CN2283839Y - 低成本多通道温度测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种低成本多通道温度测量装置,其温度测量电路包括有:传感器、信号调理器、多路模拟开关和模－数转换器;其连接关系是:传感器连接信号调理器,信号调理器的输出连接多路模拟开关U1的输入端,多路模拟开关由单片机控制,同一时刻只将一路温度信号接入模－数转换器中的积分器U2的正输入端,积分器U2的输出接电压比较器U3的正输入端,电压比较器U3的输出信号接模拟开关S1的控制端同时接单片机的一个输入端。该电路成本低、测量精度高、利于批量生产。

Description

低成本多通道温度测量装置
本实用新型涉及低成本多通道温度测量装置中的用于空调系统的主机机组的微机控制器中的温度测量电路，属于电子技术。
在空调系统的主机机组控制中，需要测量许多温度，如出水温度、回水温度、蒸发器温度、冷凝器温度、环境温度等。由于这些温度是连续变化的模拟量，计算机不能识别。为了测量这些温度，目前通常将每路温度信号通过温度传感器转变成为连续变化的电压信号(也是一种模拟信号)，并采用CMOS模拟开关将多路电压信号分时地送到模-数转换器，由模-数转换器将电压信号转换成计算机能够识别的数字信号，从而完成对多路温度信号的测量。在这种典型的多路温度测量系统中，模-数转换器是关键部件，它的性能好坏直接影响到温度测量的精度。若选用价格较为便宜的八位模-数转换集成电路，其转换精度不能满足要求。而转换精度能满足要求的12位模-数转换集成电路，其价格较高使得系统的成本上升。
为了克服上述不足，本实用新型的目的是：设计一种低成本多通道温度测量装置，该装置中的温度测量电路部分其成本低(低于八位模-数转换集成电路的成本)、因而大大降低了整个系统的成本，而测量精度却很高(高于12位模-数转换集成电路的测量精度)，能满足温度测量的要求。
本实用新型是一种低成本多通道温度测量装置，该装置的温度测量电路对温度的测量过程是：由温度传感器，经信号调理器将温度信号转变为电压信号，并送到CMOS多路模拟开关中来对多路温度信号进行切换，多路模拟开关的输出接到简化了的脉宽调制型模-数转换器(该模-数转换器包括有积分器、电压比较器和模拟开关)，该脉宽调制型模-数转换器的输出信号为固定频率的脉冲信号，其脉冲的宽度正比于所输入的电压信号，通过采用Intel51系列单片机来测量脉冲的宽度即可得到输入的电压值，再将此电压值通过单片机程序转变为对应的温度值，即完成了对温度的测量。用单片机控制CMOS多路模拟开关轮流切换各个温度输入量可实现对多路温度信号的测量。
该温度测量电路由：传感器1、信号调理器2、多路模拟开关3和模-数转换器4等组；该传感器1采用热敏电阻Rt，该信号调理器2包括有电阻R101、R102和电容C101，该多路模拟开关3采用集成电路U1，该模-数转换器4包括有：由U2、C1、R1组成的积分器、电压比较器U3、模拟开关S1和由R2和C2构成的积分电路，该传感器1和信号调理器2是通过固定电阻R101与热敏电阻Rt1构成一个简单的分压电路，其连接关系是：热敏电阻Rt1一端连接R101和R102的一端、另一端连接模-数转换器S1的Vref端，R102的另一端连接电容C101的正极并做为信号调理器的输出端，电容C101的负极接地。该分压电路将温度引起的热敏电阻的阻值变化转变为电压的变化，施加在分压电路两端的电压为模-数转换器提供参考电压Vref，以消除因参考电压的漂移所引起的温度测量误差，分压电路的输出电压经R101、C101构成的简单的RC低通滤波器，滤掉干扰信号，以便减少温度测量的误差。
该温度测量电路的连接关系是：传感器1连接信号调理器2，信号调理器2的输出连接多路模拟开关3即U1的输入端，多路模拟开关3由装置中的单片机控制，同一时刻只将一路温度信号接入模-数转换器4中由U2、C1、R1构成的积分器U2的正输入端，积分器U2的输出端接电压比较器U3的正输入端，电压比校器U3的输出信号接模拟开关S1的控制端，当U3的输出信号PWM为高电平时模拟开关S1将R1与信号地相连接，当信号PWM为低电平时模拟开关S1将R1与参考电压Vref相连接，同步信号SYNC是由装置中单片机的一个输出端口发出的一个固定频率的方波信号，该信号经R2、C2积分后接电压比较器U3的负输入端，它将迫使电压比较器U3的输出信号PWM与它工作在同一频率上，信号PWM与装置中单片机的一个输入端口相连，其高电平脉冲宽度t1正比于输入电压，通过采用单片机测量t1的脉冲宽度，并通过下式计算可得被测通道的输入电压Ui；
          Ui＝Vref*(t1/T)
式中Vref为参考电压，T为信号PWM的周期；
得到Ui电压后，再根据信号调理器2中的固定电阻R101与热敏电阻Rt1的分压关系则可计算出热敏电阻Rt1的阻值，计算公式是：
          Rt1＝Ui*R101/(Vref-Ui)
通过查表计算出被测通道的温度，测量其它通道的温度时，可由单片机改变通道地址对其它通道进行测量，即可得到其它通道的温度值。
本实用新型的优点是：电路结构简单、易于调试、由于电路成本低，使得系统成本随之降低利于批量生产，对温度进行测量时精度高、误差小。
本实用新型共有如下附图：
图1.信号调理器原理图。
图2.多通道温度测量电路原理图。
图中标号如下：
1.传感器：采用热敏电阻Rt
2.信号调理器：包括电阻R101、R102，电容C101。
3.多路模拟开关：采用集成电路U1，型号可选用4051。
4.模-数转换器：包括有由U2、C1、R1构成的积分器，
               电压比较器U3，由R2、C2构成的积分电路，
               和模拟开关S1。
兹举一实施例并配合图示说明如下：
请参阅图2所示，图中所示为8通道温度测量电路，传感器的Rt1～Rt8，分别连接信号调理器的SC1～SC8，信号调理器的输出连接多路模拟开关3，多路模拟开关3的第3脚即信号端连接模-数转换器4中的积分器U2的正输入端，积分器U2的输出端连接电压比较器U3正输入端，电压比较器U3的输出信号PWM连接模拟开关S1的控制端(该模拟开关可选用集成电路4053，当对温度测量精度要求不高时，也可选用CMOS逻辑门电路如74CH04的一个非门代替，非门的输入端接信号PWM，输出接电阻R1，这时的参考电压Vref等于逻辑门电路的电源电压+5V)，同步信号SYNC是一个由装置中的单片机发来的一个固定频率的方波信号(单片机图中未示)，该同步信号SYNC经积分电路R2、C2积分后连接电压比较器U3的负输入端，电压比较器U3的输出信号PWM连接装置中的单片机的一个输入端，并与信号SYNC工作在同一频率上，其高电平脉冲宽度t1正比于输入电压，通过单片机测量t1的脉冲宽度，并通过计算可得出被测通道的温度值。

Claims (2)

1.一种低成本多通道温度测量装置，其特征在于：该装置的温度测量电路包括有：传感器、信号调理器、多路模拟开关和模-数转换器；
该温度测量电路的连接关系是：传感器连接信号调理器，信号调理器的输出连接多路模拟开关U1的输入端，多路模拟开关由单片机控制，同一时刻只将一路温度信号接入模-数转换器中的积分器U2的正输入端，积分器U2的输出端接电压比较器U3的正输入端，电压比校器U3的输出端信号接模拟开关S1的控制端同时接单片机的一个输入端。
2.根据权利要求1所述的低成本多通道温度测量装置，其特征在于：该传感器采用热敏电阻Rt，该信号调理器包括有电阻R101、R102和电容C101，该传感器和信号调理器是通过固定电阻R101与热敏电阻Rt1构成一个简单的分压电路，其连接关系是：热敏电阻Rt1一端连接R101和R102的一端、另一端连接模-数转换器S1的Vref端，R102的另一端连接电容C101的正极并做为信号调理器的输出端，电容C101的负极接地。
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