CN104236009A - 空调信号采集补偿装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空调信号采集补偿装置，包括：源电压电路；与源电压电路的输出端连接的传感器；连接在传感器与接地端之间的分压电阻R2；以及用于检测源电压电路的输出端的电压变化和分压电阻R2的电压信号的信号处理模块。相应的，本发明提供了一种空调信号采集补偿方法，该方法根据检测源电压电路的输出端的电压变化对分压电阻R2的电压信号进行补偿。由于本发明空调信号采集补偿装置和方法通过信号处理模块根据源电压电路的输出端的电压变化对检测的分压电阻R2的电压信号进行补偿，因此提高空调器信号采集准确性、减小信号失真。

Description

空调信号采集补偿装置和方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种空调信号采集补偿装置和方法。

背景技术

空调器在工作过程中需要采集各种信号以判断和控制其运行。在信号采集的过程中，需要考虑信号采集过程中出现干扰信号后的滤除问题，如果不能对空调器的干扰信号进行有效滤除，会造成干扰信号进入空调器的控制系统，从而导致空调器的控制系统无法正确判断采集信号的有效性，最终影响空调器控制的稳定性。

空调器所需采集的信号主要有室内外空气温度、湿度、压缩机电机或者风机电流、电压等，这些物理量基本都会通过相应的传感器以及传感器电路转换成对应的控制检测电压信号，通过采集控制检测电压信号并将控制检测电压信号反馈给控制系统的处理器。现有技术在将采集的电压信号反馈给处理器之前会对其做硬件滤波处理（也就是电容滤波）用来去除干扰信号。然而由于空调器稳压电路输出电压会发生波动，稳压电路输出电压的波动对经过硬件滤波处理后的控制检测电压信号仍会造成影响，从而造成信号失真、影响信号采集的准确性。

现以空调器的温度采样为实例说明，温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，空调器最常用温度传感器为NTC热敏传感器，NTC热敏传感器的电阻值随着温度上升而迅速下降，因此利用这一特性, 可将NTC热敏传感器和普通精密电阻通过分压电路对电压信号进行采集来实现对温度的采集。然而，因为空调器稳压电路输出电压不稳定的特性，会造成NTC热敏传感器并不能真实反应温度的变化，从而造成温度检测的失真，进而影响空调器正确判断采集信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高空调器信号采集准确性、减小信号失真的空调信号采集补偿的装置和方法。

为了实现本发明目的，本发明提供一种空调信号采集补偿装置，包括：

具有输出端的源电压电路；

与源电压电路的输出端连接的传感器；

连接在传感器与接地端之间的分压电阻R2；以及

与源电压电路的输出端连接的信号处理模块，用于检测源电压电路的输出端的电压变化；

所述信号处理模块还检测分压电阻R2的电压信号，且根据检测源电压电路的输出端的电压变化对检测的分压电阻R2的电压信号进行补偿。

优选地，该空调信号采集补偿装置在传感器与接地端之间还串联有串联连接的连接电阻R3和接地电容C1；所述信号处理模块连接所述连接电阻R3，用于检测分压电阻R2的电压信号。

相应地，本发明提供一种空调信号采集补偿方法包括：

S1，信号处理模块检测源电压电路的输出端的电压变化和检测控制检测电压信号；

S2，根据源电压电路的输出端的电压变化对检测的控制检测电压信号进行补偿。

S3，将补偿后的控制检测电压信号用于空调的控制。

优选地，在S1中，信号处理模块还对检测的源电压电路的输出端的电压变化进行中值滤波。

优选地，在S1中，通过串联连接在源电压电路的输出端和接地端之间的温度传感器R1和分压电阻R2来控制检测电压信号。

优选地，在S1中，所述控制检测电压信号为分压电阻R2的电压信号。

优选地，在S2中，设置源电压电路的输出端的电压变化的上限值，信号处理模块对检测到不大于上限值的源电压电路的输出端的电压变化用于对温度电压信号的补偿。

优选地，在S2中，信号处理模块还对控制检测电压信号进行软件滤波，包括如下步骤：

S21，设置要过滤的干扰信号频率；

S22，设置检测控制检测电压信号的采样时间间隔；

S23，根据控制检测电压信号、上次滤波信号以及干扰信号频率和采样时间间隔进行滤波；

其中，在S23中满足按如下公式：

$U_c\left(k\right)=\frac{\mathrm{\τ}}{T+\mathrm{\τ}}{U}_c(k-1)+\frac{T}{T+\mathrm{\τ}}{U}_i\left(k\right)$

其中，k为检测控制检测电压信号时进行采样的次数，T为采样时间间隔，τ作为时间因数，由过滤的干扰信号频率和干扰信号的衰减的完全截止时间确定，U_i（k）为采样的控制检测电压信号，U_c（k-1）为上次滤波信号。

由于本发明空调信号采集补偿装置和方法通过信号处理模块根据源电压电路的输出端的电压变化对检测的控制检测电压信号进行补偿，从而可以消除源电压电路的输出端的电压变化对控制检测电压信号的影响，因此提高空调器信号采集准确性、减小信号失真。

附图说明

图1为本发明空调信号采集补偿装置一实施例的电路方框图；

图2为本发明空调信号采集补偿方法的流程图；

图3为本发明对温度电压信号进行软件滤波的流程图；

图4为本发明空调信号采集补偿装置采集包含干扰信号的温度电压信号的曲线图；

图5为图4中温度电压信号中滤除干扰信号后的曲线图；

图6为本发明空调信号采集补偿装置另一实施例的电路方框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种空调信号采集补偿装置，参照图1，其揭示了本发明的一具体实施例，在本实施例中，该空调信号采集补偿装置包括源电压电路10、温度传感器R1、分压电阻R2和信号处理模块20。温度传感器R1和分压电阻R2串联后连接在源电压电路10的输出端和接地端之间，信号处理模块20分别连接源电压电路10的输出端以及分压电阻R2，以对源电压电路10的输出端和分压电阻R2的电压信号进行检测。

请参阅图2，空调信号采集补偿装置之空调信号采集补偿方法如下：

S11，信号处理模块20检测源电压电路10的输出端的电压变化和检测分压电阻R2的电压信号；

S12，信号处理模块20根据源电压电路10的输出端的电压变化对检测的分压电阻R2的电压信号进行补偿；以及

S13，将补偿后的分压电阻R2的电压信号用于空调的控制。

在S1中，具体地为，信号处理模块20内部的AD采样装置连接到源电压电路10的输出端对其输出的电压V_CC进行检测，若源电压电路10的输出端的电压稳定不变时，分压电阻R2的电压为 ，当温度发生变化时，温度传感器R1的阻值发生变化，同时分压电阻R2的电压亦发生相应的变化，从而通过检测分压电阻R2的电压信号，可以获得温度电压信号。

然而由于不同空调的源电压电路10的输出端的电压会存在差异以及同一空调的源电压电路10的输出端的电压也会发生波动，则源电压电路10的输出端的电压V_CC（t）=V_CC+ΔV_CC，若源电压电路10的输出端的电压发生变化时，则分压电阻R2的电压信号出现了偏离，分压电阻R2的电压为：

$\frac{(\mathrm{Vcc}+\mathrm{\ΔVcc})\×R2}{R1+R2}$

在S2中，具体地为，信号处理模块20对检测的温度电压信号进行补偿的补偿值为，从而减小因源电压电路10输出端的电压波动而造成温度电压信号出的失真。

在S3中，具体地为，根据补偿后的分压电阻R2的电压信号获得温度值，从而将温度值用于空调的控制。

在信号处理模块20对检测的温度电压信号进行补偿时，对信号处理模块20检测源电压电路10的输出端的电压变化进行中值滤波，亦即在信号处理模块20对源电压电路10输出端的电压变化进行采样获得的一组数据中，除最大值和最小值、其余值做加权平均而获得ΔV_CC。

此外，为防止在源电压电路10发生故障或错误时，信号处理模块20仍将源电压电路10的输出端的电压变化用于对检测的温度电压信号进行补偿，设置源电压电路10的输出端的电压变化的上限值，在信号处理模块20对检测到的源电压电路10的输出端的电压变化大于上限值时，信号处理模块20不将采集的源电压电路10的输出端的电压变化用于对采集的温度电压信号进行补偿。

由于温度可能存在干扰性波动，温度传感器R1的阻值也在随时波动，这容易造成温度不稳定，从而无法以稳定的温度作为空调器控制的依据，而且这也容易被检测为是故障信号，甚至引起空调器报警关机。因此，本发明空调信号采集补偿方法还通过信号处理模块20执行软件RC滤波操作以对检测的分压电阻R2的电压进行滤波，请参与图3，该软件RC滤波的方法，包括：

S21，设置要过滤的干扰信号频率；

S22，设置检测分压电阻R2的电压信号的采样时间间隔；

S23，对检测的分压电阻R2的电压信号的干扰信号进行过滤。

以下对软件RC滤波的进行说明， RC滤波公式如下：

$u_c\left(t\right)=\frac{1}{C}{\∫}_0^t\frac{u_i\left(t\right)-u_c\left(t\right)}{R}\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$\mathrm{\τ}\frac{{\mathrm{du}}_c\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+u_c\left(t\right)=u_i\left(t\right)---\left(2\right)$

其中Uc（t）为滤除干扰信号的分压电阻R2的电压，Ui（t）为包含干扰信号的分压电阻R2的电压，公式τ=RC中，τ单位为秒，R为欧姆，C为法，且R根据电容充放电知识可以得出，R为温度传感器R1和分压电阻R2的并联值，C为硬件滤波时并在分压电阻R2两端的电容值，通过软件滤波可以省略硬件滤波时并在分压电阻R2两端的电容，若信号处理模块20对分压电阻R2的电压采样时间间隔设为T，则Uc（k）=u（kT），其中k为采样的次数，因此公式（2）变换如下：

$\mathrm{\τ}\frac{U_c\left(k\right)-U_c(k+1)}{T}+U_c\left(k\right)=U_i\left(k\right)---\left(3\right)$

公式（3）经变换如下：

$U_c\left(k\right)=\frac{\mathrm{\τ}}{T+\mathrm{\τ}}{U}_c(k+1)+\frac{T}{T+\mathrm{\τ}}{U}_i\left(k\right)---\left(4\right)$

若将信号处理模块20对分压电阻R2的电压采样时间间隔T设为5ms，亦即每隔5ms信号处理模块20软件中断程序去响应，对分压电阻R2的电压采样一次，如需将分压电阻R2的电压信号中在2Hz以上，扰动信号周期为500ms以内的变化信号作为干扰信号完全滤除，且以4τ作为衰减的完全截止时间，则τ=125ms，亦即τ=25T，则公式（4）变换为：

$U_c\left(k\right)=\frac{25}{26}{U}_c(k-1)+\frac{1}{26}{U}_i\left(k\right)---\left(5\right)$

因此分压电阻R2的电压信号中的2Hz以上的变化信号将不再检测出来，而低于2Hz频率的变化信号作为正常因温度变化而引起的变化信号仍作为温度电压信号被检测出来，由图4和图5可知，通过软件滤波可以有效的减小干扰信号的影响。

由于本发明通过信号处理模块20根据源电压电路10的输出端的电压变化对检测的温度电压信号进行补偿，从而可以消除源电压电路的输出端的电压变化对检测的温度电压信号的影响，因此提高了空调器温度电压信号采集的准确性、减小温度电压信号的失真。此外由于信号处理模块20对检测的温度电压信号进行软件滤波，因此不必在分压电阻R2两端并联滤波电容即可滤除可能存在干扰性波动，因此可以降低硬件的设计要求和减小硬件的成本。

参照图6，其揭示了本发明的另一实施例，本实施例空调信号采集补偿装置与上一实施例空调信号采集补偿装置类似，其不同之处在于：在温度传感器R1与接地端之间还串联有串联连接的连接电阻R3和接地电容C1，所述信号处理模块20连接所述连接电阻R3。

由于接地电容C1的电容值非常小，贴片成本几乎省略，增加接地电容C1的目的是预先滤除更高频率段的干扰信号，其对公式τ=RC的时间常数影响微小，可以忽略，因此处理模块20与连接电阻R3连接处的电压可视为分压电阻R2的电压，从而信号处理模块20可以检测分压电阻R2的电压。

本实施例空调信号采集补偿装置之空调信号采集补偿方法与上一实施例空调信号采集补偿装置之空调信号采集补偿方法相同，在此不再详加叙述。

以上实施例，仅以温度电压信号的检测为例，在实际应用中，并不仅限于此，本发明同样可用于湿度、压缩机电机或者风机的检测，通过根据源电压电路10的输出端的电压变化对检测的湿度、压缩机电机或者风机等控制检测电压信号进行补偿，从而提高控制检测电压信号检测的准确性、减小控制检测电压信号的失真。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种空调信号采集补偿装置，其特征在于，包括：

具有输出端的源电压电路；

与源电压电路的输出端连接的传感器；

连接在传感器与接地端之间的分压电阻R2；以及

与源电压电路的输出端连接的信号处理模块，用于检测源电压电路的输出端的电压变化；

所述信号处理模块还检测分压电阻R2的电压信号，且根据检测源电压电路的输出端的电压变化对检测的分压电阻R2的电压信号进行补偿。

2.如权利要求1所述的空调信号采集补偿装置，其特征在于，该空调信号采集补偿装置在传感器与接地端之间还串联有串联连接的连接电阻R3和接地电容C1；所述信号处理模块连接所述连接电阻R3，用于检测分压电阻R2的电压信号。

3.一种空调信号采集补偿方法，其特征在于，包括：

S1，信号处理模块检测源电压电路的输出端的电压变化和检测控制检测电压信号；

S2，根据源电压电路的输出端的电压变化对检测的控制检测电压信号进行补偿。

S3，将补偿后的控制检测电压信号用于空调的控制。

4.如权利要求3所述的空调信号采集补偿方法，其特征在于，在S1中，信号处理模块还对检测的源电压电路的输出端的电压变化进行中值滤波。

5.如权利要求3所述的空调信号采集补偿方法，其特征在于，在S1中，通过串联连接在源电压电路的输出端和接地端之间的温度传感器R1和分压电阻R2来检测控制检测电压信号。

6.如权利要求5所述的空调信号采集补偿方法，其特征在于，在S1中，所述控制检测电压信号为分压电阻R2的电压信号。

7.如权利要求3所述的空调信号采集补偿方法，其特征在于，在S2中，设置源电压电路的输出端的电压变化的上限值，信号处理模块对检测到不大于上限值的源电压电路的输出端的电压变化用于对温度电压信号的补偿。

8.如权利要求1所述的空调信号采集补偿方法，其特征在于，在S2中，信号处理模块还对控制检测电压信号进行软件滤波，包括如下步骤：

S21，设置要过滤的干扰信号频率；

S22，设置检测控制检测电压信号的采样时间间隔；

S23，根据控制检测电压信号、上次滤波信号以及干扰信号频率和采样时间间隔进行滤波；

其中，在S23中满足按如下公式：

$U_c\left(k\right)=\frac{\mathrm{\τ}}{T+\mathrm{\τ}}{U}_c(k-1)+\frac{T}{T+\mathrm{\τ}}{U}_i\left(k\right)$

其中，k为检测控制检测电压信号时进行采样的次数，T为采样时间间隔，τ作为时间因数由过滤的干扰信号频率和干扰信号的衰减的完全截止时间确定，U_i（k）为采样的控制检测电压信号，U_c（k-1）为上次滤波信号。