CN105547514A - 温度测量电路及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度测量。本发提供一种温度测量电路，标准电阻的一端与单片机输入输出引脚IO1连接，标准电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；所述热敏电阻的一端与单片机输入输出引脚IO2连接，热敏电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；所述电容一端与单片机触发引脚CP1连接，另一端接地；所述单片机，用于根据预设程序控制输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1的控制状态，通过标准电阻对电容进行充电，计算标准充电时间；通过热敏电阻对电容进行充电，计算热敏充电时间；根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。适用于热敏电阻测量温度。

Description

温度测量电路及其测量方法

技术领域

本发明涉及温度测量，特别涉及使用热敏电阻测量温度时，减小温度测量误差的方法。

背景技术

温度测量技术广泛应用在生产、生活的各方面，更是制冷、制热产品中的基础技术和关键技术，温度测量的误差直接影响到产品的性能和用户体验。热敏电阻具有体积小、灵敏度高、可靠性高、成本低等特点，在空调、冰箱温度测量中得到大量的应用，其测温原理是热敏电阻在不同的温度下呈现出不同的电阻值，可根据热敏电阻的电阻值，通过计算或查表的方法得到温度值，因此热敏电阻阻值测量的误差直接影响到温度测量的误差。在实际应用中，热敏电阻阻值测量普遍使用分压、电桥等方法测量。以电阻分压法为例，其原理图如附图1所示，将标准电阻RC、热敏电阻RT串联在电源VCC和地之间，中间接在单片机模拟电压采样口ADC上，根据电阻分压公式可以计算出Rt的值：

$Rt=Rc\frac{Tt}{Tc};$

上述公式中，Rt的误差取决于Vt、Rc、Vcc的误差，其中Vt是通过单片机AD采样口实时测出的电压值，Rc为标准电阻RC的电阻值，Vcc是电源VCC的电压值。在实际应用时VCC除了用于给温度测量电路供电外，还给其他众多的电路模块供电，不同时间各电路模块工作状态不同，即VCC的负载是动态变化的，再加上受电磁干扰等因素影响，Vcc的值会有大幅度的波动，因此采用上述方法测量出的Rt值误差较大。

另一方面，采用分压、电桥测量方法时，热敏电阻RT中长时间有电流流过，热敏电阻将长时间发热，累积的热量造成电阻值变化，将产生自热误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种温度测量电路及其测量方法以达到使用热敏电阻测量温度时，减小温度测量误差的效果。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，温度测量电路，包括单片机、标准电阻、热敏电阻及电容；

所述标准电阻的一端与单片机输入输出引脚IO1连接，标准电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；

所述热敏电阻的一端与单片机输入输出引脚IO2连接，热敏电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；

所述电容一端与单片机触发引脚CP1连接，另一端接地；

所述单片机，用于根据预设程序控制输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1的控制状态，通过标准电阻对电容进行充电，计算标准充电时间；通过热敏电阻对电容进行充电，计算热敏充电时间；根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。

具体的，所述标准充电时间为通过标准电阻对完全放电后的电容进行充电，当电压值达到单片机高电压值所用的时间；

所述热敏充电时间为通过热敏电阻对完全放电后的电容进行充电，当电压值达到单片机高电压值所用的时间。

进一步的，所述标准充电时间计算公式为：

$Tc={\mathrm{RcC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tc为标准充电时间，Rc为标准电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

进一步的，所述热敏充电时间计算公式为：

$Tt={\mathrm{RtC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tt为热敏充电时间，Rt为热敏电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

进一步的，所述热敏电阻阻值计算公式为：

$Rt=Rc\frac{Tt}{Tc}.$

用于上述温度测量电路的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、单片机将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容完全放电；

步骤2、单片机将输入输出引脚IO2设为输入状态、触发输入引脚CP1设为高电平中断触发输入状态及将输入输出引脚IO1设为高电平输出，启动内部计时器；

步骤3、单片机控制电路通过标准电阻对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录标准充电时间后重复步骤1及步骤2；

步骤4、单片机控制电路通过热敏电阻对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录热敏充电时间；

步骤5、单片机根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。

具体的，所述步骤1中，单片机将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，保持预设时间，使电容完全放电。

具体的，所述步骤3中，标准充电时间计算公式为：

$Tc={\mathrm{RcC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tc为标准充电时间，Rc为标准电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

所述步骤4中，热敏充电时间计算公式为：

$Tt={\mathrm{RtC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tt为热敏充电时间，Rt为热敏电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

进一步的，所述步骤5中，热敏电阻阻值计算公式为：

$Rt=Rc\frac{Tt}{Tc}.$

具体的，所述步骤4中，单片机记录热敏充电时间后，重复步骤1。

本发明的有益效果是：本发明提供的测量电路及其测量方法，在计算热敏电阻值时无需通过单片机AD采样口实时测出的电压值Vt，解决了传统测量方法中存在的电源电压波动产生测量误差的问题；

同时本发明中热敏电阻仅在需要测量温度时对电容进行充放电，减小了传统测量方法中热敏电阻长时间通过引起的自热误差。

附图说明

图1为本发明温度测量电路及其测量方法背景技术中传统测量电路的结构图；

图2为本发明温度测量电路及其测量方法实施例中1测量电路的结构图；

图3为本发明温度测量电路及其测量方法实施例中2中测量方法的流程图。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案：

本发明针对现有技术中热敏电阻阻值计算受电源电压误差影响，并且解决热敏电阻上长时间有电流流过，自热误差大的问题，提供一种温度测量电路，包括单片机、标准电阻、热敏电阻及电容；所述标准电阻的一端与单片机输入输出引脚IO1连接，标准电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；所述热敏电阻的一端与单片机输入输出引脚IO2连接，热敏电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；所述电容一端与单片机触发引脚CP1连接，另一端接地；所述单片机，用于根据预设程序控制输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1的控制状态，通过标准电阻对电容进行充电，计算标准充电时间；通过热敏电阻对电容进行充电，计算热敏充电时间；根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。一种温度测量方法首先，单片机将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容完全放电；其次，单片机将输入输出引脚IO2设为输入状态、触发输入引脚CP1设为高电平中断触发输入状态及将输入输出引脚IO1设为高电平输出，启动内部计时器；然后，单片机控制电路通过标准电阻对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录标准充电时间后，单片机再次将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容完全放电，再次将输入输出引脚IO2设为输入状态、触发输入引脚CP1设为高电平中断触发输入状态及将输入输出引脚IO1设为高电平输出，启动内部计时器；再然后，单片机控制电路通过热敏电阻对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录热敏充电时间；最后，单片机根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。本发明提供的测量电路及其测量方法，在计算热敏电阻值时无需通过单片机AD采样口实时测出的电压值Vt，解决了传统测量方法中存在的电源电压波动产生测量误差的问题；同时本发明中热敏电阻仅在需要测量温度时对电容进行充放电，减小了传统测量方法中热敏电阻长时间通过引起的自热误差。

实施例1

本例提出一种温度测量电路，解决传统测量方法中热敏电阻阻值计算受电源电压误差影响，并且解决热敏电阻上长时间有电流流过，自热误差大的问题。下面结合附图2对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述。

如图2所示，本发明提供的温度测量电路，包括单片机、标准电阻RC、热敏电阻RT、电容C1。

标准电阻RC的一端接在单片机的输入输出引脚IO1上，标准电阻RC的另一端接在单片机触发引脚CP1上；

热敏电阻RT的一端接在单片机输入输出引脚IO2上，热敏电阻RT的另一端接在单片机触发输入引脚CP1上；

电容C1的一端接在单片机触发引脚CP1上，另一端接地。

通过单片机根据预设程序控制输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1的控制状态，通过标准电阻RC对0电压的电容C1进行充电至单片机高电平Vh，计算标准充电时间Tc；通过热敏电阻RT对0电压的电容C1充电至单片机高电平Vh，计算热敏充电时间Tt；根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度，具体计算方式如下：

首先，根据电容充电公式可以计算出电容C1通过标准电阻RC和热敏电阻RT充电到单片机高电平Vh时间标准充电时间Tc和热敏充电时间Tt：

$Tc={\mathrm{RcC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tc为标准充电时间，Rc为标准电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

$Tt={\mathrm{RtC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tt为热敏充电时间，Rt为热敏电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

根据上述公式可以得到热敏电阻阻值：

在计算热敏电阻值时无需通过单片机AD采样口实时测出的电压值Vt，从原理上消除了电源电压波动对电阻值测量的影响，解决了传统测量方法中存在的电源电压波动产生测量误差的问题；同时本发明中热敏电阻仅在需要测量温度时对电容进行充放电，通电时间很短，大大减小了自热误差，减小了传统测量方法中热敏电阻长时间通过引起的自热误差。

最后，通过查找阻值-温度对应表得到当前测量温度值。

实施例2

本例提出一种应用于实施例1中温度测量电路的测量方法，解决传统测量方法中热敏电阻阻值计算受电源电压误差影响，并且解决热敏电阻上长时间有电流流过，自热误差大的问题。下面以流程图的方式对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述。

具体测量方法如图3所示：

首先，为了保证对充电时间测量的准确性，单片机将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，保持预设时间，通常保持0.1秒即可使电容完全放电，电容C1上的电压为0；

其次，单片机将输入输出引脚IO2设为输入状态、触发输入引脚CP1设为高电平中断触发输入状态及将输入输出引脚IO1设为高电平输出，启动内部计时器；

单片机控制电路通过标准电阻RC对电容C1进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压Vh时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录标准充电时间Tc。

单片机再次将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，保持预设时间，通常保持0.1秒即可使电容完全放电，电容C1上的电压为0；将输入输出引脚IO2设为输入状态、触发输入引脚CP1设为高电平中断触发输入状态及将输入输出引脚IO1设为高电平输出，启动内部计时器；

然后，单片机控制电路通过热敏电阻RT对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压Vh时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录热敏充电时间Tt；

根据电容充电公式可以计算出电容C1通过标准电阻RC和热敏电阻RT充电到单片机高电平Vh时间标准充电时间Tc和热敏充电时间Tt：

$Tc={\mathrm{RcC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tc为标准充电时间，Rc为标准电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

$Tt={\mathrm{RtC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tt为热敏充电时间，Rt为热敏电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

根据上述公式可以得到热敏电阻阻值：

在计算热敏电阻值时无需通过单片机AD采样口实时测出的电压值Vt，从原理上消除了电源电压波动对电阻值测量的影响，解决了传统测量方法中存在的电源电压波动产生测量误差的问题；同时本发明中热敏电阻仅在需要测量温度时对电容进行充放电，通电时间很短，大大减小了自热误差，减小了传统测量方法中热敏电阻长时间通过引起的自热误差。

最后通过查找阻值-温度对应表得到当前测量温度值。

另外，为了减少热敏电阻通电时间，可以在上述方法中中CP1产生中断，记录热敏充电时间Tt后，将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容C1放电，等待下一次温度测量。这样在下一次温度测量开始时取消电容C1放电的步骤，一方面可加快温度测量时间，另一方面可以进一步减小热敏电阻通电时间，减小自热误差。

Claims (10)

1.温度测量电路，其特征在于，包括单片机、标准电阻、热敏电阻及电容；

所述标准电阻的一端与单片机输入输出引脚IO1连接，标准电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；

所述热敏电阻的一端与单片机输入输出引脚IO2连接，热敏电阻的另一端与单片机触发输入引脚CP1连接；

所述电容一端与单片机触发引脚CP1连接，另一端接地；

所述单片机，用于根据预设程序控制输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1的控制状态，通过标准电阻对电容进行充电，计算标准充电时间；通过热敏电阻对电容进行充电，计算热敏充电时间；根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。

2.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述标准充电时间为通过标准电阻对完全放电后的电容进行充电，当电压值达到单片机高电压值所用的时间；

所述热敏充电时间为通过热敏电阻对完全放电后的电容进行充电，当电压值达到单片机高电压值所用的时间。

3.根据权利要求2所述的温度测量电路，其特征在于，所述标准充电时间计算公式为：

$Tc={\mathrm{RcC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tc为标准充电时间，Rc为标准电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

4.根据权利要求3所述的温度测量电路，其特征在于，所述热敏充电时间计算公式为：

$Tt={\mathrm{RtC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tt为热敏充电时间，Rt为热敏电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

5.根据权利要求4所述的温度测量电路，其特征在于，所述热敏电阻阻值计算公式为：

$Rt=Rc\frac{Tt}{Tc}.$

6.用于权利要求1至5任意一项所述的温度测量电路的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、单片机将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容完全放电；

步骤2、单片机将输入输出引脚IO2设为输入状态、触发输入引脚CP1设为高电平中断触发输入状态及将输入输出引脚IO1设为高电平输出，启动内部计时器；

步骤3、单片机控制电路通过标准电阻对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录标准充电时间后重复步骤1及步骤2；

步骤4、单片机控制电路通过热敏电阻对电容进行充电，当充电电压达到单片机高电平电压时，触发输入引脚CP1产生中断，计时器停止计时，记录热敏充电时间；

步骤5、单片机根据标准电阻阻值、标准充电时间及热敏充电时间计算出热敏电阻当前阻值，并根据热敏电阻当前阻值计算出当前温度。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤1中，单片机将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2及触发输入引脚CP1设为低电平输出，保持预设时间，使电容完全放电。

8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤3中，标准充电时间计算公式为：

$Tc={\mathrm{RcC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tc为标准充电时间，Rc为标准电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压；

所述步骤4中，热敏充电时间计算公式为：

$Tt={\mathrm{RtC}}_{1}ln\left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right);$

其中，Tt为热敏充电时间，Rt为热敏电阻阻值，C₁为电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电压。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述步骤5中，热敏电阻阻值计算公式为：

$Rt=Rc\frac{Tt}{Tc}.$

10.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4中，单片机记录热敏充电时间后，重复步骤1。