KR20030065843A - Apparatus and Method for detecting a temperature - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 온도검출장치에 관한 것으로서, 특히 온도에 의한 전기저항의 변화를 간단한 회로 구성으로 검출하여 피제어대상물의 온도를 검출하기 위한 온도 검출장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature detection device, and more particularly, to a temperature detection device for detecting a temperature of an object to be controlled by detecting a change in electrical resistance caused by temperature with a simple circuit configuration.
일반적으로 온도검출장치에는 피제어대상물의 온도 변화에 따라 전기저항이 변하는 열감지센서와, 상기 열감지센서로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이컴으로 출력하는 A/D컨버터를 포함하고 있다. 상기 온도검출장치는 정밀하게 피제어대상물의 온도를 제어하기 위해서 분해능이 높은 A/D컨버터를사용하여야 한다. 그런데, 상기 A/D컨버터는 분해능이 높을수록 고가이므로 그에 따라 온도검출장치의 제조단가가 상승하는 문제점이 있었다.In general, the temperature detection device includes a thermal sensor that changes the electrical resistance according to the temperature change of the controlled object, and an A / D converter that converts the analog signal output from the thermal sensor into a digital signal and outputs it to a microcomputer. . The temperature detection device must use a high resolution A / D converter to precisely control the temperature of the controlled object. However, since the higher the resolution, the higher the resolution, the higher the manufacturing cost of the temperature detection device accordingly.
그러한 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 대한민국 특허출원번호 제 2001-87350 호의 "온도검출장치 및 그 방법" 이 있다.As proposed to solve such a problem, there is a "temperature detection device and method thereof" of Korean Patent Application No. 2001-87350.
상기 특허출원된 온도검출장치는 고가의 A/D컨버터가 필요없는 저렴한 회로구성만으로도 피제어대상물의 온도를 검출할 수 있으며, 또한 피제어대상물의 온도를 검출하기 위해 사용되는 전기소자의 허용오차를 보상하여 정밀하게 온도를 검출할 수 있었다.The patented temperature detection device can detect the temperature of the controlled object only by an inexpensive circuit configuration that does not require an expensive A / D converter, and also allows the tolerance of an electric element used to detect the temperature of the controlled object. By compensating, the temperature could be detected accurately.
그러나 상기 온도검출장치는 온도설정을 위한 업/다운 버튼과 설정온도를 표시해 주는 표시부가 구비되어 있고, 그러한 온도설정버튼과 표시부에는 별도의 A/D컨버터가 사용되므로 온도검출장치의 제조원가를 높힌다. 또한 상기 온도검출장치는 피제어대상물의 온도를 검출하기 위해 사용되는 전기소자의 허용오차를 보상하기 위해 복잡한 제어로직을 거쳐야 하는 문제점이 있다.However, the temperature detection device is provided with an up / down button for setting the temperature and a display for displaying the set temperature, and a separate A / D converter is used for the temperature setting button and the display to increase the manufacturing cost of the temperature detection device. . In addition, the temperature detection device has a problem of having to go through a complicated control logic to compensate for the tolerance of the electric element used to detect the temperature of the controlled object.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 제안된 것으로서 간단하고 저렴한 비용의 온도검출회로 구성만으로 피제어대상물의 온도를 검출할 수 있는 온도검출장치 및 그 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems and to provide a temperature detecting apparatus and a method for detecting the temperature of the controlled object only by the configuration of a simple and low-cost temperature detection circuit.
본 발명의 또다른 목적은 간단한 제어로직을 통해 피제어대상물의 온도를 정밀하게 검출할 수 있는 온도검출장치 및 그 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a temperature detecting device and a method thereof capable of accurately detecting the temperature of a controlled object through a simple control logic.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도검출장치의 구성도.1 is a block diagram of a temperature detection device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출제어신호의 타이밍도와 그에 따른 충방전 특성곡선 예시도.2 is a timing diagram of a temperature detection control signal according to an embodiment of the present invention, and a diagram showing charge and discharge characteristic curves thereof.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도검출장치의 구성도.3 is a block diagram of a temperature detection device according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 온도검출장치의 구성도.Figure 4 is a block diagram of a temperature detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출장치의 온도검출 흐름도.5 is a temperature detection flowchart of a temperature detection device according to an embodiment of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면,According to an aspect of the present invention for achieving the above object,
설정 온도에 따라 저항이 가변되는 온도설정부와;A temperature setting unit for varying the resistance according to the set temperature;
감지된 온도에 따라 저항이 가변되는 열감지센서와;A heat sensor which varies in resistance according to the sensed temperature;
상기 열감지센서와 온도설정부의 출력단이 공통 접속된 노드와 접지단 사이에 접속되어 인가 전압에 따라 충방전되는 커패시터와;A capacitor connected to an output terminal of the heat sensing sensor and the temperature setting unit between a common connected node and a ground terminal to charge and discharge according to an applied voltage;
상기 열감지센서와 온도설정부로 각각의 출력포트를 통해 온도검출제어신호를 순차 출력하고, 상기 온도검출제어신호에 의해 상기 커패시터에 충방전되는 전압레벨을 상기 노드로부터 입력포트로 입력받아 그 전압이 임계전압 이상일 경우 상기 열감지센서로 온도검출제어신호를 인가한 시점부터 임계치 전압을 검출한 시점까지의 충전 시상수τ2가 상기 온도설정부로 온도검출제어신호를 인가한 시점부터 임계치 전압을 검출한 시점까지의 충전 시상수τ1과 일치하도록 가열부를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The temperature detection control signal is sequentially outputted through the respective output ports to the thermal sensor and the temperature setting unit, and the voltage level charged and discharged to the capacitor by the temperature detection control signal is inputted from the node to the input port. If the threshold voltage is higher than the time when the temperature detection control signal is applied to the heat detection sensor to the time when the threshold voltage is detected, the charging time constant τ2 is the time when the temperature detection control signal is applied to the temperature setting unit until the time when the threshold voltage is detected. And a control unit for outputting a control signal for controlling the heating unit to match the charging time constant τ 1 of the control unit.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 전술한 그리고 추가적인 제 양상을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the foregoing and further aspects of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도검출장치의 구성도이고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출제어신호의 타이밍도와 그에 따른 충방전 특성곡선을 예시한 것이다.1 is a configuration diagram of a temperature detection apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a timing diagram of a temperature detection control signal according to an embodiment of the present invention and a charging / discharging characteristic curve according thereto.
도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 온도검출장치는 온도를 검출하기 위한 검출제어신호를 출력하는 출력포트P1,P2와 상기 검출제어신호에 의해 충방전되는 커패시터의 충전전압레벨 검출을 위한 입력포트(P3)를 포함하는 마이컴(10)과 온도설정부(11)와 열감지센서(12)와 커패시터(C1)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the temperature detecting device according to an exemplary embodiment of the present invention detects the charge voltage level of a capacitor charged and discharged by output ports P1 and P2 for outputting a detection control signal for detecting temperature and the detection control signal. The microcomputer 10 including the input port (P3) for the temperature setting unit 11 and the heat sensor 12 and the capacitor (C1).
상기 온도설정부(11)는 설정 온도에 따라 저항이 가변된다. 본 발명에서 상기 온도설정부(11)는 가변저항을 사용하며, 가변되는 저항에 대응하는 온도가 눈금으로 표시되어 있다. 따라서, 상기 온도설정부(11)는 별도의 A/D컨버터가 없어도 사용자로 하여금 설정 온도를 표시된 눈금으로 알 수 있게 해준다.The temperature setting unit 11 has a variable resistance according to the set temperature. In the present invention, the temperature setting unit 11 uses a variable resistor, and the temperature corresponding to the variable resistance is indicated by a scale. Therefore, the temperature setting unit 11 allows the user to know the set temperature by the displayed scale even without a separate A / D converter.
상기 열감지센서(12)는 피제어대상물의 온도에 의해 전기저항이 가변되며 온도가 높아짐에 따라 전기 저항값이 작아지는 서미스터를 사용한다.The thermal sensor 12 uses a thermistor whose electrical resistance varies depending on the temperature of the controlled object and the electrical resistance value decreases as the temperature increases.
이때, 상기 열감지센서(12)와 온도설정부(11)는 도 1에서 도시한 바와 같이 상기 마이컴(10)에 구비된 출력포트 P1, P2에 각각 일측이 접속되어 있고, 타측은 공통 접속되어 노드를 형성한다. 상기 노드는 상기 마이컴(10)의 입력포트 (P3)에 접속되어 있다.In this case, as shown in FIG. 1, one side of the thermal sensor 12 and the temperature setting unit 11 is connected to output ports P1 and P2 of the microcomputer 10, and the other side is connected in common. Form a node. The node is connected to an input port P3 of the microcomputer 10.
상기 커패시터(C1)는 상기 공통노드와 접지단 사이에 접속되어 있으며 상기 열감지센서(12)와 상기 온도설정부(11) 각각으로부터 출력되는 마이컴(10)의 온도검출제어신호에 의해 충전 및 방전된다.The capacitor C1 is connected between the common node and the ground terminal, and is charged and discharged by the temperature detection control signal of the microcomputer 10 output from each of the thermal sensor 12 and the temperature setting unit 11. do.
상기 마이컴(10)은 도2에서 도시한 바와 같이 상기 열감지센서(12)와 온도설정부(11) 각각으로 일정 펄스폭(①)의 온도검출제어신호를 출력포트 P1, P2로 순차 출력하고, 상기 온도검출제어신호에 의해 상기 커패시터(C1)에 충방전되는 전압레벨을 상기 노드로부 입력포트 P3로 입력받아 그 전압이 임계전압 이상일 경우 상기 열감지센서(12)와 온도설정부(11) 각각의 상기 온도검출제어신호 인가시점부터 임계 전압 검출시점까지의 충전 시상수(τ1, τ2)를 비교하여 피제어대상물의 온도를 제어한다. 이때 상기 마이컴(10)은 커패시터(C1)의 값이 고정되어 있기 때문에 온도검출제어신호의 펄스폭 인가시점부터 프로그램된 임계전압 이상의 충전전압(예를 들면 논리레벨 하이는 입력전압 2.5V 이상)이 상기 마이컴(10)의 입력포트 P3를 통해 입력되면, 그때까지의 충전 시상수(τ)을 알 수 있다. 또한, 상기 마이컴(10)은 온도검출제어신호 인가시점(Th1)부터 임계 전압 검출시점까지의 충전 시상수τ2를 알면 τ=RC1의 수식을 이용하여 전기저항을 구할 수 있다. 따라서 상기 마이컴(10)은 피제어대상물의 온도 변화에 따라 전기저항이 변하는 열감지센서의 전기저항이 상기 온도설정부의 가변저항과 일치하도록 가열부를 제어한다. 즉, 상기 마이컴(10)은 상기 충전 시상수τ1이 충전 시상수τ2보다 크면 가열 온(ON)신호를 출력하고 작으면 가열 오프(OFF)신호를 출력하여 피제어대상물의 온도가 설정온도에 이르기까지 가열부를 제어한다.As shown in FIG. 2, the microcomputer 10 sequentially outputs temperature detection control signals having a predetermined pulse width (①) to the output ports P1 and P2 to the thermal sensor 12 and the temperature setting unit 11, respectively. When the voltage level charged and discharged to the capacitor C1 is input to the input port P3 from the node by the temperature detection control signal, and the voltage is greater than or equal to a threshold voltage, the thermal sensor 12 and the temperature setting unit 11. The temperature of the controlled object is controlled by comparing the charging time constants τ1 and τ2 from the time of applying the temperature detection control signal to the time of detecting the threshold voltage. At this time, since the value of the capacitor C1 is fixed, the microcomputer 10 has a charge voltage higher than the programmed threshold voltage from the point of time when the temperature detection control signal is applied (for example, logic level high is 2.5V or more). When it is input through the input port P3 of the microcomputer 10, it is possible to know the charging time constant τ up to that time. In addition, when the microcomputer 10 knows the charging time constant τ 2 from the time point at which the temperature detection control signal is applied Th1 to the time point for detecting the threshold voltage, the microcomputer 10 may calculate the electrical resistance by using a formula of τ = RC 1. Therefore, the microcomputer 10 controls the heating unit so that the electrical resistance of the heat detection sensor whose electrical resistance changes in accordance with the temperature change of the controlled object coincides with the variable resistance of the temperature setting unit. That is, the microcomputer 10 outputs a heating ON signal when the charging time constant τ 1 is larger than the charging time constant τ 2, and outputs a heating OFF signal when the charging time constant τ 1 is larger than the charging time constant τ 2 to heat the temperature of the controlled object to a set temperature. To control wealth.
따라서, 도 1에 도시한 온도검출장치는 일반적인 온도설정장치와 표시장치에서 필요로 하는 A/D컨버터가 없어도 설정온도를 알 수 있고 또한 온도검출제어로직이 간단하면서도 정밀하게 온도를 검출할 수 있는 것이다.Therefore, the temperature detecting device shown in FIG. 1 can know the set temperature even without the A / D converter required by the general temperature setting device and the display device, and the temperature detection control logic can detect the temperature easily and precisely. will be.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도검출장치의 구성도를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 상기 열감지센서(12)와 온도설정부(11)가 공통으로 접속되어 형성된 노드(a)는 비교기의 비반전 입력단자와 접속되어 있으며, 상기 비교기(20)의 반전입력단자에는 바이어스 전압을 전압분할하기 위한 저항(R1)과 가변저항 (VR2)의 접속점(b)이 연결되어 있다. 상기 비교기(20)는 상기 커패시터(C1)에 충전되는 전압을 기준전압(Vcc)과 비교하여 그 결과를 상기 마이컴(10)의 입력포트(P3)로 출력한다. 상기 마이컴(10)은 검출제어신호의 펄스폭 인가시점(Th1)부터 하이 레벨의 비교기 출력신호가 입력될때까지의 충전 시상수τ를 리드한다. 이때 사용자는 가변저항의 조정을 통한 기준전압(Vcc)의 변경으로 상기 마이컴(10)의 온도검출을 위한 분해능을 높일 수 있다.3 is a block diagram of a temperature detection apparatus according to another embodiment of the present invention. As shown, the node a formed by connecting the thermal sensor 12 and the temperature setting unit 11 in common is connected to the non-inverting input terminal of the comparator, and the inverting input terminal of the comparator 20 The connection point b of the resistor R1 and the variable resistor VR2 for voltage division of the bias voltage is connected. The comparator 20 compares the voltage charged in the capacitor C1 with a reference voltage Vcc and outputs the result to the input port P3 of the microcomputer 10. The microcomputer 10 reads the charging time constant τ from the time of applying the pulse width of the detection control signal Th1 to the input of the high level comparator output signal. In this case, the user may increase the resolution for detecting the temperature of the microcomputer 10 by changing the reference voltage Vcc by adjusting the variable resistor.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 온도검출장치의 구성도를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 상기 열감지센서(12)와 온도설정부(11)가 공통으로 접속되어 형성된 노드와 마이컴(10)의 입력포트 사이에 슈미트 트리거 회로(30)가 접속되어 있다. 상기 슈미트 트리거 회로(30)는 임계전압이상의 충전전압이 입력되는 경우 그에 반응하여 활성하되는 구형파 펄스를 상기 마이컴의 입력포트(P3)로 출력한다. 이때 상기 마이컴은 구형파 펄스 입력시까지의 충전 시상수τ를 리드한다. 따라서, 상기 슈미트 트리거 회로(30)의 사용으로 충전전압이 임계전압에 도달하는 시점을 정확하게 검출할 수 있어서 온도검출시의 오차율을 줄일 수 있는 것이다.4 is a block diagram of a temperature detection device according to another embodiment of the present invention. As shown, the Schmitt trigger circuit 30 is connected between the node formed by connecting the heat sensor 12 and the temperature setting unit 11 in common and the input port of the microcomputer 10. The Schmitt trigger circuit 30 outputs a square wave pulse that is activated in response to a charging voltage of more than a threshold voltage to the input port P3 of the microcomputer. At this time, the microcomputer leads the charging time constant τ until the square wave pulse input. Therefore, the use of the Schmitt trigger circuit 30 can accurately detect the point of time when the charging voltage reaches the threshold voltage, thereby reducing the error rate during temperature detection.
이하, 상기 구성을 갖는 온도검출장치의 온도검출방법을 자세히 설명한다.Hereinafter, the temperature detection method of the temperature detection device having the above configuration will be described in detail.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온도검출장치의 온도검출 흐름도를 도시한 것이다. 먼저, 온도설정부(11)의 가변저항(VR1)을 가변시켜 피제어대상물의 온도를 설정한 후, 출력포트P1로 설정온도 검출제어신호를 출력한다(S1). 상기 설정온도검출제어신호에 의해 충전되는 커패시터의 전압레벨을 입력포트P3로 입력받아 그 전압이 임계전압 이상일 경우 상기 설정온도검출제어신호 인가시점(Th1)부터 임계치 전압 검출시점까지의 충전 시상수τ1을 리드한다(S2).5 is a flowchart illustrating a temperature detection of the temperature detection device according to the embodiment of the present invention. First, the variable resistance VR1 of the temperature setting unit 11 is varied to set the temperature of the controlled object, and then the set temperature detection control signal is output to the output port P1 (S1). When the voltage level of the capacitor charged by the set temperature detection control signal is input to the input port P3 and the voltage is greater than or equal to the threshold voltage, the charging time constant? 1 from the time of applying the set temperature detection control signal Th1 to the time of detecting the threshold voltage is determined. Lead (S2).
이 후, 출력포트(P2)로 감지온도 검출제어신호를 출력하고(S3), 상기 온도감지 검출제어신호에 의해 충전되는 커패시터의 전압레벨을 입력포트(P3)로 입력받아 그 전압이 임계전압 이상일 경우 상기 온도감지 검출제어신호 인가시점(Th2)부터 임계치 전압 검출시점까지의 충전 시상수τ2을 리드한다(S4). 이 후 상기 리드한 충전 시상수τ2와 충전 시상수τ1을 비교하여(S5), 상기 충전 시상수(τ1)가 충전 시상수τ2보다 크면 가열 온(ON)신호를 출력하고 (S6) 작으면 가열 오프(OFF)신호를 출력한다(S7). 이후 시스템 종료신호가 입력되면 시스템을 종료하고, 종료신호가 입력되지 않으면 루틴을 반복하여 피제어대상물의 온도가 설정온도에 이르기까지 가열부를 가열하도록 제어한다(S8).Thereafter, the sensing temperature detection control signal is output to the output port P2 (S3), and the voltage level of the capacitor charged by the temperature sensing detection control signal is input to the input port P3, and the voltage is greater than or equal to the threshold voltage. In this case, the charging time constant? 2 from the time point at which the temperature detection detection control signal is applied Th2 to the time point at which the threshold voltage is detected is read (S4). Thereafter, the charged charging time constant τ2 and the charging time constant τ1 are compared (S5). When the charging time constant τ1 is greater than the charging time constant τ2, a heating ON signal is output (S6). The signal is output (S7). Thereafter, when the system end signal is inputted, the system is terminated. If the end signal is not inputted, the routine is repeated to control the heating unit to be heated until the temperature of the controlled object reaches the set temperature (S8).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 온도검출장치는 온도설정장치와 표시장치에서 필요로 하는 A/D컨버터가 없어도 온도를 정밀하게 검출함으로써 제조단가를 절감할 수 있는 유용한 효과를 가진다.As described above, the temperature detecting device according to the present invention has a useful effect of reducing the manufacturing cost by accurately detecting the temperature even without the A / D converter required by the temperature setting device and the display device.
또한 본 발명에 따른 온도검출장치는 온도검출 제어로직이 간단하면서도 피제어대상물의 온도를 정밀하게 검출할 수 있는 유용한 효과를 가진다.In addition, the temperature detection device according to the present invention has a useful effect that the temperature detection control logic is simple but can accurately detect the temperature of the controlled object.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다라는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20080701 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |