CN109416551A - 动态温度传感器 - Google Patents

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CN109416551A CN201680087408.4A CN201680087408A CN109416551A CN 109416551 A CN109416551 A CN 109416551A CN 201680087408 A CN201680087408 A CN 201680087408A CN 109416551 A CN109416551 A CN 109416551A
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吕愉斌
任博
王俊峰
王莉
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Abstract

本文描述了用于动态温度传感器的设备、方法、系统和计算机可读介质。一个或多个实施方案包括设备，该设备包括：控制器，该控制器包括可变电压输出，该可变电压输出耦合到传感器，其中控制器基于在控制器处接收到的传感器的信号来向传感器提供电压区段。

Description

动态温度传感器
技术领域
本公开涉及用于动态温度传感器的方法、设备、系统和计算机可读介质。
背景技术
传感器可用于检测特定环境中的事件或变化。在一些示例中，传感器可利用可基于环境而改变的电信号或光信号。在一些示例中，传感器可耦合到接收信号的控制器。在这些示例中，控制器可接收信号，并且基于该信号来确定环境的对应属性。
附图说明
图1是与本公开相一致的用于动态温度传感器的系统的示例。
图2是与本公开相一致的用于动态温度传感器的系统的示例。
图3是与本公开相一致的用于动态温度传感器的系统的示例。
图4是与本公开相一致的用于动态温度传感器的方法的示例。
图5是与本公开相一致的用于动态温度传感器的方法的示例。
图6是与本公开的一个或多个实施方案相一致的用于动态温度传感器的计算设备的示意图的示例。
具体实施方式
本文描述了用于动态温度传感器的设备、方法、系统和计算机可读介质。一个或多个实施方案包括设备，该设备包括：控制器，该控制器包括可变电压输出，该可变电压输出耦合到传感器，其中该控制器基于在控制器处接收到的传感器的信号来向传感器提供电压区段。在一些示例中，可变电压输出可为耦合到控制器的数模输出以向传感器提供电压区段。在一些示例中，可变电压输出可包括滤波电路。
在一些示例中，控制器可利用多个信号阈值来改变基于从传感器接收到的信号而提供至传感器的电压区段或电压。在一些示例中，控制器可改变提供至传感器的电压区段或电压以测量来自传感器的特定信号范围和/或测量特定温度范围。例如，控制器可利用第一电压区段来测量第一温度范围，并且利用第二电压区段来测量第二温度范围。在另一个示例中，控制器可在从传感器接收到第一信号范围内的信号时利用第一电压区段，并且在从传感器接收到第二信号范围内的信号时利用第二电压区段。
在一些示例中，如本文所述，提供至传感器的可变电压输出可提高动态温度传感器的性能和准确性。在一些示例中，与先前系统相比，本文所述的动态温度传感器可将最大误差从2.47％降低到0.57％。另外，与先前系统相比，本文所述的动态温度传感器可将绝对误差从0.52％降低到0.18％。在一些示例中，增加控制器所利用的电压区段的数量可提高动态温度传感器的准确性。然而，增加电压区段的数量也可增加动态温度传感器的处理时间和/或功耗。
在以下详细描述中，参考构成其一部分的附图。附图以举例说明的方式示出了可如何实施本公开的一个或多个实施方案。
足够详细地描述了这些实施方案以使本领域的普通技术人员能够实施本公开的一个或多个实施方案。应当理解，可以利用其他实施方案并且可以做出过程改变而不脱离本公开的范围。
应当理解，可以添加、交换、组合和/或消除本文各种实施方案中所示的元件，从而提供本公开的多个附加实施方案。附图中提供的元件的比例和相对尺度旨在说明本公开的实施方案，不应被看作是限制意义的。
本文的附图遵循这样的编号惯例：第一位数字对应于附图编号，而其余数字标识附图中的元件或部件。在不同附图之间的类似元件或部件可通过使用类似的其余数字来标识。
如本文所用，“一个”或“多个”某物可指一个或多个此类事物。例如，“多个设备”可指一个或多个设备。另外，如本文所用，特别是相对于附图中的附图标记而言的标号“N”指示由此指定的多个特定特征可与本公开的多个实施方案包括在一起。
图1是与本公开相一致的用于动态温度传感器的系统100的示例。在一些示例中，系统100可用于基于液体的温度来计算总溶解固体(TDS)测量值。在一些示例中，与先前的系统和方法相比，系统100可提供更准确的温度测量值，因此提供更准确的TDS测量值。在一些示例中，系统100可用于实时调节向传感器104提供的输出电压以获得更准确的TDS测量值。尽管温度传感器用于本文的示例，但系统100可以以类似方式利用其他传感器。
在一些示例中，系统100可包括控制器102。在一些示例中，如本文所述，控制器102可为计算设备。在一些示例中，控制器102可为微控制器单元(MCU)，该MCU可用于从传感器104接收信号。在一些示例中，控制器102可包括输出106以便经由连接108(例如，电连接等)向传感器104提供特定输出电压(Vo)下的功率。在一些示例中，控制器102可经由连接108耦合到电阻器110的第一侧面。例如，控制器102可利用输出106来向电阻器110的第一侧面提供特定输出电压。
在一些示例中，电阻器110可为系统100内的嵌入式电阻器。例如，电阻器110可焊接到系统中。在一些示例中，电阻器110可为系统100提供恒定电阻。例如，电阻器110可为提供大约5千欧姆电阻的无源双端电阻器。在该示例中，电阻器110的电阻可能无法调节(例如，不可调电阻器、无源电阻器等)。
在一些示例中，控制器102可包括耦合到传感器104的输入112。在一些示例中，控制器102可通过连接111(例如，电连接等)耦合到传感器104与电阻器110之间的位置。在一些示例中，输入112可用于从传感器104接收信号(例如，电压信号、电压输入等)。在一些示例中，输入112可耦合到传感器104与电阻器110之间的电阻器110的第二侧面以接收系统100的输入电压。在一些示例中，输入112可为模数转换器(ADC)输入。在一些示例中，控制器102可利用在输入112处接收到的信号来计算液体的TDS测量值。在一些示例中，控制器102可从传感器104接收输入电压形式的信号。在一些示例中，来自传感器的输入电压可基于方程1。
Vin＝Vo×Rx/(R+Rx)
方程1
方程1可用于通过利用输出电压(Vo)、电阻器110的电阻(R)以及传感器104的电阻(Rx)来解出输入电压(Vin)。如本文所述，传感器104的电阻(Rx)可对应于传感器104周围的液体和/或传感器104周围的区域的特定温度。例如，相对较低的温度可引起传感器104具有相对较高的电阻。在另一个示例中，相对较高的温度可引起传感器104具有相对较低的电阻。因此，可基于传感器104在控制器102的输入112处接收到的电压输入(Vin)来确定对应温度。
在一些示例中，传感器104可耦合到电接地端114。在一些示例中，传感器104可为负温度系数(NTC)热敏电阻器，其在暴露于特定温度时可表现出特定电阻。在这些示例中，在输入112处接收到的电压可对应于由传感器104提供的电阻，控制器102可利用该电阻来确定传感器104周围的液体或区域的温度。
在一些示例中，输出106可为数模转换器(DAC)，其可提供来自多个电压或电压区段的特定电压或电压区段。例如，控制器102可利用输出106以基于从传感器104接收到的信号(例如，电压输入、基于传感器104电阻的电压信号等)来向传感器104提供第一电压区段或向传感器104提供第二电压区段。即，输出106可为可变电压输出，其可由控制器102进行调节以向传感器104提供特定电压区段。
如本文所用，电压区段可为指定电压，控制器102利用该指定电压以基于从传感器104接收到的信号来调节输出电压。例如，控制器102可利用对应于第一电压的第一电压区段以及对应于第二电压的第二电压区段。在该示例中，控制器102可利用第一电压区段来向传感器104提供第一电压。在该示例中，控制器102可从利用第一电压的传感器104接收多个信号，并且基于所接收到的信号数量而改变为第二电压区段以向传感器104提供第二电压。这样，控制器102可基于从传感器104接收到的信号来向传感器104提供动态电压。
在一些示例中，控制器102可利用多个阈值(例如，信号阈值等)来从多个电压区段中确定要提供至传感器104的电压区段。在一些示例中，阈值数量可对应于在输入112处接收到的电压信号。例如，控制器102可确定来自传感器104的电压信号何时低于第一阈值。在该示例中，控制器102可增加至传感器104的输出电压以增加来自传感器102的电压信号。在一些示例中，控制器102可利用如本文所述的方法来动态地调节输出电压以提高系统100的准确性。
图2是与本公开相一致的用于动态温度传感器的系统200的示例。在一些示例中，系统200可包括与如图1中所提及的系统100相同或类似的特征。在一些示例中，系统200可用于基于液体的温度来计算总溶解固体(TDS)测量值。在一些示例中，与先前的系统和方法相比，系统200可提供更准确的温度测量值，因此提供更准确的TDS测量值。在一些示例中，系统200可用于实时调节向传感器204提供的输出电压以获得更准确的TDS测量值。
在一些示例中，如本文所述，系统200可经由连接208来提供可变电压输出(Vo)。另外，系统200可向电阻器210的第一侧面提供电压输出。在一些示例中，系统200可利用传感器204来测量传感器204周围的区域的属性。例如，系统200可利用NTC热敏电阻器作为传感器204来测量传感器204周围的液体的温度。如本文所述，传感器204可在液体的温度改变时改变电阻(Rx)，并且在输入212(例如，ADC输入等)处接收到的信号或电压可对应于液体的特定温度。如本文所述，输入212可经由位于电阻器210(例如，电阻器210的第二侧面)与传感器204之间的连接211来从传感器204接收信号。另外，传感器204可耦合到电接地端214。
在一些示例中，系统200还可包括滤波电路216，该滤波电路耦合在电阻器210的第一侧面与脉宽调制(PWM)输出206之间。在一些示例中，PWM输出206可用于利用PWM功率传输技术将功率传输到电阻器210的第一侧面。在一些示例中，如本文所述，PWM输出206可用于调节电压输出。例如，如本文所述，PWM输出206可基于传感器204所接收到的信号来将电压输出改变为多个不同电压区段。
在一些示例中，PWM输出206可耦合到滤波电路216。在一些示例中，滤波电路216可为无源低通滤波器。在一些示例中，滤波电路216可用于对PWM输出206所输出的多个频率进行滤波。例如，滤波电路216可修改、再定形或拒绝PWM输出206所提供的非期望频率。
如本文所述，控制器202可利用多个阈值来从多个电压区段确定要向传感器204提供的电压区段。在一些示例中，阈值数量可对应于在输入212处接收到的电压信号。例如，控制器202可确定来自传感器204的电压信号何时低于第一阈值。在该示例中，控制器202可增加至传感器204的输出电压以增加来自传感器202的电压信号。在一些示例中，控制器202可利用如本文所述的方法来动态地调节输出电压以提高系统200的准确性。
图3是与本公开相一致的用于动态温度传感器的系统的示例。在一些示例中，系统300可包括与如图1中所提及的系统100和/或如图2中所提及的系统200相同或类似的特征。在一些示例中，系统300可用于基于液体的温度来计算总溶解固体(TDS)测量值。在一些示例中，与先前的系统和方法相比，系统300可提供更准确的温度测量值，因此提供更准确的TDS测量值。在一些示例中，系统300可用于实时调节提供给传感器304的输出电压以获得更准确的TDS测量值。
在一些示例中，如本文所述，系统300可经由连接308来提供可变电压输出(Vo)。另外，系统300可向电阻器310的第一侧面提供电压输出。在一些示例中，系统300可利用传感器304来测量传感器304周围的区域的属性。例如，系统300可利用NTC热敏电阻器作为传感器304来测量传感器304周围的液体的温度。如本文所述，传感器304可在液体的温度改变时改变电阻(Rx)，并且在输入312(例如，ADC输入等)处接收到的信号或电压可对应于液体的特定温度。如本文所述，输入312可经由位于电阻器310(例如，电阻器310的第二侧面)与传感器304之间的连接311来从传感器304接收信号。另外，传感器304可耦合到电接地端314。
在一些示例中，系统300还可包括滤波电路316，该滤波电路耦合在电阻器310的第一侧面与通用输入/输出端口(GPIO)输出306之间。在一些示例中，GPIO输出306可用于利用GPIO功率传输技术来将功率传输到电阻器310的第一侧面。在一些示例中，如本文所述，GPIO输出306可用于调节电压输出。例如，如本文所述，GPIO输出306可基于传感器304所接收到的信号来将电压输出改变为多个不同电压区段。
在一些示例中，GPIO输出306可耦合到滤波电路316。在一些示例中，滤波电路316可为无源低通滤波器。在一些示例中，滤波电路316可用于对GPIO输出306所输出的多个频率进行滤波。例如，滤波电路316可修改、再定形或拒绝GPIO输出306所提供的非期望频率。
如本文所述，控制器302可利用多个阈值来从多个电压区段中确定要提供至传感器304的电压区段。在一些示例中，阈值数量可对应于在输入312处接收到的电压信号。例如，控制器302可确定来自传感器304的电压信号何时低于第一阈值。在该示例中，控制器302可增加至传感器304的输出电压以增加来自传感器302的电压信号。在一些示例中，控制器302可利用如本文所述的方法来动态地调节输出电压以提高系统300的准确性。
图4是与本公开相一致的用于动态温度传感器的方法440的示例。在一些示例中，方法440可由计算设备进行或执行。例如，方法440可由如图1中所提及的控制器102、如图2中所提及的控制器202和/或如图3中所提及的控制器302执行。
在一些示例中，方法440可从在442处获取模数转换器(ADC)测量值开始。在一些示例中，获取ADC测量值可包括从传感器接收电压信号。例如，控制器输入(例如，如图1中所提及的输入112等)可在电阻器与传感器之间接收电压信号。在该示例中，当传感器基于周围温度来改变电阻时，电压信号可对应于传感器周围的特定温度。在一些示例中，如本文所述，电压信号可基于方程1。
在一些示例中，方法440可包括在444处确定信号电平(例如，电压信号电平等)是否低于第一阈值。在一些示例中，如本文所述，第一阈值可为系统的低电平阈值。例如，与高于第一阈值的信号电平相比，低于第一阈值的信号电平可能无法提供一样准确的ADC测量值。在一些示例中，第一阈值可为大约2.0伏(V)。
当信号电平低于第一阈值时，方法440可在446处确定电压输出(Vo)是否处于来自多个电压区段的最高电压区段。如本文所述，控制器可利用多个电压区段来向传感器提供特定电压输出。例如，控制器可利用具有三个不同对应电压的三个不同电压区段。在该示例中，第一区段可为最低区段，第二区段可为中间区段，并且第三区段可为最高区段。当输出电压处于最高电压区段时，方法440可在458处计算结果。如本文所用，计算结果包括利用如本文所述的传感器来确定液体的温度。
当输出电压不处于最高电压区段时，方法440可包括在448处将电压输出增加到高一个电平的下一个区段电平。在一些示例中，如本文所述，增加输出电压可包括为传感器提供更大输出电压。当输出电压增加到更大电压区段时，方法440可包括在450处以增加的输出电压获取ADC测量值。
在一些示例中，在450处的ADC测量值可用于在444处确定信号电平是否低于第一阈值。在一些示例中，当信号电平不低于第一阈值时，方法440可在452处确定信号电平是否高于第二阈值。在一些示例中，如本文所述，第二阈值可为系统的高电平阈值。例如，与低于第二阈值的信号电平相比，高于第二阈值的信号电平可能无法提供一样准确的ADC测量值。在一些示例中，如本文所述，高于第二阈值的信号电平可引起系统出错或可能无法用于计算结果。在一些示例中，第二阈值可为大约2.3伏(V)。
在一些示例中，当信号电平高于第二阈值时，方法440可在454处确定输出电压是否处于最低电压区段。如本文所述，控制器可利用多个电压区段来向传感器提供特定电压输出。在一些示例中，当输出电压已处于最低电压区段时，方法440可在460处生成系统的错误或故障警报。例如，当信号电平高于第二阈值并且输出电压区段处于最低电压区段时，控制器可确定存在系统故障或无法执行测量。
在一些示例中，当输出电压不处于最低电压区段时，方法440可通过将电压降低到下一个最低电压区段来减小电压。当电压减小到更低电压区段时，方法440可在450处以更低电压区段获取ADC测量值。
在一些示例中，方法440可用于基于从传感器接收到的信号来动态地改变至传感器的输出电压。在一些示例中，方法440可由控制器用来提高在458处计算的结果的准确性。
图5是与本公开相一致的用于动态温度传感器的方法570的示例。在一些示例中，方法570可由计算设备进行或执行。例如，方法570可由如图1中所提及的控制器102、如图2中所提及的控制器202和/或如图3中所提及的控制器302执行。
在572处，方法570可包括通过控制器向耦合到控制器的传感器提供电压。如本文所述，控制器可经由耦合到控制器的输出来向传感器提供功率。在一些示例中，控制器可向电阻器的第一侧面提供电压。在一些示例中，传感器可耦合到电阻器的第二侧面。
在574处，方法570可包括在控制器处从传感器接收信号。如本文所述，控制器可从传感器接收信号，诸如电压信号。在一些示例中，信号可基于传感器周围的温度。在一些示例中，信号可对应于传感器的电阻，该电阻可对应于传感器周围的温度。
在576处，方法570可包括在控制器处确定信号何时低于第一阈值。如本文所述，控制器可利用多个阈值来确定何时改变提供至传感器的电压。在一些示例中，如本文所述，第一阈值可为低阈值。
在578处，方法570可包括当信号低于第一阈值时，通过控制器增加至传感器的电压。如本文所述，第一阈值可为低阈值，并且控制器可增加至传感器的电压。在一些示例中，控制器可增加到更高电压区段。在一些示例中，控制器可增加到下一个最高电压区段。
在580处，方法570可包括在控制器处确定信号何时高于第二阈值。在一些示例中，第二阈值可为高阈值。如本文所述，当控制器已提供最低电压区段时，高于第二阈值的信号可引起错误或指示存在系统故障。
在582处，方法570可包括当信号高于第二阈值时，通过控制器减小至传感器的电压。如本文所述，控制器可减小提供至传感器的电压。在一些示例中，控制器可将电压区段减小到下一个最低电压区段。
在一些示例中，方法570可包括通过控制器确定何时信号小于第一阈值并且电压处于最大电压。如本文所述，控制器可从传感器接收信号，并且可确定信号何时小于第一阈值。如本文所述，第一阈值可为大约2.0伏。在一些示例中，如本文所述，增加电压可提高系统的准确性。在一些示例中，控制器可确定电压或电压区段处于最大电压区段。
在一些示例中，方法570可包括通过控制器在最大电压下生成传感器结果。在一些示例中，控制器可确定输出电压处于最大电压和/或最大电压区段。在这些示例中，控制器可确定应在最大电压或最大电压区段下获取测量值。
在一些示例中，方法570可包括通过控制器确定何时信号大于第二阈值并且电压处于最小电压。如本文所述，第二阈值可为大约2.3伏。在一些示例中，控制器可基于信号来改变输出电压。在一些示例中，控制器可将输出电压改变为最小电压和/或最小电压区段。
在一些示例中，方法570可包括通过控制器基于该确定来生成传感器故障。在一些示例中，当控制器已将输出电压改变为最小电压和/或最小电压区段并且信号仍然大于第二阈值时，控制器可确定系统中存在故障。
在一些示例中，方法570可包括当信号大于第一阈值并且低于第二阈值时，通过控制器生成传感器结果。在一些示例中，当信号大于第一阈值并且低于第二阈值时，控制器可利用来自传感器的信号执行测量。
在一些示例中，方法570可用于基于从传感器接收到的信号来动态地改变至传感器的输出电压。在一些示例中，方法570可由控制器用来利用传感器提高系统的准确性。
图6是与本公开的一个或多个实施方案相一致的用于动态温度传感器的计算设备690的示意图的示例。计算设备690可为例如如本文所述的嵌入式系统以及其他类型的计算设备。例如，计算设备690可为控制器(例如，如图1中所提及的控制器102、如图2中所提及的控制器202、如图3中所提及的控制器303等)。
如图6所示，计算设备690包括存储器692以及耦合到用户界面696的处理器694。存储器692可为可由处理器694存取的任何类型的存储介质，该处理器执行本公开的各种示例。例如，存储器692可为其上存储有计算机可读指令(例如，计算机程序指令)的非瞬时性计算机可读介质。
根据本公开的一个或多个实施方案，处理器694执行指令以基于来自传感器的信号来向传感器提供可变电压。处理器694还可确定来自传感器的信号何时低于第一阈值。处理器694还可增加或减小至传感器的电压。
此外，虽然存储器692、处理器694和用户界面696被示出为位于计算设备690中，但本公开的实施方案不受此限制。例如，存储器692还可位于另一个计算资源的内部(例如，使计算机可读指令能够通过互联网或另一个有线或无线连接下载)。存储器的一部分可为云存储中的存储器。处理器694可为云计算机。
如图6所示，计算设备690还可包括用户界面696。用户界面696可包括例如显示器(例如，屏幕、LED灯等)。显示器可为例如触摸屏(例如，显示器可包括触摸屏功能)。用户界面696(例如，用户界面696的显示器)可向计算设备690的用户提供(例如，显示和/或呈现)信息。
另外，计算设备690可通过经由用户界面696与用户的交互来从计算设备690的用户接收信息。例如，计算设备690(例如，用户界面696的显示器)可经由用户界面696从用户接收输入。用户可使用例如与计算设备690相关联的鼠标和/或键盘或通过在显示器包括触摸屏功能的实施方案(例如，显示器是触摸屏的实施方案)中触摸用户界面696的显示器，来将该输入输入到计算设备690中。
如本文所用，“逻辑”是执行本文所述动作和/或功能等的替代或附加处理资源，其包括硬件(例如，各种形式的晶体管逻辑、专用集成电路(ASIC)等)、现场可编程门阵列(FPGA)，而不是存储在存储器中并且可由处理器执行的计算机可执行指令(例如，软件、固件等)。
虽然本文已经示出和描述了特定实施方案，但本领域的普通技术人员应当理解，打算实现相同技术的任何布置都可以代替所示的特定实施方案。本公开旨在覆盖本公开的各种实施方案的任何和所有改型或变型。
应当理解，以上描述是以说明而不是限制的方式给出的。通过阅读以上描述，上述实施方案的组合以及本文未特别描述的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。
本公开的各种实施方案的范围包括使用了上述结构和方法的任何其他应用。因此，本公开的各种实施方案的范围应参照所附权利要求及归属这些权利要求的等同物的全部范围来确定。
在上述具体实施方式中，为了精简本公开，各种特征被组合到附图中所示的示例性实施方案中。不应将本公开方法解释为是反映本公开的实施方案需要比每项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。
而是如下面的权利要求所反映的那样，发明主题在于少于单个公开实施方案的所有特征。因此，下面的权利要求由此被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求本身代表单独的实施方案。

Claims (10)

1.一种设备100,200,300，包括：
控制器102,202,302，所述控制器包括可变电压输出106,206,306，所述可变电压输出耦合到传感器104,204,304，其中所述控制器102,202,302基于在所述控制器102,202,302处接收到的所述传感器104,204,304的信号来向所述传感器104,204,304提供电压区段。
2.根据权利要求1所述的设备100,200,300，其中所述可变电压输出106,206,306包括数模输出。
3.根据权利要求1所述的设备100,200,300，其中所述可变电压输出106,206,306包括滤波电路216,316。
4.根据权利要求3所述的设备100,200,300，其中所述可变电压输出106,206,306包括脉宽调制(PWM)输出，所述PWM输出耦合到所述滤波电路216,316。
5.根据权利要求3所述的设备100,200,300，其中所述可变电压输出106,206,306包括通用输入/输出端口(GPIO)，所述GPIO耦合到所述滤波电路216,316。
6.根据权利要求1所述的设备100,200,300，其中所述传感器104,204,304耦合到所述控制器102,202,302的模数转换器112,212,312。
7.根据权利要求1所述的设备100,200,300，其中所述传感器104,204,304是负温度系数(NTC)热敏电阻器。
8.根据权利要求1所述的设备100,200,300，包括嵌入式电阻器110,210,310，所述嵌入式电阻器耦合在所述可变电压输出106,206,306与所述传感器104,204,304之间。
9.根据权利要求1所述的设备100,200,300，其中所述控制器102,202,302确定所述信号何时低于第一阈值。
10.根据权利要求9所述的设备100,200,300，其中当所述信号低于所述第一阈值时，所述控制器102,202,302改变所述电压区段。
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