CN212807375U - 一种热电阻无线测温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热电阻无线测温系统，包括：热电阻、分压电阻和无线SOC；其中，所述无线SOC设置有ADC转换电路和天线；所述热电阻与所述分压电阻采用分压电阻分压的方式电连接，组成分压电路；所述热电阻与第一电容并联，连接点与所述ADC转换电路电连接；所述无线SOC采用一个IO口输出给所述分压电阻和所述热电阻供电；所述ADC转换电路的参考电压和所述分压电路连接到同一个电源，使二者具有相同电压。本实用新型大大减化了无线测温系统的设计，减小了温度转换过程中SOC运行和射频收发对电池供电的影响，减少了运行噪声，提高了测量精度；并大大降低了功耗，提高了电池使用寿命。

Description

一种热电阻无线测温系统

技术领域

本实用新型涉及低功耗电池供电节点的热电阻测温技术领域，特别涉及一种热电阻无线测温系统。

背景技术

铂电阻具有高精度、高稳定性、高可靠度的特点，在工业测温领域应用广泛。其常规的测温电路采用电桥式测温或电流源测温的方法，电路复杂，功耗大。现有的测温电路，应用于电池供电的低功耗无线系统中有如下突出问题：

一是功耗大，大大降低电池使用寿命甚至无法使用。如常规的电桥式测温电路，即使将桥臂电阻放大到10kΩ，以一般的钮扣电池电压3V，240mAh计算，光测温电桥其功耗即可达到1.63mW，即使只考虑这一项的功耗，电池使用时间也只能达到约240mAh*3V/1.63mW＝441.72h，再加上放大电路的功耗，电池使用寿命是完全不可接受的。而电流源测温电路，其功耗更高。

二是热电阻长期通电，热电阻其他附属电路自身的发热影响测温的精度。

三是系统直接采用电池供电时，测温系统中的单片机、无线射频等工作时电流变化，会引起电池输出电压的波动，影响测温精度。如采取增加稳压电路的方式，又会大大增加系统成本和静态功耗导致电池使用寿命缩减。

实用新型内容

本实用新型提供了一种热电阻无线测温系统，以解决现有的测温系统电路复杂，功耗大，不适用于电池供电的低功耗无线系统的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种热电阻无线测温系统，适用于智能家居/无线测温领域，所述热电阻无线测温系统包括：热电阻、分压电阻和无线SOC；其中，所述无线SOC设置有ADC转换电路和天线；所述热电阻与所述分压电阻采用分压电阻分压的方式电连接，组成分压电路；所述热电阻与第一电容并联，连接点与所述ADC转换电路电连接；所述无线SOC采用一个IO口输出给所述分压电阻和所述热电阻供电；所述ADC转换电路的参考电压和所述分压电路连接到同一个电源，使二者具有相同电压。

进一步地，所述ADC转换电路的参考电压选择为所述无线SOC供电VCC和分压电路供电IO电源也为VCC，并连接电池，所述电池并联一个第二电容。

进一步地，所述热电阻为PT1000热电阻，所述分压电阻的阻值为1kΩ，所述第一电容的大小为100pF。

进一步地，所述第二电容为470uF/6.3V钽电容。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本实用新型大大减化了无线测温系统的设计，采用分压电阻、内置ADC和SOC一个IO口即实现了高灵敏度和低功耗的测温；ADC转换过程中使系统进入低功耗低干扰状态，减小了温度转换过程中SOC运行和射频收发对电池供电的影响，减少了运行噪声，提高了温度测量精度；通过算法设计，取消无变化的温度发送，大大降低了功耗，提高了电池使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的热电阻无线测温系统的电路原理图；

图2是本实用新型实施例提供的热电阻无线测温系统的另一电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的热电阻无线测温系统的工作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

请参阅图1至图3，本实施例提供了一种热电阻无线测温系统，适用于智能家居/无线测温领域，如图1所示，所述热电阻无线测温系统包括：热电阻Rt、分压电阻R1和无线SOC；所述无线SOC内置有ADC转换电路和天线；

所述热电阻Rt与所述分压电阻R1采用分压电阻分压的方式电连接，组成分压电路，其中，所述热电阻Rt为PT1000热电阻，为使灵敏度最高，分压电阻R1选择与热电阻Rt电阻值相近数值，本实施例中选择1kΩ的分压电阻R1；所述热电阻Rt与第一电容C1并联，在本实施例中，其取值为100pF，连接点与ADC转换电路电连接。所述无线SOC直接采用一个DIO_0IO口输出给所述分压电阻R1和所述热电阻Rt供电。当所述ADC转换电路采集转换时，所述IO口输出1，因输出电流仅约为1.5mA，其输出电压仍近似等于IO口供电压，其它时间输出0给系统断电，从而大大减少功耗。

需要说明的是，温度变化是缓慢的，测温时尤其智能家居应用中的测温，可以每30秒或更长时间测量一次。本实施例中，采用每30秒测量一次温度的方法，一次ADC转换的时长为最快可以在5us完成，考虑到电子开关完全打开等待供电稳定的时间，按供电200us计算，测温部分耗电时间仅为常规方法的1/150000，因此即使R1选择较小测温时功耗更高4.5mW，但整体的测温部分平均功耗减小到约3uW。热电阻上的功耗则仅为约1.5uW左右，无自热影响。

所述ADC转换电路的参考电压与R1和Rt分压电路连接到同一个电源，使二者具有相同电压。ADC转换可以抵抗电池电压的变化，在本实施例中，ADC参考电压内部程序选择为SOC供电VCC和分压电路供电IO电源也为VCC，并连接电池。电池并联一个大容量、低漏电的第二电容C2，具体地，在本实施例中，第二电容为470uF/6.3V钽电容，减少射频收发时的瞬时电流对电池影响。

如图2所示，当电池电压为Us时，所分得电压值为Ut＝Us*Rt/(R1+Rt)，ADC转换后的数值为：Dt＝Ut*Dmax/Uref，在本实施例中，Uref＝Us，CC1310内置ADC为12位，Dmax＝4095，则转换后的数值为Dt＝Rt/(1000+Rt)*4095，因均连接到同一电源，Uref＝Us则ADC转换结果将不受系统电池电压轻微波动的影响。

需要说明的是，本实施例的无线测温系统不需要放大电路，分压电路输出电压直接接入ADC转换，仍可以获得较高的测温精度和分辨率。可以计算出，当Rt因温度化产生ΔR的变化时，ADC转换后的数值变化为：

当温度变化较小时，ΔR变化亦较小，可以将公式近似简化为：

常规的无线SOC一般都内置12位或以上的ADC，本实施例采用CC1310SOC，其内置12位ADC属于位数较低较差的，忽略铂热电阻的微弱非线性，PT1000的阻值变化近似为-3.85Ω/℃，0度时Rt＝1000Ω，ΔD_t＝-7.88，则温度在0度附近时，温度变化1度，ADC转换的数据结果可以达到-7.88个数据的变化，即使在采用目前12位较低位数ADC的情况下，测温分辨率依然可以达到约0.13度，足以满足智能家居无线测温需求。如采用外置高精度ADC或有更高位数ADC的其他无线SOC，其测温精度、分辨率可以更高。

进一步地，ADC转换电路采集时，无线SOC的无线发送和接收关闭，并使系统进入预设的低功耗状态，待ADC转换电路采集完毕，中断自动唤醒系统。从而消除SOC运行尤其是无线射频对ADC转换的影响，达到更高的采集精度。

此外，如图3所示，本实施例的无线测温系统可以预置或通过无线通信命令设置温度变化值ΔT，SOC记录上一次温度发送值，并计算本次测量的温度值与上一次发送的温度值的差值，当计算出的差值大于ΔT时，则发送本次测量的温度值，否则，不发送，从而减少系统不关注的温度变化发送。

以最短的温度发送间隔为30秒为例，不采用上述策略时，一天需要发送24*3600/30＝2880次。以通常一天最大温差为10度计算，一般温度为日出前最低点，逐渐至午后达到最高，然后逐渐下降考虑，即使设定温度变化达到0.1度即发送，一天中的发送次数也将减少到10*2/0.1＝200次，不到普通策略的0.1倍，无线收发功耗减少到原来的0.1倍以下。一次无线收发耗时约10ms，收发期间系统平均电流约8mA，采用温度变化达到0.1度才发送的策略时，无线收发平均功耗降低到0.008*3*0.01*200/(24*3600)＝0.56uW。

加上系统每30秒唤醒一次测温时其他运算和逻辑处理的时间，以及从低功耗休眠唤醒及重新进入休眠的时间，约为5ms左右，其间功耗约为9mW，此部分的平均功耗约为0.005*0.009/30＝1.5uW。

系统休眠时的功耗约为2.4uW。

系统各部分功耗平均值约为2.4+1.5+0.56+3＝7.46uW。

一颗钮扣电池使用寿命计算可以达到约240mAh*3V/7.46uW＝96514h≈11年，实际由于电池本身的自放电和电容微弱漏电，寿命会略短于理论计算值。

综上，本实施例大大减化了无线测温系统的设计，采用分压电阻、内置ADC和SOC一个IO口即实现了高灵敏度和低功耗的测温；减小了温度转换过程中SOC运行和射频收发对电池供电的影响，减少了运行噪声，提高了精度；通过算法设计，取消无变化的温度发送，大大降低了功耗，提高了电池使用寿命。

此外，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，以上所述仅是本实用新型优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本实用新型优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本实用新型的基本创造性概念，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

Claims (4)

1.一种热电阻无线测温系统，其特征在于，所述热电阻无线测温系统包括：热电阻、分压电阻和无线SOC；其中，所述无线SOC设置有ADC转换电路和天线；所述热电阻与所述分压电阻采用分压电阻分压的方式电连接，组成分压电路；所述热电阻与第一电容并联，连接点与所述ADC转换电路电连接；所述无线SOC采用一个IO口输出给所述分压电阻和所述热电阻供电；所述ADC转换电路的参考电压和所述分压电路连接到同一个电源，使二者具有相同电压。

2.如权利要求1所述的热电阻无线测温系统，其特征在于，所述ADC转换电路的参考电压选择为所述无线SOC供电VCC和所述分压电路供电1O电源也为VCC，并连接电池，所述电池并联一个第二电容。

3.如权利要求2所述的热电阻无线测温系统，其特征在于，所述热电阻为PT1000热电阻，所述分压电阻的阻值为1kΩ，所述第一电容的大小为100pF。

4.如权利要求3所述的热电阻无线测温系统，其特征在于，所述第二电容为470uF/6.3V钽电容。

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