CN215004000U - 一种温度采集系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种温度采集系统，包括传感器、校准电路、开关电路、采集电路、滤波电路以及处理器；传感器，用于检测温度得到相应的电阻值；校准电路，用于提供基准电阻值；开关电路，用于择一的将传感器或校准电路与采集电路接通；采集电路，用于将传感器得到的电阻值转换为相应的电压值，或将校准电路提供的基准电阻值转换为相应的电压值；处理器，用于保存由基准电阻值转换得到的电压值，以便根据由基准电阻值转换的电压值校准电压‑温度关系函数中的参数，以及根据由传感器得到的电阻值转换的电压值以及电压‑温度关系函数得到相应的温度值。该温度采集系统能够实现宽范围、高精度的温度采集，且电路结构简单，成本低。

Description

一种温度采集系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种温度采集系统。

背景技术

随着直流充电桩技术的不断发展，直流充电桩的充电速度越来越快，充电功率越来越大，与此同时充电安全性越来越受到重视。针对充电安全性，目前在现有充电桩中增设了多项安全防护措施。其中，充电枪头温度检测已经成为充电桩不可或缺的一部分。充电枪头温度检测一般采用NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻实现。然而由于材料与工艺的限制，现有的NTC热敏电阻在宽范围温度检测时，温度-阻值关系并非线性关系，经过温度-电阻-电压-温度转换后，容易导致温度误报。

为了实现宽范围、高精度温度采集，现有技术通常采取分段采集或搭建复杂的热敏电阻线性化电路的方式，这样不仅需要增加硬件电路和软件逻辑，而且会增加产品成本与复杂度。

有鉴于此，如何解决上述技术缺陷已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种温度采集系统，能够实现宽范围、高精度的温度采集，且电路结构简单，成本低。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种温度采集系统，包括：

传感器、校准电路、开关电路、采集电路、滤波电路以及处理器；所述开关电路分别连接所述传感器、所述校准电路以及所述采集电路的输入端；所述滤波电路分别连接所述采集电路的输出端与所述处理器的输入端；

所述传感器，用于检测温度得到相应的电阻值；

所述校准电路，用于提供基准电阻值；

所述开关电路，用于择一的将所述传感器或所述校准电路与所述采集电路接通；

所述采集电路，用于将所述传感器得到的所述电阻值转换为相应的电压值，或将所述校准电路提供的所述基准电阻值转换为相应的电压值；

所述处理器，用于保存由所述基准电阻值转换得到的电压值，以便根据由所述基准电阻值转换的电压值校准电压-温度关系函数中的参数，以及根据由所述传感器得到的所述电阻值转换的电压值以及所述电压-温度关系函数得到相应的温度值。

可选的，所述传感器为热敏电阻。

可选的，所述采集电路包括：

分压电路与运算放大电路；

所述分压电路通过所述开关电路择一的连接所述传感器或所述校准电路，所述分压电路还连接所述运算放大电路。

可选的，所述分压电路包括：

第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一电阻与所述第二电阻串联构成第一支路，所述第三电阻通过所述开关电路可选择与所述传感器或所述校准电路串联构成第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，且第一公共端连接电源，第二公共端接地。

可选的，所述运算放大电路包括：

第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及运算放大器；

所述运算放大器的反相输入端串联所述第六电阻后连接所述第一电阻与所述第二电阻相连的一端；所述运算放大器的同相输入端串联所述第五电阻后连接所述第三电阻与所述传感器或所述校准电路相连的一端；所述第四电阻的一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的另一端接地；所述第七电阻的一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述第七电阻的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端作为所述采集电路的输出端。

可选的，所述滤波电路包括：

第八电阻以及电容；所述第八电阻的一端连接所述采集电路的输出端，所述第八电阻的另一端连接所述电容的一端以及所述处理器，所述电容的另一端接地。

可选的，所述校准电路包括：

第九电阻；所述第九电阻通过所述开关电路与所述第三电阻串联。

可选的，所述开关电路包括继电器或阵列开关。

可选的，所述处理器还连接所述开关电路，用于控制所述开关电路。

可选的，还包括：

控制器；所述控制器连接所述开关电路，用于控制所述开关电路。

本申请所提供的温度采集系统，包括：传感器、校准电路、开关电路、采集电路、滤波电路以及处理器；所述开关电路分别连接所述传感器、所述校准电路以及所述采集电路的输入端；所述滤波电路分别连接所述采集电路的输出端与所述处理器的输入端；所述传感器，用于检测温度得到相应的电阻值；所述校准电路，用于提供基准电阻值；所述开关电路，用于择一的将所述传感器或所述校准电路与所述采集电路接通；所述采集电路，用于将所述传感器得到的所述电阻值转换为相应的电压值，或将所述校准电路提供的所述基准电阻值转换为相应的电压值；所述处理器，用于保存由所述基准电阻值转换得到的电压值，以便根据由所述基准电阻值转换的电压值校准电压-温度关系函数中的参数，以及根据由所述传感器得到的所述电阻值转换的电压值以及所述电压-温度关系函数得到相应的温度值。

可见，本申请所提供的温度采集系统，设置有校准电路，具有校准功能。校准时由采集电路将校准电路提供的基准电阻值转换为对应的电压值并输出给处理器，处理器进一步保存此电压值，进而可以根据处理器所保存的此电压值对电压-温度关系函数中的参数进行校正，得到精准的电压-温度关系函数，由此后续进行温度采集时，利用校准得到的精准的电压-温度关系函数可以得到精准的温度值。同时，通过设置校准电路对电压-温度关系函数中的参数进行校正，可以对阻容及运放离散性进行补偿。由此实现宽范围、高精度的温度采集。另外，本申请通过单传感器与单采集电路完成温度采集，可以加大的降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种温度采集系统的示意图；

图2为本申请实施例所提供的另一种温度采集系统的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种温度采集系统，能够实现宽范围、高精度的温度采集，且电路结构简单，成本低。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种温度采集系统的示意图，参考图1所示，该系统包括：

传感器10、校准电路20、开关电路30、采集电路40、滤波电路50以及处理器60；开关电路30分别连接传感器10、校准电路20以及采集电路40的输入端；滤波电路50分别连接采集电路40的输出端与处理器60的输入端；

传感器10，用于检测温度得到相应的电阻值；

校准电路20，用于提供基准电阻值；

开关电路30，用于择一的将传感器10或校准电路20与采集电路40接通；

采集电路40，用于将传感器10得到的电阻值转换为相应的电压值，或将校准电路20提供的基准电阻值转换为相应的电压值；

处理器60，用于保存由基准电阻值转换得到的电压值，以便根据由基准电阻值转换的电压值校准电压-温度关系函数中的参数，以及根据由传感器10得到的电阻值转换的电压值以及电压-温度关系函数得到相应的温度值。

具体的，温度采集的原理是温度值-电阻值-电压值-温度值。其中，电压值到温度值的转换，依据电压-温度关系函数。电压-温度关系函数可以是一次函数、多项式或者对数函数等等。电压-温度关系函数与电路结构相关，一旦电路结构确定，电压-温度关系函数便确定。然而，由于依据电路结构确定电压-温度关系函数时，是依据电路结构中各组件(例如电阻等)的理论值来确定电压-温度关系函数，而电阻等组件的实际值往往与理论值有偏差。由此导致电压-温度关系函数不精确，在后续利用电压-温度函数关系进行温度采集时，所得的温度值会存在偏差。

为此，本申请所提供的温度采集系统除设置传感器10、采集电路40、滤波电路50以及处理器60外，还设置有校准电路20与开关电路30。传感器10与校准电路20均连接开关电路30，开关电路30还连接采集电路40。通过开关电路30可以择一的将传感器10或校准电路20与采集电路40接通。其中，传感器10可以为热敏电阻。开关电路30可以为继电器或开关阵列。

当需要进行校准时，控制开关电路30使校准电路20与采集电路40接通，此时采集电路40将基准电路提供的基准电阻值转换为相应的电压值并输出至处理器60保存。该电压值可以是一个，也可以是多个。工程师可以根据处理器60中保存的电压值与原始的理论电压值进行对比，校准电压-温度关系函数中的参数，得到一个精准的电压-温度关系函数。进而处理器60参数保存下来，整个校准过程完成。

当然，校准过程除可以由工程师完成外，也可以由工程师对处理器60进行软件设计，以由处理器60自动进行校准，即由处理器60自动对电压值与原始的理论电压值进行对比，校准电压-温度关系函数中的参数，得到一个精准的电压-温度关系函数。

当不需要进行校准时，控制开关电路30使传感器10与采集电路40接通，此时采集电路40将传感器10检测温度而得到的电阻值转换为相应的电压值。进而处理器60根据此电压值以及电压-温度关系函数得到相应的温度值。

滤波电路50分别连接采集电路40的输出端与处理器60的输入端，位于采集电路40与处理器60之间。滤波电路50负责对采集电路40输出的电压值进行滤波处理，以避免因PCB寄生电容、芯片引脚寄生电容等寄生电容而导致采样误差增大。处理器60内含有ADC模块，其可将模拟量的电压值转换为数字量。经滤波处理后的电压值输入处理器60，由处理器60进一步根据电压值得到对应的温度值。

在一种具体的实施方式中，采集电路40包括：分压电路与运算放大电路；分压电路通过开关电路30择一的连接传感器10或校准电路20，分压电路还连接运算放大电路。

具体而言，分压电路连接开关电路30，开关电路30连接传感器10与校准电路20，通过控制开关电路30可以将传感器10或校准电路20与分压电路接通。分压电路负责将传感器10得到的电阻值或校准电路20提供的基准电阻值线性化的映射为电压值。运算放大电路则负责将分压电路所得电压值最大限度的映射到处理器60所能容忍的电压区间，以保证不因电阻-电压-电压的转换而降低采样精度以及缩小采样范围。

其中，参考图2所示，分压电路可以包括：

第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3；

第一电阻R1与第二电阻R2串联构成第一支路，第三电阻R3通过开关电路30可选择与传感器10或校准电路20串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，且第一公共端连接电源，第二公共端接地。

需要说明的是，图2中展示的是传感器10(图2中RNTC表示热敏电阻)与分压电路接通的情况，对于校准电路20与分压电路接通的情况，只需将图2中的传感器10替换为校准电路20即可。当需要进行校准时，控制开关电路30使校准电路20与第三电阻R3串联，此时校准电路20与第三电阻R3串联构成第二支路。当不需要进行校准时，控制开关电路30使传感器10与第三电阻R3串联，此时传感器10与第三电阻R3串联构成第二支路。

另外，参考图2所示，运算放大电路可以包括：

第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及运算放大器；

运算放大器的反相输入端串联第六电阻R6后连接第一电阻R1与第二电阻R2相连的一端；运算放大器的同相输入端串联第五电阻R5后连接第三电阻R3与传感器10或校准电路20相连的一端；第四电阻R4的一端连接运算放大器的同相输入端，第四电阻R4的另一端接地；第七电阻R7的一端连接运算放大器的反相输入端，第七电阻R7的另一端连接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端作为采集电路40的输出端。

参考图2所示，在一种具体的实施方式中，滤波电路50可以包括：

第八电阻R8以及电容C；第八电阻R8的一端连接采集电路40的输出端，第八电阻R8的另一端连接电容C的一端以及处理器60，电容C的另一端接地。

在一种具体的实施方式中，校准电路20可以包括：

第九电阻；第九电阻通过开关电路30与第三电阻R3串联。

本实施例中，校准电路20设置为单一的电阻，在能够满足校准需求的同时，能够极大的简化电路结构。

进一步，在上述实施例的基础上，在一种具体的实施方式中，处理器60还连接开关电路30，用于控制开关电路30。

本实施例中，将处理器60与开关电路30相连，由处理器60来控制开关电路30，由此可以简化电路结构。

进一步，在上述实施例的基础上，在另一种具体的实施方式中，还包括：

控制器；控制器连接开关电路30，用于控制开关电路30。

本实施例中，设置额外的控制器，该控制器与开关电路30相连，由控制器来控制开关电路30，由此减少处理器60的工作量。

基于上述实施例所提供的电路结构，理论电压值与实际温度值之间的关系式可表示为：

上式中，V_CC表示分压电路所连接的电源的电压，R₁为第一电阻R₁的阻值，R₂为第二电阻R₂的阻值，R₅为第五电阻R₅的阻值，R₇为第七电阻R₇的阻值，T表示实际温度值，V_Theroy表示理论电压值。

基于上述实施例所提供的电路结构，理论电压值与实际电压值之间的关系式可表示为：

V_Theroy＝kV_ADC+b；

上式中，V_ADC表示实际电压值，V_Theroy表示理论电压值，k、b为参数。此时，接入校准电路，基于校准电路提供的基准电阻值进行校准的正是参数k与参数b。校准后的参数k与参数b进行保存。正常工作时，处理器可查询参数k与参数b的值，然后利用上述关系式，将V_ADC转换成对应的V_Theroy，由此得到补偿后的理论电压值，该理论电压值可进一步精确的转换为实际温度值。

以下基于测试结果，对比校准与不校准两种情况：

在不校准的情况下，温度理论值与实际值偏差如表1所示：

表1

可见，未经校准时，低温下的采样偏差极大，最大可达24摄氏度左右。

在校准的情况下，温度理论值与实际值偏差如表2所示：

表2

可见，校准后进行宽范围温度采样，从低温到高温，采样误差均不超过正负1摄氏度。

综上所述，本申请所提供的温度采集系统，设置有校准电路，具有校准功能。校准时由采集电路将校准电路提供的基准电阻值转换为对应的电压值并输出给处理器，处理器进一步保存此电压值，进而可以根据处理器所保存的此电压值对电压-温度关系函数中的参数进行校正，得到精准的电压-温度关系函数，由此后续进行温度采集时，利用校准得到的精准的电压-温度关系函数可以得到精准的温度值。同时，通过设置校准电路对电压-温度关系函数中的参数进行校正，可以对阻容及运放离散性进行补偿。由此实现宽范围、高精度的温度采集。另外，本申请通过单传感器与单采集电路完成温度采集，可以加大的降低成本。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到，在本申请提供的实施例的基本原理下结合实际情况可以存在多个例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的范围内。

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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的温度采集系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种温度采集系统，其特征在于，包括：

传感器、校准电路、开关电路、采集电路、滤波电路以及处理器；所述开关电路分别连接所述传感器、所述校准电路以及所述采集电路的输入端；所述滤波电路分别连接所述采集电路的输出端与所述处理器的输入端；

所述传感器，用于检测温度得到相应的电阻值；

所述校准电路，用于提供基准电阻值；

所述开关电路，用于择一的将所述传感器或所述校准电路与所述采集电路接通；

所述采集电路，用于将所述传感器得到的所述电阻值转换为相应的电压值，或将所述校准电路提供的所述基准电阻值转换为相应的电压值；

所述处理器，用于保存由所述基准电阻值转换得到的电压值，以便根据由所述基准电阻值转换的电压值校准电压-温度关系函数中的参数，以及根据由所述传感器得到的所述电阻值转换的电压值以及所述电压-温度关系函数得到相应的温度值。

2.根据权利要求1所述的温度采集系统，其特征在于，所述传感器为热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的温度采集系统，其特征在于，所述采集电路包括：

分压电路与运算放大电路；

所述分压电路通过所述开关电路择一的连接所述传感器或所述校准电路，所述分压电路还连接所述运算放大电路。

4.根据权利要求3所述的温度采集系统，其特征在于，所述分压电路包括：

第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一电阻与所述第二电阻串联构成第一支路，所述第三电阻通过所述开关电路可选择与所述传感器或所述校准电路串联构成第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，且第一公共端连接电源，第二公共端接地。

5.根据权利要求3所述的温度采集系统，其特征在于，所述运算放大电路包括：

第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及运算放大器；

所述运算放大器的反相输入端串联所述第六电阻后连接第一电阻与第二电阻相连的一端；所述运算放大器的同相输入端串联所述第五电阻后连接第三电阻与所述传感器或所述校准电路相连的一端；所述第四电阻的一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的另一端接地；所述第七电阻的一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述第七电阻的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端作为所述采集电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的温度采集系统，其特征在于，所述滤波电路包括：

第八电阻以及电容；所述第八电阻的一端连接所述采集电路的输出端，所述第八电阻的另一端连接所述电容的一端以及所述处理器，所述电容的另一端接地。

7.根据权利要求4所述的温度采集系统，其特征在于，所述校准电路包括：

第九电阻；所述第九电阻通过所述开关电路与所述第三电阻串联。

8.根据权利要求1所述的温度采集系统，其特征在于，所述开关电路包括继电器或阵列开关。

9.根据权利要求1所述的温度采集系统，其特征在于，所述处理器还连接所述开关电路，用于控制所述开关电路。

10.根据权利要求1所述的温度采集系统，其特征在于，还包括：

控制器；所述控制器连接所述开关电路，用于控制所述开关电路。

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