了本申请实施例一提供的一种信号采集电路的示意图，包括：电源VCC、桥式电路101和电压测量电路102；

如图2所示，在本申请提供的实施例一中，所述桥式电路101包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和温度传感器RT；

所述第一电阻R1和温度传感器RT串联组成第一桥臂，所述第二电阻R2和第三电阻R3串联组成第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联在所述电源VCC与地电平之间；

并且所述第一桥臂中的温度传感器RT与地电平相连接，并且所述第一桥臂、第二桥臂中与所述电源VCC相连接的电阻的阻值相等。

温度传感器采用的是热敏电阻，热敏电阻的特点为阻值随着温度的变化而变化，所以温度传感器RT的阻值随着温度传感器检测到的温度变化而变化；

其中，所述第一电阻R1的一端和所述第二电阻R2的一端分别与电源VCC相连；

所述第二电阻R2的另一端和所述温度传感器RT的一端相连，所述第二电阻R2和所述温度传感器RT串联组成第一桥臂；

所述第一电阻R1的另一端和第三电阻R3的一端相连，所述第一电阻R1和第三电阻R3串联组成第二桥臂；

所述第三电阻R3的另一端和所述温度传感器RT的另一端分别与地电平相连接；

其中，所述第一电阻R1和第二电阻R2阻值相等。

该桥式电路101的第一桥臂、第二桥臂的一端分别与所述电源VCC相连接，所述第一桥臂、第二桥臂的另一端分别与地电平相连接，由于R2的一端为和电源VCC相连的位置，RT的一端与地电平相连接，那么测量温度传感器RT的电压即是测量第二电阻R2和温度传感器RT之间的位置电压和与地电平相连接之间的电压值。

由于温度传感器RT的阻值随着温度的变化而变化，那么温度传感器RT的阻值即代表了被检测点的温度值，只需得到温度传感器RT两端的电压值，根据电源VCC就能得到温度传感器两端的电压值。

如图3所示的信号采集电路的原理图，所述桥式电路101包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、温度传感器RT、基准电压源Es和引线的电阻r。

温度传感器为铂电阻PT100温度传感器，r为引线上存在的等效电阻，Es为基准电压源，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和温度传感器RT组成桥式结构。

当电桥平衡时，即D、E两点间的电压差为0，可知：

$\frac{\mathrm{Es}}{R1+R3+r}R1=\frac{\mathrm{Es}}{R2+\mathrm{RT}+r}R2---\left(1\right)$

对式（1）推导转换得到

$\mathrm{RT}=\frac{R3R2}{R1}+r\frac{R2}{R1}-r---\left(2\right)$

可知，当R1、R2、R3和RT组成上述的桥式结构后，当R1=R2即R1和R2的电阻相同时，引线电阻r的变化对测量结果不会产生影响，这样就消除了引线电阻r带来的测量误差。

由于温度传感器RT的阻值随着被测点温度的变化而变化，那么当温度传感器RT的阻值发生变化时，E、D两点间的电压差计算如下：

$U_{\mathrm{DE}}=\mathrm{Es}(\frac{\mathrm{RT}}{R2+\mathrm{RT}}-\frac{R3}{R1+R3})---\left(3\right)$

在本申请实施例中取R1=R2，R3选择精密电阻以保证采样电路的精度，R2、R3的比值应根据MCU的输入电压范围进行相应的选取。

电压测量电路102的作用就是测量温度传感器RT两端的电压值，并且把温度传感器RT两端的电压值发送给主控芯片MCU，MCU根据预设的计算规则和该电压值就能计算得到温度传感器测得的温度，进而知道被测量的电机或是控制器的温度值。

所述电压测量电路102包括：放大电路1021和滤波电路1022；

其中，所述放大电路1021，分别与所述桥式电路101的第一桥臂中端、第二桥臂中端相连，用于从所述桥式电路101中测量所述温度传感器RT的电压值；

如图2所示的示意图中，第一桥臂为第一电阻R1和第三电阻R3组成，第一桥臂的中端为第一电阻R1和第三电阻R3相连接的位置；

第二桥臂为第二电阻R2和温度传感器RT组成，第二桥臂的中端为第二电阻R2和温度传感器RT相连接的位置。

其中，所述滤波电路1022，用于对进入所述放大电路1021的所述温度传感器RT的电压值进行滤波，并将滤波后的电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

如图2所示的示意图中，所述电压测量电路102包括：放大电路1021和滤波电路1022；

其中，所述放大电路1021分别与所述桥式电路的第一桥臂中端、第二桥臂中端相连，用于从所述桥式电路101中测量温度传感器RT的电压值；

放大电路1021测量温度传感器RT两端的电压值，即采集桥式电路101中E、D点间的电压。

其中，所述滤波电路1022用于对进入所述放大电路1021的所述温度传感器RT的电压值进行滤波，并将滤波后的电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

通过滤波电路1022的作用将电路上的杂波滤除，使进入放大电路1021的电压值平滑，无干扰。

其中，所述滤波电路1022包括：滤波电容C1和第四电阻R4；

所述第四电阻R4的一端与所述第二电阻R2和温度传感器RT连接处即第一桥臂的中端E点相连接，所述第四电阻R4的另一端与所述滤波电容C1的一端相连，所述滤波电容C1的另一端与地电平相连接。

其中，所述放大电路1021包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和电压跟随器U1A；

其中，所述第五电阻R5的一端与所述第一电阻R1和第三电阻R3连接处即D点相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述电压跟随器U1A的负输入端相连；

所述电压跟随器U1A的正输入端与所述滤波电容C1和第四电阻R4连接处相连接；

经过滤波电路1022滤波的电压进入电压跟随器U1A中。

所述第六电阻R6的一端与所述电压跟随器U1A的正输入端相连，另一端与地电平相连接；

所述第七电阻R7一端与所述电压跟随器U1A的输出端U0相连，另一端与所述电压跟随器U1A的负输入端相连。

电压跟随器U1A的计算公式如下：

$U_0=\left(\frac{R5+R7}{R5}\right)\left(\frac{R6}{R4+R6}\right)U_E-\frac{R7}{R5}{U}_D---\left(4\right)$

在本实施例中取R4=R5，R6=R7，不对采集得到的E、D两点间的电压差进行放大处理，直接处理得到U₀，则

$U_0=\frac{R7}{R5}(U_E-U_D)---\left(5\right)$

式（5）中的U_E为E点的电压值，U_D为D点的电压值。

将U₀值输出到MCU中进行后续的计算，得到温度传感器检测得到的温度值。

参见图4，示出了本申请实施例一提供的一种信号采集电路的另一示意图，在图2所示的示意图中所示的电路还包括：分压电阻R0；

所述分压电阻R0与所述桥式电路101串联，用于对电源VCC输出的电压进行分压。

分压电阻R0的一端与电源VCC相连，另一端分别与第一电阻R1和第二电阻R2相连。

由上述可知，在实施例一提供的一种信号采集电路，包括：电源VCC；桥式电路，与所述电源VCC相连，用于接受电源VCC提供的电压，温度传感器设置于所述桥式电路的一条桥臂中；电压测量电路，用于从所述桥式电路中测量温度传感器的电压值，并将所述电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。在桥式电路中，所述第一电阻和温度传感器串联组成第一桥臂，所述第二电阻和第三电阻串联组成第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联在所述电源VCC与地电平之间；并且所述第一桥臂中的温度传感器与地电平相连接，并且所述第一桥臂、第二桥臂中与所述电源VCC相连接的电阻的阻值相等。电压测量电路分别与桥式电路的两条桥臂中端相连，测量得到的电压值只是所述温度传感器两端的电压，所述温度传感器与被检测点之间连接的引线的电阻不再影响电压测量电路测量的温度传感器的电压值，进而使得计算得到的温度值准确。

实施例二

参见图5，示出了本申请提供的一种信号采集电路实施例二的示意图，在图4所示的电路中，还包括：稳压电路103；

所述稳压电路103用于将所述电源VCC输出至桥式电路101的电压值稳定在基准电压值。

不稳定的电压会给对后续的电压值的测量及计算产生影响，所以采用稳压电路103将电源VCC输出的电压值稳定在基准电压值。

所述稳压电路103包括：电源芯片U2和可变电阻R8；

其中，所述电源芯片U2与所述分压电阻R0串联，所述电源芯片U2阳极3与所述分压电阻R0、第一电阻R1和第三电阻R3连接处相连接，所述电源芯片U2阴极2与地电平相连接；

其中，所述可变电阻R8的一端和所述电源芯片U2的阴极2相连，另一端和所述电源芯片U2的阳极3相连，所述可变电阻R8的可移动端与所述电源芯片U2的参考极1相连。

通过调节可变电阻R8的电阻值，配合电源芯片U2，使电源VCC输出的电压稳定。

电源芯片U2的参考极1和阳极3将可变电阻R8的一部分电阻接入电路中，通过调节可变电阻R8接入电路中的阻值大小对电源VCC输出的电压进行调节，使该电压满足桥式结构中温度传感器RT电压值的最优范围，此时进入桥式结构中的电压值可视为基准电压值。

当温度传感器RT的电压值在最优范围中时，电压测量电路102测量得到的电压值U0，输出到MCU中，MCU依据该最优范围中的电压值计算温度时，精度较高。

由上式可知，本实施例二提供的一种信号采集电路，还包括稳压电路，用于将所述电源VCC输出至桥式电路101的电压值稳定在基准电压值。本实施例中通过将输入桥式结构的电压值稳定在基准电压值，使得电压测量电流测量得到的电压值在最优范围中，进而使得MCU依据该最优范围的电压值计算得到的较高精度的温度值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种信号采集电路，其特征在于，包括：

电源VCC；

桥式电路，与所述电源VCC相连，用于接受电源VCC提供的电压，所述桥式电路的一条桥臂中设置有温度传感器；

电压测量电路，用于从所述桥式电路中测量温度传感器的电压值，并将所述电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述桥式电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和温度传感器；

所述第一电阻和温度传感器串联组成第一桥臂，所述第二电阻和第三电阻串联组成第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联在所述电源VCC与地电平之间；

并且所述第一桥臂中的温度传感器与地电平相连接，并且所述第一桥臂、第二桥臂中与所述电源VCC相连接的电阻的阻值相等。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压测量电路包括：

放大电路，分别与所述桥式电路的第一桥臂中端、第二桥臂中端相连，用于从所述桥式电路中测量所述温度传感器的电压值；

滤波电路，用于对进入所述放大电路的所述温度传感器的电压值进行滤波，并将滤波后的电压值发送至主控芯片MCU中计算温度传感器测得的温度值。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述滤波电路包括：滤波电容和第四电阻；

所述第四电阻的一端与所述第二电阻和温度传感器连接处相连接，所述第四电阻的另一端与所述滤波电容的一端相连，所述滤波电容的另一端与地电平相连接。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述放大电路包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和电压跟随器；

其中，所述第五电阻的一端与所述第一电阻和第三电阻连接处相连接，所述第五电阻的另一端与所述电压跟随器的负输入端相连；

所述电压跟随器的正输入端与所述滤波电容和第四电阻连接处相连接；

所述第六电阻的一端与所述电压跟随器的正输入端相连，另一端与地电平相连接；

所述第七电阻一端与所述电压跟随器的输出端相连，另一端与所述电压跟随器的负输入端相连。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

分压电阻，与所述桥式电路串联，用于对电源VCC输出的电压进行分压。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

稳压电路，用于将所述电源VCC输出至桥式电路的电压稳定在基准电压值。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述稳压电路包括：

电源芯片和可变电阻；

所述电源芯片阳极与所述电源VCC、第一电阻和第三电阻连接处相连接，所述电源芯片阴极与地电平相连接；

所述可变电阻的一端和所述电源芯片的阴极相连，另一端和所述电源芯片的阳极相连，所述可变电阻的可移动端与所述电源芯片的参考极相连。

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