CN106092358B - 一种电阻式传感器信号的处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电阻式传感器信号的处理方法和装置，包括：电源模块、上拉电阻模块、传感器模块、恒流源模块和控制模块；传感器模块的一端接地，另一端分别连接上拉电阻模块的第一端、恒流源模块和控制模块；上拉电阻模块的第二端连接电源模块；控制模块控制恒流源模块为传感器模块提供恒定电流；根据传感器模块两端的第一电压值和恒定电流得到传感器模块的估计电阻值；根据传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；根据传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到传感器模块的当前电阻值。本发明提供的技术方案提高了电阻式传感器不同范围电阻值的测量精度。

Description

一种电阻式传感器信号的处理方法和装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种电阻式传感器信号的处理方法和装置。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。传感器有许多分类方法，根据其被测物理量来分，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等，其中，将位移、力、加速度、扭矩、温度等非电物理量转换为电阻值变化的电阻式传感器最为常见。

常见的温度类传感器，就是将温度的变化转变为电阻值的变化的电阻式传感器，以温度类传感器为例，温度类传感器信号采集电路如图1所示，温度类传感器电阻Rx的第一端接地，Rx的第二端连接上拉电阻R的第二端，上拉电阻R的第一端接5v电源，Rx的两端并联一个电容C，Rx的第二端连接单片机的通信端口，将Rx两端的电压信号Uo实时反馈给单片机，其中，上拉电阻R为一个已知的固定值。单片机根据下述公式(1)可以得到温度类传感器电阻Rx的当前值。

并且根据下表1所示的，该温度类传感器的性能表，可以得到当前温度类传感器电阻Rx值所对应的温度值。

表1某温度传感器性能表

温度/℃	-40	-10	15	20	80	130
							电阻值/kΩ	45.3	9.2	3.06	2.5	0.33	0.09

在信号处理过程中，通常需要如表1所示的数据，此类表格在电控柴油机控制过程中需要许多种，常见的有一维表格和二维表格，英文中将这些表格称之为MAP，通常也用其音译“脉谱”来表达。

可见，现有温度类传感器的信号处理过程中，存在以下问题，首先，在整个温度类传感器电阻Rx测量变化范围内，上拉电阻一直为一固定电阻值，由于Rx电阻变化范围较大，在Rx与R的电阻差异较大时，测得的Uo值不准确，因此在Rx与R的电阻值差异较大时，影响Rx电阻测量精度。另外，每一个温度类传感器均需要一个单片机通信接口进行信号采集，单片机硬件资源有限，无法设置多个温度类传感器来提高电阻值测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提高电阻式传感器的电阻测量精度。

为此目的，本发明提出了一种电阻式传感器信号的处理装置包括：

电源模块、上拉电阻模块、传感器模块、恒流源模块和控制模块；

所述传感器模块的一端接地，另一端分别连接所述上拉电阻模块的第一端、所述恒流源模块和所述控制模块；所述上拉电阻模块的第二端连接所述电源模块；

所述控制模块控制所述恒流源模块为所述传感器模块提供恒定电流，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信中断；根据传感器模块两端的第一电压值和所述恒定电流得到所述传感器模块的估计电阻值；

所述控制模块控制所述恒流源模块与所述传感器模块通信中断，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信连接；根据所述传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；根据所述传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到所述传感器模块的当前电阻值。

优选的，所述上拉电阻模块包括：多个并联的上拉电阻单元，所述上拉电阻单元包括串联的上拉电阻和第一可控开关；所述控制模块控制所述第一可控开关，以使所述上拉电阻模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

优选的，所述恒流源模块包括串联的恒流源和第二可控开关；所述控制模块控制所述第二可控开关，以使所述恒流源模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

优选的，所述控制模块包括ADC单元和数据处理单元，所述ADC单元的一端连接所述传感器模块的另一端，所述ADC模块的另一端连接所述数据处理单元的SPI通信接口。

优选的，所述传感器模块包括并联的传感器电阻和电容；所述传感器电阻为温度类传感器电阻。

另一方面，本发明还提供了一种采用上述任意一项所述的装置进行电阻式传感器信号处理的方法，包括：

控制所述恒流源模块为所述传感器模块提供恒定电流，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信中断；

根据传感器模块两端的第一电压值和所述恒定电流得到所述传感器模块的估计电阻值；

控制所述恒流源模块与所述传感器模块通信中断，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信连接；

根据所述传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；

根据所述传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到所述传感器模块的当前电阻值。

优选的，在得到所述传感器模块的当前电阻值之后，还包括：根据所述传感器模块的当前电阻值与待测物理量之间的对应关系，得到所述待测物理量的测量值。

优选的，所述上拉电阻模块包括：多个并联的上拉电阻单元，所述上拉电阻单元包括串联的上拉电阻和第一可控开关；通过控制所述第一可控开关，使所述上拉电阻模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

优选的，所述恒流源模块包括串联的恒流源和第二可控开关；通过控制所述第二可控开关，使所述恒流源模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

优选的，所述传感器模块包括并联的传感器电阻和电容；所述传感器电阻为温度类传感器电阻。

本发明实施例提供的电阻式传感器信号的处理方法和装置，通过给传感器模块输入恒定电流，根据采集的传感器模块两端的电压，计算传感器模块的估计电阻值，从而根据估计电阻值，选择合适的上拉模块的电阻值，克服了现有固定上拉电阻值，在传感器模块的电阻值与上拉电阻的电阻值相差较大时，传感器模块电阻值测量精度较低的缺陷，因此，本发明提供的技术方案可以根据传感器电阻值选择不同的上拉电阻，从而提高了电阻式传感器不同范围电阻值的测量精度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为现有温度类传感器信号采集电路的架构示意图；

图2为本发明一实施例提供的电阻式传感器信号的处理装置的框架示意图；

图3为本发明又一实施例提供的电阻式传感器信号的处理装置的架构示意图；

图4为本发明一实施例提供的电阻式传感器信号的处理方法的流程示意图；

图5为本发明又一实施例提供的电阻式传感器信号的处理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图2和3所示，本发明实施例提供了一种电阻式传感器信号的处理装置，包括：

电源模块、上拉电阻模块、传感器模块、恒流源模块和控制模块；

传感器模块的一端接地，另一端分别连接上拉电阻模块的第一端、恒流源模块和控制模块；上拉电阻模块的第二端连接电源模块；

控制模块控制恒流源模块为传感器模块提供恒定电流，控制上拉电阻模块与传感器模块通信中断；根据传感器模块两端的第一电压值和恒定电流得到传感器模块的估计电阻值；

控制模块控制恒流源模块与传感器模块通信中断，控制上拉电阻模块与传感器模块通信连接；根据传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；根据传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到传感器模块的当前电阻值。

需要说明的是，该传感器模块是将位移、力、加速度、扭矩、温度等非电物理量转换为电阻值变化的电阻式传感器，可以是温度传感器、压力传感器、加速度传感器、扭矩传感器等。

由于现有技术中上拉电阻为一固定值，以温度传感器为例，温度传感器电阻随着温度的变化，电阻值随之变化，电阻值较小时可以达到0.09kΩ，较大时可以达到45.3kΩ，假设上拉电阻值为固定的20kΩ，则当温度传感器的电阻值为0.09kΩ时，温度传感器的电阻与上拉电阻的电阻值大小差异过大，使得上拉电阻两端的电压是温度传感器两端的电压的222倍，因此此时测量得到的温度传感器两端的电压Uo值非常不准确，根据公式(1)计算得到的Rx值也非常不准确。以温度传感器为例，本发明实施例给温度传感器电阻Rx输入恒定电流i，根据采集的温度传感器电阻Rx两端的电压U，首先计算出了Rx值,Rx＝U/i，然后根据Rx值，选择与Rx值接近的上拉电阻值，然后再次采集Rx两端的电压Uo，以电源模块输出5v电压为例，根据公式(1)计算得到当前Rx的准确值。根据表1的温度传感器的性能表可以得到当前Rx对应的温度值。

综上，本发明实施例提供的电阻式传感器信号的处理装置，通过给传感器模块输入恒定电流，根据采集的传感器模块两端的电压，计算传感器模块的估计电阻值，从而根据估计电阻值，选择合适的上拉模块的电阻值，克服了现有固定上拉电阻值，在传感器模块的电阻值与上拉电阻的电阻值相差较大时，传感器模块电阻值测量精度较低的缺陷，因此，本发明提供的技术方案可以根据传感器电阻值选择不同的上拉电阻，从而提高了电阻式传感器不同范围电阻值的测量精度。

在上述实施例的基础上，优选的，所述上拉电阻模块包括：多个并联的上拉电阻单元，所述上拉电阻单元包括串联的上拉电阻和第一可控开关；所述控制模块控制所述第一可控开关，以使所述上拉电阻模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

如图3所示，多个上拉电阻单元中的上拉电阻R1、R2、R3可以相同也可以不同，通过控制不同第一可控开关的打开或闭合，可以调节上拉电阻模块的电阻值，使上拉电阻模块的电阻值与传感器模块的电阻值较接近。

在上述实施例的基础上，如图3所示，优选的，所述恒流源模块包括串联的恒流源和第二可控开关；所述控制模块控制所述第二可控开关，以使所述恒流源模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

具体的，控制模块控制第二可控开关处于闭合状态，使恒流源为传感器模块提供恒定电流i，控制模块读取传感器模块两端的电压U，根据Rx＝U/i，得到传感器模块电阻的估计值，然后控制模块控制第二可控开关处于断开状态，并控制至少一个第一可控开关闭合，选择阻值合适的上拉电阻值R，控制模块再次读取传感器模块两端的电压Uo，以电源模块输出5v电压为例，根据公式计算当前Rx的值。

在上述实施例的基础上，如图3所示，优选的，所述控制模块包括ADC单元和数据处理单元，所述ADC单元的一端连接所述传感器模块的另一端，所述ADC模块的另一端连接所述数据处理单元的SPI通信接口。

通过ADC单元采集传感器模块两端的电压，ADC单元将采集的电压信号转变为数字信号，并将该数字信号传输给数据处理单元的SPI通信接口，使数据处理单元根据电压值U和恒定电流i，计算得出Rx估计值为U/i，以供数据处理单元根据Rx估计值为Rx选择合适的上拉电阻。其中，数据处理单元可以是单片机，电源模块为ADC单元供电。电源模块可以提供5v电压。通过SPI通信接口将传感器电压信号实时反馈给单片机，从而提高了信号的精度，节约了单片机资源。

在上述实施例的基础上，如图3所示，所述传感器模块包括并联的传感器电阻Rx和电容C；所述传感器电阻为温度类传感器电阻。

恒流源为温度类传感器电阻Rx提供电流i，ADC单元读取Rx的电压U，单片机计算得到Rx＝U/i，第一可控开关为Rx匹配选取合适的上拉电阻R1、R2或R3，单片机读取此时Rx的电压U，计算得到Rx的值，根据温度传感器性能表中，Rx与温度的对应关系，得到此时温度测量值。根据计算得到的传感器模块的当前电阻值，以及温度类传感器电阻值与温度值的对应关系，可以得到当前温度测量值。

同理，所述传感器电阻为位移传感器电阻、压力类传感器电阻、加速度传感器电阻或扭矩传感器电阻时，根据电阻值与待测物理量之间的对应关系，都可以得到待测物理量的当前测量值。

另一方面，如图4所示，本发明还提供了一种采用上述任意一项电阻式传感器信号的处理装置进行电阻式传感器信号处理的方法，该方法，包括：

S1：控制所述恒流源模块为所述传感器模块提供恒定电流，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信中断；

S2：根据传感器模块两端的第一电压值和所述恒定电流得到所述传感器模块的估计电阻值；

S3控制所述恒流源模块与所述传感器模块通信中断，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信连接；

S4根据所述传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；

S5：根据所述传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到所述传感器模块的当前电阻值。

本发明实施例提供的电阻式传感器信号的处理方法，通过给传感器模块输入恒定电流，根据采集的传感器模块两端的电压，计算传感器模块的估计电阻值，从而根据估计电阻值，选择合适的上拉模块的电阻值，克服了现有固定上拉电阻值，在传感器模块的电阻值与上拉电阻的电阻值相差较大时，传感器模块电阻值测量精度较低的缺陷，因此，本发明提供的技术方案可以根据传感器电阻值选择不同的上拉电阻，从而提高了电阻式传感器不同范围电阻值的测量精度。

优选的，如图5所示，在上述步骤S5得到所述传感器模块的当前电阻值之后，还包括：S6：根据所述传感器模块的当前电阻值与待测物理量之间的对应关系，得到所述待测物理量的测量值。

优选的，所述上拉电阻模块包括：多个并联的上拉电阻单元，所述上拉电阻单元包括串联的上拉电阻和第一可控开关；通过控制所述第一可控开关，使所述上拉电阻模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

优选的，所述恒流源模块包括串联的恒流源和第二可控开关；通过控制所述第二可控开关，使所述恒流源模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

优选的，所述传感器模块包括并联的传感器电阻和电容；所述传感器电阻为温度类传感器电阻。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种电阻式传感器信号的处理装置，其特征在于，包括：

电源模块、上拉电阻模块、传感器模块、恒流源模块和控制模块；

所述传感器模块的一端接地，另一端分别连接所述上拉电阻模块的第一端、所述恒流源模块和所述控制模块；所述上拉电阻模块的第二端连接所述电源模块；

所述控制模块控制所述恒流源模块为所述传感器模块提供恒定电流，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信中断；根据传感器模块两端的第一电压值和所述恒定电流得到所述传感器模块的估计电阻值；

所述控制模块控制所述恒流源模块与所述传感器模块通信中断，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信连接；根据所述传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；根据所述传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到所述传感器模块的当前电阻值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上拉电阻模块包括：多个并联的上拉电阻单元，所述上拉电阻单元包括串联的上拉电阻和第一可控开关；所述控制模块控制所述第一可控开关，以使所述上拉电阻模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述恒流源模块包括串联的恒流源和第二可控开关；所述控制模块控制所述第二可控开关，以使所述恒流源模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括ADC单元和数据处理单元，所述ADC单元的一端连接所述传感器模块的另一端，所述ADC模块的另一端连接所述数据处理单元的SPI通信接口。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器模块包括并联的传感器电阻和电容；所述传感器电阻为温度类传感器电阻。

6.一种采用权利要求1-5任意一项所述的装置进行电阻式传感器信号处理的方法，其特征在于，包括：

控制所述恒流源模块为所述传感器模块提供恒定电流，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信中断；

根据传感器模块两端的第一电压值和所述恒定电流得到所述传感器模块的估计电阻值；

控制所述恒流源模块与所述传感器模块通信中断，控制所述上拉电阻模块与传感器模块通信连接；

根据所述传感器模块的估计电阻值，调整上拉电阻模块的电阻值；

根据所述传感器模块两端的第二电压值、上拉电阻模块的电阻值和电源模块的电源值，得到所述传感器模块的当前电阻值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在得到所述传感器模块的当前电阻值之后，还包括：根据所述传感器模块的当前电阻值与待测物理量之间的对应关系，得到所述待测物理量的测量值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上拉电阻模块包括：多个并联的上拉电阻单元，所述上拉电阻单元包括串联的上拉电阻和第一可控开关；通过控制所述第一可控开关，使所述上拉电阻模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

9.根据权利要求6所述的方法，所述恒流源模块包括串联的恒流源和第二可控开关；通过控制所述第二可控开关，使所述恒流源模块与所述传感器模块通信连接或通信中断。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传感器模块包括并联的传感器电阻和电容；所述传感器电阻为温度类传感器电阻。