CN103376162B - 一种自动温度补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动温度补偿的方法，其特征在于，该方法利用温度传感器产生两个温度时钟信号，其中一个温度时钟信号振荡频率与温度无关并用于计时，另一个温度时钟信号振荡频率与温度成近似的线性关系并用于计温，将计时结束时得到的计温值进行处理得到温度补偿值。本发明还提供了一种自动温度补偿的装置，该装置包括产生两个温度时钟信号的温度传感器，其中一个温度时钟信号振荡频率与温度无关并用于计时，另一个温度时钟信号振荡频率与温度成近似的线性关系并用于计温，该装置将计时结束时得到的计温值进行处理从而得到温度补偿值。

Description

一种自动温度补偿方法
技术领域
本发明涉及一种温度补偿装置及其方法，具体讲涉及一种硬件RTC自动温度补偿装置及其方法。 
背景技术
现有的实时时钟RTC的温度补偿装置如图1所示，用模数转换器ADC将温度传感器采集的模拟温度值转化为数字值，将其处理之后即可作为补偿表存储器的地址，该地址中存放的数据正是这个温度下的补偿值，用这个补偿值即可以对振荡电路的电容和硬件RTC的秒时标计数器进行补偿。在补偿的过程中，需要CPU和模数转换器ADC进行配合，而CPU和ADC是功耗比较大的，这就导致温度补偿装置运行时消耗较大的功耗，这对于电池供电的设备是非常不利的。 
申请号为“CN200580045387.1”的发明“传感器温度漂移的自适应补偿方法和系统”公开了一种用于对传感器的温度漂移自适应补偿的方法，所述传感器被设计用以在操作期间测量机械设备中的轴或传动系的转矩或者力。本发明包含以下步骤：循环地测量传感器信号并且确定相关的温度，基于所测量和存储的数据根据温度计算偏移值，利用所计算的偏移值补偿所测量的信号值，检测传感器何时空载或者接近空载并且如果如此，则将传感器信号值和相关的温度值存储在存储器中并且更新传感器偏移的模型。本发明还涉及用于对这种传感器信号偏移的温度漂移自适应补偿的系统和计算机程序。 
申请号为“CN201020670156.8”的发明“传感器温度补偿系统”公开了一种传感器的温度补偿系统，主要有主站及其接口，其特征是该温度补偿系统还有由主节点接口IIIa、接口IV和温度补偿软件组成的补偿节点Za；接口IIIb和通讯软件组成的主节点Zb；由接口V及采集软件组成的传感器S；主站及其接口或主站接口通过另一接口和总线与主节点接口IIIa、接口IIIb相连；主节点接口IIIa与补偿节点Za连接；补偿节点Za通过其一端的接口IV与传感器S自定义的接口V连接。补偿节点Za和传感器S之间的连接方式为自定义连接。本实用新型可以同时对多台传感器进行温度补偿，提高了工作效率，整个补偿的过程都是自动补偿，减少了人为因素的影响，可靠性明显得到提高。 
申请号为“CN200320112393.2”的实用新型“温度自动补偿的光纤光栅压强传感器”公开一种光纤光栅传感器，特别是能够对液体和气体的压强进行高精度感测，并具有温度自动 补偿功能的传感器。选定两种力学性质不同而热学性质基本相同的聚合物，将光纤光栅封装于盛在金属圆筒内的两种聚合物交界面的两侧，构成传感头。将传感头与测量装置连接，构成传感器。当金属圆筒置于待测液体或气体中时，金属圆筒两端的聚合物受到压力而产生压强，使封装在金属圆筒内的光纤光栅产生应变，导致两种聚合物中的光栅周期发生变化，通过光探测仪或波长计可得到光纤光栅的两个反射峰，测量两个反射峰的变化量，即可实现温度自动补偿的液压及气压的感测。该传感器可应用于各种液体和气体的压强测量，亦可用于微弱振动的测量。 
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提出一种低功耗的自动温度补偿装置及其方法，采用本发明的温度补偿装置运行过程中不需要CPU和模数转换器ADC参与，而是采用计数器计数的方法来记录补偿温度，省掉了模数转换器ADC，降低了成本，并且大大降低了运行功耗。 
本发明提供了一种自动温度补偿的方法，该方法利用温度传感器产生两个温度时钟信号，其中一个温度时钟信号振荡频率与温度无关并用于计时，另一个温度时钟信号振荡频率与温度成近似的线性关系并用于计温，将计时结束时得到的计温值进行处理得到温度补偿值。 
本发明提供的自动温度补偿的方法，其通过计数器来对两个温度时钟信号进行计数，实现计时和计温。 
本发明提供的自动温度补偿的方法，其中第一个用于计时的计数器的计值时间小于预设的自动温度补偿的时间间隔。 
本发明提供的自动温度补偿的方法，其中计时计数器的计值M根据自动温度补偿的时间间隔T、所测的温度点的个数K以及两个时钟信号的频率CLK来选取。 
本发明提供的自动温度补偿的方法，其中计时计数器的计值M大于计时时钟的信号频率CLK_X相对于计温时钟信号最大频率CLK_YMAX最小频率CLK_YMIN差的倍数乘以温度点个数K的乘积，即M)CLK_X/(CLK_YMAX-CLK_YMIN)*K。 
本发明提供的自动温度补偿的方法，其将计温计数器的计数值减去偏移值得到补偿表存储器的地址，并根据预存储的温度补偿表得到当前温度下的补偿值。 
本发明提供的自动温度补偿的方法，该方法在完成一次自动温度补偿后，关闭所述温度传感器产生的两个温度时钟信号，直到下次进行自动温度补偿再开启。 
本发明还提供了上述自动温度补偿的方法应用于硬件RTC的晶体振荡器或秒时标计数器 的温度补偿的用途。 
本发明还提供了一种自动温度补偿的装置，该装置包括产生两个温度时钟信号的温度传感器，其中一个温度时钟信号振荡频率与温度无关并用于计时，另一个温度时钟信号振荡频率与温度成近似的线性关系并用于计温，该装置将计时结束时得到的计温值进行处理从而得到温度补偿值。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，所述温度传感器包括对两个温度时钟信号分别进行计时和计温的计数器。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，其还包括处理温度时钟信号的处理单元、存储补偿表的补偿表存储器和进行温度补偿的补偿单元。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，其中处理单元中的温度传感器产生温度时钟信号，经计数器获得计数值，然后计数值传至数字处理模块并被其进行处理，获得地址值。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，其中补偿表存储器的地址等于计温计数器的计数值减去偏移值。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，其使用地址值寻址补偿表存储器，找到对应温度的补偿值，对振荡电路和硬件RTC中的秒时钟计数器进行补偿，完成自动温度补偿。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，其中补偿单元中的晶体电路，用于产生时钟信号，并将其传至振荡电路用于整形，最后经过硬件RTC电路的识别，对其周期进行计数。 
本发明提供的自动温度补偿的装置，该装置的温度传感器在完成一次自动温度补偿后，关闭产生的两个温度时钟信号，直到下次进行自动温度补偿再开启。 
本发明还提供了一种硬件实时时钟芯片，其包括上述自动温度补偿的装置。 
与现有技术相比，本发明的技术方案中，采用硬件RTC电路，运行时候，不需要CPU和模数转换器ADC的参与，采用计数的方法记录温度，这样省掉了模数转换器ADC，降低了成本，并且大大降低了运行时的功耗。 
附图说明
图1为现有技术温度补偿装置示意图； 
图2为本发明的温度补偿装置示意图； 
图3为本发明计数器和时钟信号频率示意图； 
图4为本发明的补偿表存储器存储的温度补偿值与计数器timer1关系的示意图； 
图5为本发明的主流程示意图。 
具体实施方式
如图2所示，本发明提供的一种自动温度补偿装置，包括处理温度时钟信号的处理单元、存储补偿表的补偿表存储器和进行温度补偿的补偿单元。 
其中处理单元中的温度传感器产生温度时钟信号，经计数器获得计数值，然后计数值传至数字处理模块并被其进行处理，获得地址值。 
使用地址值寻址补偿表存储器，找到对应温度的补偿值，对振荡电路和硬件RTC中的秒时钟计数器进行补偿，完成自动温度补偿。 
对于补偿单元中的晶体电路，用于产生时钟信号，并将其传至振荡电路用于整形，最后经过硬件RTC电路的识别，对其周期进行计数。 
温度时钟信号是根据模拟电路中的张弛振荡器的原理产生的，张弛振荡器是其中一个或多个电压或电流在每个周期期间至少变化一次的振荡器，振荡器电路被做成在每个周期期间能量被存储到电抗元件例如电容或者电感，然后再从电抗元件放电，充电和放电过程占用不同的时间间隔，这样的张弛振荡器具有的波形不是正弦波形，而是非对称波形，例如锯齿形波形，通常的张弛振荡器类型包括多谐振荡器和单结型晶体管振荡器。 
温度传感器产生振荡频率与温度无关的温度时钟信号CLK_X和振荡频率与温度成线性关系的温度时钟信号CLK_Y，故这两个时钟的频率之间必然有一个微小的偏差，通过对这两个温度时钟进行一定数量的计数，可以将将这个偏差进行放大。 
本发明重点的两个并联的计数器timer0和计数器timer1对其进行计数，其中计数器timer0接收温度时钟信号CLK_X，计数器timer1接收温度时钟信号CLK_Y，然后数字处理模块接收计数器timer0和计数器timer1的计数值进行处理，将处理后得到的地址值寻址补偿表存储器，得到对应温度时的补偿值，该补偿值对硬件RTC的晶体振荡器和秒时标计数器进行补偿，完成自动温度补偿。 
本发明计数器timer0和timer1同时对这两个温度时钟信号进行计数，当振荡频率与温度无关的计数器timer0计到一定的值后，振荡频率与温度相关的计数器timer1的计数值和当前补偿温度之间即有了一一对应的关系，将timer1的计数值经过数字处理，即得到补偿表存储器地址。 
如图3所示，当timer0将温度无关的温度时钟信号计数到M值时，timer1将温度相关的温度时钟信号也计数到N值，在不同的温度下，这个N值是不同的，这样计数器timer1的计数值N即和当前的补偿温度有了一一对应的关系。 
计数器timer0计数到M值所需要的时间要小于自动温度补偿的时间间隔，并且为了降低功耗，M值应该尽可能的小，但是为了保证在不同温度时，计数器timer1的计数值N能够产生变化，计数器timer0的计数值M又不能太小，M值应该根据自动温度补偿的时间间隔，所测的温度点的个数以及CLK_X和CLK_Y的频率差别来选取。 
下面举例来说明M值的选取：设补偿的时间间隔为1s，CLK_X的频率为2MHz，CLK_Y的频率在RTC工作的全温区(例如-40～80℃)是1MHz-2MHz，补偿的温度点为128个，则在1s内，2MHz的CLK_X可以计数2048000000个周期，即M值要小于这个值；又因为全温区内需要有128个测温点，则N的变化范围应该大于128，才可以分辨出128个温度点，当M值是256时，N值的取值范围为128～256，变化范围是128，即M值应该大于256；由上面可以知道，M值的取值范围是256＜M＜2048000000。在实际应用时，为了尽可能的降低功耗，M值一般都会选取一个比较小的值，例如M值可以设为2048，N值的范围为1024-2048。例如当补偿的时间间隔为1s，CLK_X的频率为2MHz，CLK_Y的频率在RTC工作的全温区(例如-40～80℃)是1MHz～2MHz，则M值可以设为2048，N值的范围为1024～2048。 
此时将计数器timer1得到的计数值N减去一个偏移值W，即可以得到补偿表存储器的地址，如图4所示。因为在每个温度下，得到的N值都是唯一的，且减掉的偏移值W也是唯一的，故得到的补偿表存储器的地址值也是唯一的。 
因为在补偿表存储器中已经存放好了温度补偿表，用刚才所得的地址值去寻址补偿表存储器，即可以得到当前温度下的补偿值，该补偿值可作用于振荡电路和硬件RTC电路的秒时标计数器。 
该自动温度补偿装置按照预设的时间间隔自动进行工作，不需要CPU进行干预，也无需模数传感器ADC的参与，而且每次温度补偿完成后，都可以将温度传感器产生的两个温度时钟信号进行关闭，直到下次进行温度补偿时再进行开启，使功耗降到最低。 
本发明工作的具体流程如下： 
1)设定硬件RTC电路自动温度补偿的时间间隔，比如每1s进行一次补偿。根据补偿的时间间隔、CLK_X和CLK_Y的频率值设置M(也可放在步骤2之后)。 
2)温度传感器利用模拟电路中张弛振荡器的原理产生两个温度时钟信号，一个振荡频率与温度无关，另一个振荡频率与温度有线性关系，因为振荡器内部的充放电电流源一个与温度无关，另一个与温度成正比，所以可以产生出一个与温度无关，另一个与温度成线性关系的两个温度时钟信号。 
根据两个温度时钟信号的频率(可预先设定好)，计算频率差别，根据计算出的频率差别 以及步骤1设定的时间间隔进行振荡频率与温度无关的温度时钟信号对应的计数器timer0的计数值M设定，由于两个温度时钟信号的频率可预先设定好，因此可以在步骤1设定时间间隔后进行M值设置； 
3)计数器timer0和timer1对温度时钟信号进行计数，timer0对振荡频率与温度无关的温度时钟信号进行计数，timer1对振荡频率与温度相关的温度时钟信号进行计数，当计数器timer0计到计数值M时，记下此时计数器timer1的计数值N，然后关闭温度传感器产生的两个温度时钟信号。 
4)将计数值N减去一个偏移值，即得到和当前补偿温度一一对应的地址值。 
5)用该地址去寻址补偿表存储器，得到当前温度下的补偿值。 
6)将该补偿值作用于振荡电路和硬件RTC电路的秒时标计数器，即完成了一次补偿的过程。 
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (1)

1.一种自动温度补偿的方法，应用于硬件RTC的晶体振荡器或秒时标计数器的温度补偿；其特征在于，该方法利用温度传感器产生两个温度时钟信号，其中一个温度时钟信号振荡频率与温度无关并用于计时，另一个温度时钟信号振荡频率与温度成近似的线性关系并用于计温，将计时结束时得到的计温值进行处理得到温度补偿值；
通过计数器来对两个温度时钟信号进行计数，实现计时和计温；
其中第一个用于计时的计数器的计值时间小于预设的自动温度补偿的时间间隔；
其中计时计数器的计值M根据自动温度补偿的时间间隔T、所测的温度点的个数K以及两个时钟信号的频率CLK来选取；
其中计时计数器的计值M大于计时时钟的信号频率CLK_X相对于计温时钟信号最大频率CLK_YMAX最小频率CLK_YMIN差的倍数乘以温度点个数K的乘积，即M〉CLK_X/(CLK_YMAX-CLK_YMIN)*K；
其将计温计数器的计数值减去偏移值得到补偿表存储器的地址，并根据预存储的温度补偿表得到当前温度下的补偿值；
该方法在完成一次自动温度补偿后，关闭所述温度传感器产生的两个温度时钟信号，直到下次进行自动温度补偿再开启；
该方法通过自动温度补偿的装置实现自动温度补偿，该装置包括产生两个温度时钟信号的温度传感器，其中一个温度时钟信号振荡频率与温度无关并用于计时，另一个温度时钟信号振荡频率与温度成近似的线性关系并用于计温，该装置将计时结束时得到的计温值进行处理从而得到温度补偿值；
所述温度传感器包括对两个温度时钟信号分别进行计时和计温的计数器；
其还包括处理温度时钟信号的处理单元、存储补偿表的补偿表存储器和进行温度补偿的补偿单元；
温度传感器产生温度时钟信号，经计数器获得计数值，然后计数值传至处理单元并被其进行处理，获得地址值；
其中补偿表存储器的地址等于计温计数器的计数值减去偏移值；
其使用地址值寻址补偿表存储器，找到对应温度的补偿值，对硬件RTC中的晶体振荡器的振荡电路和秒时钟计数器进行补偿，完成自动温度补偿；
其中补偿单元中有晶体电路，用于产生时钟信号，并将其传至晶体振荡器的振荡电路用于整形，最后经过硬件RTC电路的识别，对其周期进行计数；
该装置的温度传感器在完成一次自动温度补偿后，关闭产生的两个温度时钟信号，直到下次进行自动温度补偿再开启。
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