CN108254096A - 测温电路及其检测装置和检测方法及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测温电路及其检测装置和检测方法及计算机可读存储介质，涉及电子电路领域。通过控制单元的各电流输出接口和各输入输出接口与针座以及针座与温度传感器的连接关系，实现了一种能够兼容两线制、三线制、四线制温度传感器的测温电路。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种测温电路及其检测装置和检测方法及计算机可读存储介质。
背景技术
PT100温度传感器相对于其他温度传感器来说，在-50℃～600℃范围内具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。目前PT100温度传感器的测温电路多为恒流源式或电桥式。
发明人发现，不同接线方法的PT100温度传感器，例如两线制、三线制、四线制等接法的PT100温度传感器，硬件所使用的测温电路各不相同，不能对两线制、三线制、四线制的PT100温度传感器进行兼容。
发明内容
本发明实施例所要解决的一个技术问题是：两线制、三线制、四线制接法的温度传感器的测温电路的兼容问题。
本发明的一个方面提出一种测温电路，包括：控制单元，其中，所述控制单元包括第一电流输出接口、第二电流输出接口、第一输入输出接口、第二输入输出接口、第三输入输出接口和第四输入输出接口；并且，所述控制单元的第一电流输出接口和第一输入输出接口与针座的第四接口分别电连接，所述控制单元的第二电流输出接口和第二输入输出接口与针座的第三接口分别电连接，所述控制单元的第三输入输出接口与针座的第二接口电连接，所述控制单元的第四输入输出接口和针座的第一接口接地；其中，两线制接法的温度传感器的第一端和第二端各有一根引线，两根引线分别连接针座的第四接口和第一接口；三线制接法的温度传感器，其第一端的一根引线连接针座的第四接口，其第二端的两根引线分别连接针座的第三接口和第一接口；四线制接法的温度传感器，其第一端的两根引线分别连接针座的第四接口和第三接口，其第二端的两根引线分别连接针座的第二接口和第一接口。
可选地，所述控制单元还包括用来输出差分信号采样值的输出接口，其中，在两线制接法和三线制接法中，输出接口输出的是第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值，在四线制接法中，输出接口输出的是第二输入输出接口和第三输入输出接口之间的差分信号采样值；所述测温电路还包括能够将差分信号采样值转换为温度的温度转换单元，所述温度转换单元与所述控制单元的输出接口电连接。
可选地，所述控制单元还包括正内部基准输出接口和负内部基准输出接口，负内部基准输出接口接地；所述测温电路还包括串联在正内部基准输出接口和负内部基准输出接口之间的电容。
可选地，所述控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口为恒流源接口。
可选地，所述控制单元还包括恒流源和可配置寄存器；所述控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口与恒流源分别电连接，恒流源与可配置寄存器电连接，可配置寄存器向恒流源输出不同的控制信号，以激励恒流源输出不同电平的电流。
可选地，所述测温电路还包括若干滤波电容；所述控制单元的第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口与地之间分别与一个滤波电容电连接，在第一输入输出接口和第二输入输出接口之间电连接一个滤波电容，在第一输入输出接口和第三输入输出接口之间电连接一个滤波电容。
可选地，所述温度传感器是铂热电阻温度传感器。
本发明的再一个方面提出一种测温电路检测方法，包括：指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口分别输出电平相同的电流；检测控制单元的第二输入输出接口和第四输入输出接口之间的第一差分信号；在第一差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是两线制接法的温度传感器；在第一差分信号是低电平的情况下，继续检测控制单元的第三输入输出接口和第四输入输出接口之间的第二差分信号；在第二差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是三线制接法的温度传感器；在第二差分信号是低电平的情况下，确定电流流经的是四线制接法的温度传感器。
可选地，指示控制单元的第一电流输出接口为两线制接法的温度传感器提供一个激励电流；对控制单元输出的第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
可选地，指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口为三线制接法的温度传感器提供两个相同的激励电流；对控制单元输出的第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
可选地，指示控制单元的第一电流输出接口为四线制接法的温度传感器提供一个激励电流；对控制单元输出的第二输入输出接口和第三输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
本发明的又一个方面提出一种测温电路检测装置，包括：执行前述测温电路检测方法的模块。
本发明的另一个方面提出一种测温电路检测装置，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行前述测温电路检测方法。
本发明的再一个方面提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述测温电路检测方法。
本发明提出一种能够兼容两线制、三线制、四线制温度传感器的测温电路。此外，通过检测设定接口的差分信号的高低电压，就能够确定目前温度传感器采用的接线方法是两线制、三线制还是四线制。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明测温电路一个实施例的示意图。
图2为本发明测温电路检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如前所述，一些温度传感器有不同的接线方法。例如，铂热电阻温度传感器中的PT100，PT1000等有两线制、三线制、四线制接线方法。这些温度传感器在不同接线方法下所使用的测温电路也不同，存在兼容性的问题。为此，本发明提出一种能够兼容两线制、三线制、四线制温度传感器的测温电路。
从逻辑上划分，测温电路例如包括电流源输出功能、温度传感器采样功能、内部基准功能、滤波功能、通讯功能等。下面结合图1具体描述测温电路及其各个逻辑功能。
图1为本发明测温电路一个实施例的示意图。
如图1所示，该实施例的测温电路包括：控制单元U1，用来实现温度传感器温度的采集和传输控制功能。控制单元U1例如可以选用具有采样功能、电流源输出功能、基准输出功能和通讯功能的逻辑芯片实现，例如ADS1128、ADS1146、ADS1148等，但不限于所举示例。
控制单元U1的接口，如图1所示，例如包括第一电流输出接口IEXC1(20接口)、第二电流输出接口IEXC2(19接口)。控制单元U1的接口还包括若干输入输出接口(如11～18接口)，本实施例选用具有模拟数字转换功能的四个接口，设为第一输入输出接口AIN3(18接口)、第二输入输出接口AIN2(17接口)、第三输入输出接口AIN7(16接口)、第四输入输出接口AIN6(15接口)，这些接口用来与针座CN1连接，以实现对接入针座CN1的温度传感器的温度检测，其他输入输出接口AIN5,AIN4,AIN1,AIN0(如11～14接口)可以空置，也可以与其他温度传感器电连接，以实现对其他温度传感器的温度检测。这些输入输出接口(如11～18接口)可以并行工作，所采集的温度信息均可以传输给温度转换单元T1进行温度转换，从而缓解温度转换单元T1的模拟数字转换接口资源紧张的状况。控制单元U1的接口还包括正内部基准输出接口VREFOUT(9接口)和负内部基准输出接口VREFCOM(10接口)，可以配合其他电子元器件为测温电路提供稳定的内部基准。控制单元U1的接口还包括用来与温度转换单元T1通讯的通讯接口(如23～28接口)，其中的输出接口DOUT(26接口)与温度转换单元T1的SSP_MISO连接，用来向温度转换单元T1输出差分信号采样值，以便温度转换单元T1将其转换为温度。其中的输入接口DIN(27接口)与温度转换单元T1的SSP_MOSI连接，用来温度转换单元T1向控制单元U1输入配置指令，可以使控制单元U1输出不同电平的激励电流。通讯接口例如还包括时钟接口SCLK(28接口)、数据准备输出接口DRDY(25接口)、使能接口CS(24接口)、开始控制接口START(23接口)等，分别与温度转换单元T1的SSP_CLK、ADS_DRDY、ADS_CS、ADS_START连接，用于温度转换单元T1向控制单元U1发出相应的控制指令。控制单元U1的接口还包括电源接口，例如模拟电源AVDD(22接口)、模拟地AVSS(21接口)，数字电源DVDD(1接口)、数字地DGND(2接口)。控制单元U1的接口还包括时钟接口CLK(3接口)、复位接口RESET(4接口)，以及，闲置的正外部基准输入接口REFP0(5接口)和负外部基准输入接口REFN0(6接口)，以及，正外部基准输入接口REFP1(7接口)和负外部基准输入接口REFN1(8接口)，可以配合其他电子元器件为测温电路提供稳定的外部基准。
控制单元U1与针座CN1的线路连接关系，如图1所示：控制单元U1的第一电流输出接口IEXC1(20接口)和第一输入输出接口AIN3(18接口)与针座CN1的第四接口CN1-4分别电连接，控制单元U1的第二电流输出接口IEXC2(19接口)和第二输入输出接口AIN2(17接口)与针座CN1的第三接口CN1-3分别电连接，控制单元U1的第三输入输出接口AIN7(16接口)与针座CN1的第二接口CN1-2电连接，控制单元U1的第四输入输出接口AIN6(15接口)和针座CN1的第一接口CN1-1接地。
可选地，为了保护电路，还可以在控制单元U1的第一输入输出接口AIN3(18接口)和针座CN1的第四接口CN1-4之间设置电阻R2，在控制单元U1的第二输入输出接口AIN2(17接口)和针座CN1的第三接口CN1-3之间设置电阻R1，在控制单元U1的第三输入输出接口AIN7(16接口)和针座CN1的第二接口CN1-2之间设置电阻R7。
温度传感器与针座CN1的线路连接关系(图中未示出)如下：
两线制接法的温度传感器的第一端和第二端各有一根引线，两根引线分别连接针座CN1的第四接口CN1-4和第一接口CN1-1。两线制接法的温度传感器需要一个电流源，由第一电流输出接口IEXC1(20接口)提供。电流流经温度传感器后，输出第一输入输出接口AIN3(18接口)和第四输入输出接口AIN6(15接口)之间的差分信号采样值，以便将其转换为温度，实现温度测量。
三线制接法的温度传感器，其第一端的一根引线连接针座CN1的第四接口CN1-4，其第二端的两根引线分别连接针座CN1的第三接口CN1-3和第一接口CN1-1。三线制接法的温度传感器需要两个电流源，分别由第一电流输出接口IEXC1(20接口)和第二电流输出接口IEXC2(19接口)提供，三线制接法的优点是将电流分别加在温度传感器两端相等的导线长度上，可以消除导线电阻的影响。电流流经温度传感器后，输出第一输入输出接口AIN3(18接口)和第四输入输出接口AIN6(15接口)之间的差分信号采样值，以便将其转换为温度，实现温度测量。
四线制接法的温度传感器，其第一端的两根引线分别连接针座CN1的第四接口CN1-4和第三接口CN1-3，其第二端的两根引线分别连接针座的第二接口CN1-2和第一接口CN1-1。电流流经温度传感器后，输出第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值，以便将其转换为温度，实现温度测量。四线制接法的温度传感器需要一个电流源，由第一电流输出接口IEXC1(20接口)提供。电流流经温度传感器后，输出第二输入输出接口AIN2(17接口)和第三输入输出接口AIN7(16接口)之间的差分信号采样值，以便将其转换为温度，实现温度测量。该检测方法消除了引线的干扰，且比三线制节省了一路电流源，这样一个控制单元可检测两路温度传感器。
从而，测温电路实现了对两线制、三线制、四线制接法的温度传感器的硬件兼容。
在前述硬件兼容的基础上，通过逻辑判断即可确定温度传感器采用的是两线制接线法、三线制接线法还是四线制接法。测温电路检测方法，如图2所示，具体如下：
步骤S210，指示控制单元U1的第一电流输出接口IEXC1(20接口)和第二电流输出接口IEXC2(19接口)分别输出电平相同的电流，例如，都是1mA。
步骤S220，检测控制单元U1的第二输入输出接口AIN2(17接口)和第四输入输出接口AIN6(15接口)之间的第一差分信号。
步骤S230，在第一差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是两线制接法的温度传感器。
步骤S240，在第一差分信号是低电平的情况下，继续检测控制单元U1的第三输入输出接口AIN7(16接口)和第四输入输出接口AIN6(15接口)之间的第二差分信号。
步骤S250，在第二差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是三线制接法的温度传感器。
步骤S260，在第二差分信号是低电平的情况下，确定电流流经的是四线制接法的温度传感器。
从而，测温电路实现了对两线制、三线制、四线制接法的温度传感器的软件兼容。并且检测的是差分信号，因此抗干扰能力比较强。
在确定温度传感器采用两线制、三线制、或四线制接法后，测温电路可以采用以下方法进行温度检测：
若温度传感器采用两线制接法，首先，指示控制单元的第一电流输出接口IEXC1(20接口)为两线制接法的温度传感器提供一个激励电流。然后，对第一输入输出接口AIN3(18接口)和第四输入输出接口AIN6(15接口)之间的差分信号进行采样，并将差分信号采样值输出给温度转换单元T1。最后，温度转换单元T1例如可以根据温度与电压信号的对照表，将差分信号采样值转换为温度。
若温度传感器采用三线制接法，首先，指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口为三线制接法的温度传感器提供两个相同的激励电流。然后，对第一输入输出接口AIN3(18接口)和第四输入输出接口AIN6(15接口)之间的差分信号进行采样，并将差分信号采样值输出给温度转换单元T1。最后，温度转换单元T1例如可以根据温度与电压信号的对照表，将差分信号采样值转换为温度。
若温度传感器采用四线制接法，首先，指示控制单元的第一电流输出接口为四线制接法的温度传感器提供一个激励电流。然后，对第二输入输出接口AIN2(17接口)和第三输入输出接口AIN7(16接口)之间的差分信号进行采样，并将差分信号采样值输出给温度转换单元T1。最后，温度转换单元T1例如可以根据温度与电压信号的对照表，将差分信号采样值转换为温度。
上述测温过程检测的是差分信号，因此测温电路抗干扰能力比较强。
测温电路的电流源输出功能：通过控制单元U1的第一电流输出接口IEXC1(20接口)和第二电流输出接口IEXC2(19接口)实现。在控制单元U1中，其第一电流输出接口IEXC1(20接口)和第二电流输出接口IEXC2(19接口)可以为恒流源接口。为此，控制单元U1中还包括恒流源和可配置寄存器，控制单元的第一电流输出接口IEXC1(20接口)和第二电流输出接口IEXC2(19接口)与恒流源分别电连接，恒流源与可配置寄存器电连接，可配置寄存器可以向恒流源输出不同的控制信号，以激励恒流源输出不同电平的电流。可配置寄存器输出与恒流源电平的对应关系例如为000＝off，001＝50μA，110＝1000μA，111＝1500μA，但不限于该示例。
从而，由控制单元内部产生稳定的激励电流，使得测温电路不容易受到外部环境的影响而波动，有利于提高检测精度。
测温电路的内部基准功能：通过控制单元U1中的正内部基准输出接口VREFOUT(9接口)和负内部基准输出接口VREFCOM(10接口)，并结合测温电路中的电容C6，构建内部基准功能，为测温电路提供稳定的内部基准。如图1所示，负内部基准输出接口VREFCOM(10接口)接地，在正内部基准输出接口VREFOUT(9接口)和负内部基准输出接口VREFCOM(10接口)之间设置一电容C6。
从而，测温电路利用稳定的内部基准作为参考，不容易受到外部环境的影响而波动，有利于提高检测精度。
测温电路的滤波功能：通过滤波电路实现，从而抑制干扰。滤波电路从逻辑上可以分为两部分，用来对电源进行滤波的电源滤波电路，对差分信号进行滤波的采样输入滤波电路。
电源滤波电路如图1中的滤波电容C4和C7，分别对模拟电源和数字电源进行滤波。滤波电容C4设置在模拟电源AVDD(22接口)与地之间的线路上，滤波电容C7设置在数字电源DVDD(1接口)与地之间的线路上。
采样输入滤波电路如图1中的滤波电容C1、C2、C3、C5、C11，其中，控制单元的第一输入输出接口AIN3(18接口)、第二输入输出接口AIN2(17接口)和第三输入输出接口AIN7(16接口)与地之间分别与一个滤波电容C3、C5、C11电连接，在第一输入输出接口AIN3(18接口)和第二输入输出接口AIN2(17接口)之间电连接一个滤波电容C2，在第一输入输出接口AIN3(18接口)和第三输入输出接口AIN7(16接口)之间电连接一个滤波电容C1。
本公开还提出一种测温电路检测装置，包括：执行前述测温电路检测方法的模块。
测温电路检测装置例如包括以下模块：
指示模块，用于指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口分别输出电平相同的电流；
第一检测模块，用于检测控制单元的第二输入输出接口和第四输入输出接口之间的第一差分信号；
第一确定模块，用于在第一差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是两线制接法的温度传感器；
第二检测模块，用于在第一差分信号是低电平的情况下，继续检测控制单元的第三输入输出接口和第四输入输出接口之间的第二差分信号；
第二确定模块，用于在第二差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是三线制接法的温度传感器；在第二差分信号是低电平的情况下，确定电流流经的是四线制接法的温度传感器。
在一个实施例中，指示模块，还用于指示控制单元的第一电流输出接口为两线制接法的温度传感器提供一个激励电流。测温电路检测装置例如还包括：转换模块，用于对控制单元输出的第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
在一个实施例中，指示模块，还用于指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口为三线制接法的温度传感器提供两个相同的激励电流。转换模块，还用于对控制单元输出的第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
在一个实施例中，指示模块，还用于指示控制单元的第一电流输出接口为四线制接法的温度传感器提供一个激励电流。转换模块，还用于对控制单元输出的第二输入输出接口和第三输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
本公开还提出一种测温电路检测装置，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器中的指令，执行前述测温电路检测方法。
本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述测温电路检测方法。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种测温电路，包括：
控制单元，
其中，所述控制单元包括第一电流输出接口、第二电流输出接口、第一输入输出接口、第二输入输出接口、第三输入输出接口和第四输入输出接口；
并且，
所述控制单元的第一电流输出接口和第一输入输出接口与针座的第四接口分别电连接，所述控制单元的第二电流输出接口和第二输入输出接口与针座的第三接口分别电连接，所述控制单元的第三输入输出接口与针座的第二接口电连接，所述控制单元的第四输入输出接口和针座的第一接口接地；
其中，两线制接法的温度传感器的第一端和第二端各有一根引线，两根引线分别连接针座的第四接口和第一接口；三线制接法的温度传感器，其第一端的一根引线连接针座的第四接口，其第二端的两根引线分别连接针座的第三接口和第一接口；四线制接法的温度传感器，其第一端的两根引线分别连接针座的第四接口和第三接口，其第二端的两根引线分别连接针座的第二接口和第一接口。
2.如权利要求1所述的测温电路，
所述控制单元还包括用来输出差分信号采样值的输出接口，其中，在两线制接法和三线制接法中，输出接口输出的是第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值，在四线制接法中，输出接口输出的是第二输入输出接口和第三输入输出接口之间的差分信号采样值；
所述测温电路还包括能够将差分信号采样值转换为温度的温度转换单元，所述温度转换单元与所述控制单元的输出接口电连接。
3.如权利要求1所述的测温电路，
所述控制单元还包括正内部基准输出接口和负内部基准输出接口，负内部基准输出接口接地；
所述测温电路还包括串联在正内部基准输出接口和负内部基准输出接口之间的电容。
4.如权利要求1所述的测温电路，
所述控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口为恒流源接口。
5.如权利要求4所述的测温电路，
所述控制单元还包括恒流源和可配置寄存器；
所述控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口与恒流源分别电连接，恒流源与可配置寄存器电连接，可配置寄存器向恒流源输出不同的控制信号，以激励恒流源输出不同电平的电流。
6.如权利要求1所述的测温电路，
所述测温电路还包括若干滤波电容；
所述控制单元的第一输入输出接口、第二输入输出接口和第三输入输出接口与地之间分别与一个滤波电容电连接，在第一输入输出接口和第二输入输出接口之间电连接一个滤波电容，在第一输入输出接口和第三输入输出接口之间电连接一个滤波电容。
7.如权利要求1-6任一项所述的测温电路，
所述温度传感器是铂热电阻温度传感器。
8.一种测温电路检测方法，包括：
指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口分别输出电平相同的电流；
检测控制单元的第二输入输出接口和第四输入输出接口之间的第一差分信号；
在第一差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是两线制接法的温度传感器；
在第一差分信号是低电平的情况下，继续检测控制单元的第三输入输出接口和第四输入输出接口之间的第二差分信号；
在第二差分信号是高电平的情况下，确定电流流经的是三线制接法的温度传感器；
在第二差分信号是低电平的情况下，确定电流流经的是四线制接法的温度传感器。
9.如权利要求8所述的方法，
指示控制单元的第一电流输出接口为两线制接法的温度传感器提供一个激励电流；
对控制单元输出的第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
10.如权利要求8所述的方法，
指示控制单元的第一电流输出接口和第二电流输出接口为三线制接法的温度传感器提供两个相同的激励电流；
对控制单元输出的第一输入输出接口和第四输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
11.如权利要求8所述的方法，
指示控制单元的第一电流输出接口为四线制接法的温度传感器提供一个激励电流；
对控制单元输出的第二输入输出接口和第三输入输出接口之间的差分信号采样值进行温度转换。
12.一种测温电路检测装置，包括：
执行权利要求8-11任一项所述测温电路检测方法的模块。
13.一种测温电路检测装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行权利要求8-11任一项所述测温电路检测方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求8-11任一项所述测温电路检测方法。
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