CN105698957A - 温度测量电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度测量电路与方法，它包括单片机、标准电阻RC、热敏电阻RT和电容C1；所述标准电阻RC一端与所述单片机的输入输出引脚IO1相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述热敏电阻RT一端与所述单片机的输入输出引脚IO2相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述电容C1一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连，另一端接地。本发明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，并且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电流引起的自热误差。

Description

温度测量电路与方法

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，具体涉及一种温度测量电路与方法。

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：

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为精密电阻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

本发明克服了现有技术的不足，提供一种温度测量电路与方法，用于解决传统技术方案中热敏电阻阻值测量受电源电压波动影响且自热误差大的技术问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种温度测量电路，它包括单片机、标准电阻RC、热敏电阻RT和电容C1；所述标准电阻RC一端与所述单片机的输入输出引脚IO1相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述热敏电阻RT一端与所述单片机的输入输出引脚IO2相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述电容C1一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连，另一端接地。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

一种温度测量方法，它包括：

ⅰ)将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容C1完全放电；

ⅱ)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、输入输出引脚IO1设置为高电平输出，启动内部计时器从零开始计时；

ⅲ)触发输入引脚CP1产生中断时，计时器停止计时，记录计时时间Tc；

ⅳ)再次将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、CP1设为低电平输出，使C1完全放电；

ⅴ)将IO1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、输入输出引脚IO2设置为高电平输出，启动内部计时器从零开始计时；

ⅵ)触发输入引脚CP1产生中断时，计时器停止计时，记录计时时间Tt；

ⅶ)通过公式计算出热敏电阻RT的阻值Rt；

ⅷ)通过查找阻值-温度对应表得到温度值。

本发明还可以是：

根据本发明的一个实施方案，所述ⅰ)步骤中将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出后保持0.1秒。

根据本发明的另一个实施方案，所述ⅳ)步骤中将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出后保持0.1秒。

根据本发明的另一个实施方案，所述ⅵ)步骤中触发输入引脚CP1产生中断后，将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、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。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种温度测量电路与方法，其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，并且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电流引起的自热误差。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件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的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1为传统测量电路的原理示意图；

图2为本发明测量电路的原理示意图；

图3为本发明测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图2所示，一种温度测量电路，它包括单片机、标准电阻RC、热敏电阻RT和电容C1；所述标准电阻RC一端与所述单片机的输入输出引脚IO1相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述热敏电阻RT一端与所述单片机的输入输出引脚IO2相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述电容C1一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连，另一端接地。

本发明在测量温度时轮流通过RC和RT对0电压的C1充电，通过单片机高电平中断触发功能和内部计时器，分别计时C1充电到高电平的时间Tc和Tt。

根据电容充电公式可以计算出电容C1通过RC和RT充电到单片机高电平Vh时间Tc和Tt：

$Tc={\mathrm{RcC}}_1\ln \left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right)$

$Tt={\mathrm{RtC}}_1\ln \left(\frac{Vcc}{Vcc-Vh}\right)$

上述公式中Rc、Rt分别的电阻RC、RT的阻值，C1为电容C1的电容值，Vcc为电源电压，Vh为单片机高电平电压。

根据上述公式可以得到

上述Rt的计算公式从原理上消除了电源电压波动对电阻值测量的影响，并且由于热敏电阻只在充放电时有电流流过，通电时间很短，大大减小了自热误差。

如图3所示，一种温度测量方法，它包括：

ⅰ)将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容C1完全放电，C1上的电压为0；

ⅱ)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、输入输出引脚IO1设置为高电平输出，同时启动内部计时器从零开始计时；

ⅲ)触发输入引脚CP1产生中断时，计时器停止计时，记录计时时间Tc；

ⅳ)再次将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、CP1设为低电平输出，使C1完全放电，C1上的电压为0；

ⅴ)将IO1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、输入输出引脚IO2设置为高电平输出，同时启动内部计时器从零开始计时；

ⅵ)通过热敏电阻RT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，记录计时时间Tt；；

ⅶ)通过公式计算出热敏电阻RT的阻值Rt；

ⅷ)通过查找阻值-温度对应表得到温度值。

优选地，ⅰ)步骤中将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出后保持0.1秒。

ⅳ)步骤中将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出后保持0.1秒。

ⅵ)步骤中触发输入引脚CP1产生中断后，将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、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。从而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。

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相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种温度测量电路，其特征在于它包括单片机、标准电阻RC、热敏电阻RT和电容C1；所述标准电阻RC一端与所述单片机的输入输出引脚IO1相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述热敏电阻RT一端与所述单片机的输入输出引脚IO2相连，另一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连；所述电容C1一端与所述单片机的触发输入引脚CP1相连，另一端接地。

2.一种温度测量方法，其特征在于它包括：

ⅰ)将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出，使电容C1完全放电；

ⅱ)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、输入输出引脚IO1设置为高电平输出，并启动内部计时器从零开始计时；

ⅲ)触发输入引脚CP1产生中断时，计时器停止计时，记录计时时间Tc；

ⅳ)再次将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、CP1设为低电平输出，使C1完全放电；

ⅴ)将IO1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、输入输出引脚IO2设置为高电平输出，启动内部计时器从零开始计时；

ⅵ)触发输入引脚CP1产生中断时，计时器停止计时，记录计时时间Tt；

ⅶ)通过公式计算出热敏电阻RT的阻值Rt；

ⅷ)通过查找阻值-温度对应表得到温度值。

3.根据权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于所述ⅰ)步骤中将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出后保持0.1秒。

4.根据权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于所述ⅳ)步骤中将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、触发输入引脚CP1设为低电平输出后保持0.1秒。

5.根据权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于所述ⅵ)步骤中触发输入引脚CP1产生中断后，将输入输出引脚IO1、输入输出引脚IO2、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。