CN2658864Y - 有温度测量功能的遥控器电路 - Google Patents

有温度测量功能的遥控器电路 Download PDF

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李清
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Abstract

一种能够测量温度的遥控器电路。现有技术存在成本高，测量温度与实际温度有差异等不足。本实用新型采用PMOS或CMOS开关管、标准电阻、热敏电阻和电容，由原有的微处理器(MCU)控制电容的放电及通过不同电阻充电，通过内部计数器记录充电时间，以软件计算标准电阻和热敏电阻的充电计数值的比值，以查表方式获取当前的测量温度。该遥控器电路在原有电路基础上，增加少量器件，即能完成温度测量功能，且能保持较低成本和较小体积。

Description

有温度测量功能的遥控器电路
技术领域
本实用新型涉及一种能够测量温度的遥控器电路。
背景技术
目前，几乎所有的家用电器都带有遥控装置，用红外遥控器对电器进行功能控制。遥控部分由红外遥控发射器、遥控接收器和控制电路组成，其中，红外遥控发射器就是我们通常所指的遥控器，遥控接收器和控制电路一般集成在电器主机上。通常的遥控器主要通过按键编码和红外载波输出，发出红外遥控指令，通过遥控接收器处理和控制电路译码，实现对电器的各种功能控制。
较高精度的温度测量一般需要温度传感器和模拟-数字转换器等电路实现，成本较高，因此，现有的遥控器一般不具有温度测量功能。在需要温度测量的应用中，考虑到遥控器的成本和体积要求，通常将温度测量电路集成在主机上(如空调机)，这又导致了测量温度(即主机温度)与环境温度的差异，与应用要求有一定的差距。
发明内容
本实用新型的目的是在现有技术的基础上设计一种简单实用、成本低、有温度测量功能的遥控器电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在现有的遥控器电路(如图1)中，增加PMOS开关(1)、(2)或CMOS开关(6)、(7)、标准电阻RS(3)、热敏电阻R1(4)、电容C(5)，PMOS开关(1)或CMOS开关(6)与标准电阻RS(3)串联，PMOS开关(2)或CMOS开关(7)与热敏电阻R1(4)串联，两路并联后与电容C(5)串联，开关管的栅极G0、G1是微处理器MCU控制，电容C(5)正端与微处理器双向I/O口PB7联接，负端接地，PB7输出为零，电容C(5)放电到零电平，PB7作为输入口时，电容正端也可作为微处理器I/O口PB7内部缓冲器的输入，在达到缓冲器翻转电平时使内部计数器停止计数。其中(1)、(2)为芯片内部集成的作为开关的PMOS管(图2)，(6)、(7)为芯片内部集成的作为开关的CMOS管(图3)，由微处理器输出开关管栅极G0、G1控制其闭合或关断；RS(3)为标准电阻，R1(4)为热敏电阻，C(5)为电容，PB7为微处理器的双向I/O口，本实用新型的遥控器电路结构框图如图4，图4中除了PMOS开关(1)、(2)、标准电阻RS(3)、热敏电阻R1(4)和电容C(5)之外，均为现有技术的遥控器电路。
测量时按照以下步骤：
a)G0、G1为高电平，两开关(PMOS(1、2)或CMOS开关(6、7))关断，PB7输出0，使电容C(5)上电荷为0；
b)G0输出低电平，电源通过RS(3)对电容C(5)充电，同时，微处理器内部计数器开始计数，PB7设为输入，至PB7电平达到内部缓冲器翻转电平时计数结束，计数值记为T0；
c)重复a)；
d)G1输出低电平，电源通过R1(4)对电容C(5)充电，同时，微处理器内部计数器开始计数，PB7设为输入，至PB7电平达到内部缓冲器翻转电平时计数结束，计数值记为T1；
e)通过软件计算T1/T0的值k；
f)软件查表得到当前的温度。
本实用新型具体实施时：首先选定热敏电阻R1，如选用NTH4G系列热敏电阻，其计算公式为：
R1＝R0 exp[B*(1/Temp-1/Temp0)]
其中，R0为25℃时的电阻值，Temp0为25℃，Temp为当前温度，Temp0、Temp均为绝对温度，B为常数。
电容从0充电至翻转电平Vh的时间T：
Vh＝Vdd*[1-exp(-T/RC)]
T＝-RC*ln[1-Vh/Vdd]                                      (1)
由于在同一个电路和较小的时间间隔内，Vh和Vdd基本不变，因此，
k＝T1/T0＝(R1+Rt1)/(Rs+Rt0)
＝(R0*exp(B*(1/Temp-1/Temp0))+Rt1)/(Rs+Rt0)
其中：Rt0、Rt1分别为开关的导通电阻，在100-1000欧姆范围内。
取标准电阻RS的值与热敏电阻25℃时的电阻值R0相同，即
RS＝R0
则：
k＝(R0*exp(B*(1/Temp-1/Temp0))+Rt1)/(R0+Rt0)             (2)
若R0、R1的取值较大，Rt0、Rt2可忽略不计，则：
k＝T1/T0＝R0/R1＝exp(B*(1/Temp-1/Temp0))                 (3)
确定测量精度和范围后，选定标准电阻、热敏电阻和电容，由式(3)可建立一个比值k与当前温度Temp的对应关系，并以表格方式存储。在经过上述的测量步骤后，软件查询该表，得到当前所需测量的温度。
K与所测温度的对应表。
    温度Temp(℃)    K＝T1/T0    温度Temp(℃)    K＝T1/T0     温度Temp(℃)   K＝T1/T0
    -10     6.6722    17.5     1.445     45.0     0.408
    -9.5     6.471    18.0     1.409     45.5     0.399
    -9.0     6.276    18.5     1.374     46.0     0.391
    -8.5     6.088    19.0     1.341     46.5     0.383
    -8.0     5.906    19.5     1.308     47.0     0.375
    -7.5     5.730    20.0     1.276     47.5     0.367
    -7.0     5.561    20.5     1.244     48.0     0.360
    -6.5     5.396    21.0     1.214     48.5     0.353
    -6.0     5.238    21.5     1.185     49.0     0.345
    -5.5     5.084    22.0     1.156     49.5     0.338
    -5.0     4.936    22.5     1.128     50.0     0.332
    -4.5     4.792    23.0     1.101     50.5     0.325
    -4.0     4.653    23.5     1.075     51.0     0.318
    -3.5     4.519    24.0     1.049     51.5     0.312
    -3.0     4.389    24.5     1.024     52.0     0.318
    -2.5     4.263    25.0     1.00     52.5     0.312
    -2.0     4.141    25.5     0.976     53.0     0.306
    -1.5     4.023    26.0     0.953     53.5     0.300
    -1.0     3.909    26.5     0.931     54.0     0.294
    -0.5     3.798    27.0     0.909     54.5     0.288
    0.0     3.691    27.5     0.888     55.0     0.282
    0.5     3.588    28.0     0.867     55.5     0.277
    1.0     3.488    28.5     0.847     56.0     0.271
    1.5     3.390    29.0     0.828     56.5     0.266
    2.0     3.296    29.5     0.809     57.0     0.261
    2.5     3.205    30.0     0.790     57.5     0.256
    3.0     3.117    30.5     0.772     58.0     0.251
    3.5     3.031    31.0     0.755     58.5     0.246
    4.0     2.948    31.5     0.738     59.0     0.241
    4.5     2.868    32.0     0.721     59.5     0.237
    5.0     2.790    32.5     0.705     60.0     0.232
    5.5     2.714    33.0     0.689     60.5     0.228
    6.0     2.641    33.5     0.673     61.0     0.223
    6.5     2.570    34.0     0.658     61.5     0.219
    7.0     2.501    34.5     0.644     62.0     0.215
    7.5     2.435     35.0     0.629     62.5     0.211
    8.0     2.370     35.5     0.615     63.0     0.207
    8.5     2.307     36.0     0.602     63.5     0.203
    9.0     2.246     36.5     0.589     64.0     0.199
    9.5     2.187     37.0     0.576     64.5     0.196
    10.0     2.130     37.5     0.563     65.0     0.192
    10.5     2.074     38.0     0.551     65.5     0.188
    11.0     2.020     38.5     0.539     66.0     0.185
    11.5     1.968     39.0     0.527     66.5     0.182
    12.0     1.917     39.5     0.516     67.0     0.178
    12.5     1.868     40.0     0.505     67.5     0.175
    13.0     1.819     40.5     0.494     68.0     0.172
    13.5     1.773     41.0     0.483     68.5     0.169
    14.0     1.727     41.5     0.473     69.0     0.166
    14.5     1.683     42.0     0.463     69.5     0.163
    15.0     1.641     42.5     0.453     70.0     0.160
    15.5     1.599     43.0     0.444
    16.0     1.559     43.5     0.434
    16.5     1.520     44.0     0.425
    17.0     1.482     44.5     0.416
上述电路中各元件的参数选择方法为：
a)首先确定测量精度和测量范围，如：精度为1℃范围为-10-70℃。
b)标准电阻和热敏电阻的阻值应远大于开关的导通电阻，选定的阻值，应使根据式(2)和式(3)计算的误差满足测量精度的要求，如：热敏电阻R0取100KΩ，标准电阻Rs取100KΩ，远大于开关导通电阻。
c)电容的充电时间T0应满足测量范围内测量分辨率的要求，如：T0＝20ms。
d)由式(3)可知，测量精度与标准电阻的精度和温度特性、热敏电阻的R0及常数B的偏差有关，需根据测量精度的要求，确定标准电阻和热敏电阻的精度和特性要求，如：电阻精度为±1％。
综上所述，本实用新型由微处理器(MCU)控制PMOS(1)、(2)或CMOS开关(6)、(7)，分别经标准电阻RS(3)和热敏电阻R1(4)对固定电容C(5)充电，同时，由微处理器(MCU)分别对电容C(5)从零电平充电至微处理器(MCU)双向I/O口PB7的翻转电平的时间进行计数，计数值可反映电阻值的变化，进一步反映温度的变化。反映标准电阻和热敏电阻充电时间常数的计数值T0和T1的比值用软件计算，其与所测温度的对应关系以表格方式存储，通过软件查询的方式获取当前所测温度值。温度测量电路中的电阻、电容及开关导通电阻的值根据测量精度和范围的要求经上述公式计算确定。标准电阻和热敏电阻的偏差影响测量精度，偏差要求根据测量精度和范围经上述公式计算确定。
本实用新型获得良好效果，其在通常的遥控器电路的基础上，增加少量的外围器件，利用原有的微处理器，通过软件控制和计算，进行温度测量。设计方案简单，电路规模较小，成本较低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是通常的遥控器电路框图。
图2是本实用新型的温度测量电路原理图。
图3是本实用新型的温度测量电路原理图。
图4是本实用新型的遥控器电路框图。
图1、图4中MCU为微处理器，其输入rc[7:0]和输出rd[7:0]接外部键盘，其中rc[7:0]内部有上拉电阻，POR为上电复位，WDT为看门狗，MUX为4选1多路器，由微处理器输出ra1和ra2选择红外载波频率，由ra0控制载波输出。
图2、3、4中(1)、(2)为PMOS管(图2)，(6)、(7)为CMOS管(图3)，(3)为标准电阻RS，(4)为热敏电阻R1，(5)为电容C，PB7为微处理器的双向I/O口，G0、G1为微处理器输出。
具体实施方式
1.确定温度测量要求：
温度测量范围：-10～+70℃
测量精度：1℃
2.确定标准电阻及热敏电阻：
取热敏电阻R0＝100kΩ，即选择型号为NTH4G42B104的热敏电阻，B＝4250；标准电
阻RS＝100kΩ
3.k与所测温度的对应图：
根据式(3)，通过计算发现，在温度为-10～+70℃范围内，k(即T1/T0)的值在0.160～6.672之间，见表，取三位小数即可分辨0.5℃的温差。可以通过查表的方式，由软件计算k的值，并根据该值查找相应的温度值。
4.计数时间的确定：
计数时间需保证达到表中所要求的k的分辨率。从表中可以看出，k的最小分辨率为0.003，若微处理器的最小计数单位为5us，因此，为满足计数分辨率的要求，T0的最小值为：
5us/0.003＝1.7ms
考虑到程序计数的误差和其他因素的影响，可取T0＝20ms。
5.电容大小的确定：
根据计数时间T0及公式(1)，在Vc＝Vdd/2时，C＝0.29uF。因此，电容值可在0.33uF左右选择。
6.PMOS或CMOS开关管尺寸的选择：
取Rt0＝Rt1＝300Ω时，根据公式(2)，k的值与公式(3)的计算结果的误差可能会使查找的温度出现0.5℃的偏差。由于芯片内实现的开关电阻随其传输的电平变化，为使该电阻对测量精度没有影响，需使阻值在300Ω以下。
7.标准电阻和热敏电阻的偏差对测量的影响：
当标准电阻阻值和热敏电阻有偏差时，根据式(3)计算的k值与表中的值相比也出现偏差，在查表时应选择表中与计算值最接近的k所对应的温度值，并保证该温度与实际温度的偏差小于1℃。
当标准电阻阻值的偏差为±1％，热敏电阻的R0和B的偏差也为±1％时，可满足测量精度要求。标准电阻需考虑精度与温度系数两个因素，因此，可取精度为0.5％，温度系数为100ppm的标准电阻。

Claims (1)

1、一种有温度测量功能的遥控器电路，在现有遥控器电路的基础上增加PMOS或CMOS开关、标准电阻、热敏电阻、电容，其特征是：PMOS(1)或CMOS开关(6)与标准电阻RS(3)串联，PMOS(2)或CMOS开关(7)与热敏电阻R1(4)串联，两路并联后与电容C(5)串联，开关管的栅极G0、G1是微处理器MCU控制，电容C(5)正端与微处理器双向I/O口PB7联接，负端接地，PB(7)输出为零，电容C(5)放电到零电平，PB7为输入时，电容C(5)正端是微处理器I/O口PB7内部缓冲器的输入，在达到缓冲器翻转电平时使内部计数器停止计数。
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