CN110057462A - 一种温度检测电路 - Google Patents

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花熙文
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Abstract

本发明提供了一种温度检测电路，用于解决多种不同型号的热电阻在同一个温度检测电路的兼容问题。本发明的温度检测电路可以根据实际工况调节比较器、模拟开关的运行参数，使得在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下所述N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值，使得不同的第二电压信号可以映射唯一的温度检测信息，解决了多种不同型号的热电阻在同一个温度检测电路的兼容问题。后期维护过程中不需要人工识别热电阻型号，运维方便，而且无需设计多种温度检测电路降低了开发成本。

Description

一种温度检测电路
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种温度检测电路。
背景技术
现在主流的热电阻温度检测电路通过直流源，使热电阻的电阻值转换为电压信号，处理器采样得到的电压信号之后映射到对应的温度值。
实际运用中，由于工况的复杂性，同一个项目中会需要兼容多种型号热电阻。现有方案往往是通过设计多种的温度检测电路来解决该项目需求，同一个温度检测电路无法灵活切换使用不同类型的热电阻，后期维护过程中需要人工识别热电阻型号，运维不方便，而且设计多种温度检测电路增加了开发成本。
发明内容
本发明提供了一种温度检测电路，用于解决多种不同型号的热电阻在同一个温度检测电路的兼容问题。
本发明提供了一种温度检测电路，其包括：
电源模块、目标热电阻、比较器、模拟开关、信号放大电路及处理器，其中，所述模拟开关与所述比较器及所述信号放大电路分别连接，所述信号放大电路与所述处理器连接；所述目标热电阻为N种不同型号的热电阻中的一种，所述N为不小于2的正整数；
所述比较器用于检测目标热电阻接入点的第一电压信号，并根据所述第一电压信号所处的阈值范围输出对应的第一级输出信号，在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第一电压信号的N个取值范围不存在重叠区间；
所述模拟开关用于输出所述第一级输出信号对应的第二级输出信号，所述第二级输出信号用于控制所述信号放大电路对所述第一电压信号的放大倍数；
所述处理器用于检测第二电压信号，所述第二电压信号为所述第一电压信号经过所述信号放大电路之后的电压信号；
在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下所述N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值；
所述处理器还用于根据预设的映射表输出所述第二电压信号对应的温度检测信息。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例中，当N＝2且所述目标热电阻为PT100铂热电阻或PT1000铂热电阻中的一种时，PT100铂热电阻对应的所述放大倍数为K1，PT1000铂热电阻对应的所述放大倍数为K2，所述K1/K2＝10。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，当所述温度检测电路没有所述目标热电阻接入时，所述第一电压信号经过所述信号放大电路放大之后得到的电压值大于M或小于P，所述M为在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围中的最大值，所述P为在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围中的最小值。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，所述目标热电阻以2线制、3线制或4线制的方式接入所述温度检测电路。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，所述电源模块为恒流源。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，所述信号放大电路为差分放大电路。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，所述信号放大电路为同相放大电路。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，所述比较器由基于LM2903芯片搭建的OC输出型比较器电路构成。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例的温度检测电路中，所述模拟开关由基于CD4052B芯片组建的模拟开关电路构成。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明实施例中的温度检测电路可以根据实际工况调节比较器、模拟开关的运行参数，使得在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下所述N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值，使得不同的第二电压信号可以映射唯一的温度检测信息，解决了多种不同型号的热电阻在同一个温度检测电路的兼容问题。后期维护过程中不需要人工识别热电阻型号，运维方便，而且无需设计多种温度检测电路降低了开发成本。
附图说明
图1为本发明实施例中一种温度检测电路的一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中一种温度检测电路的一个实施例示意图；
图3为本发明实施例中一种温度检测电路的一个具体运用实施例中的恒流源和差分放大电路结构示意图；
图4为本发明实施例中一种温度检测电路的一个具体运用实施例中的热电阻接入电路结构示意图；
图5为本发明实施例中一种温度检测电路的一个具体运用实施例中的模拟开关电路结构示意图
图6为本发明实施例中一种温度检测电路的一个具体运用实施例中的比较器电路结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种温度检测电路，用于解决多种不同型号的热电阻在同一个温度检测电路的兼容问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于理解，下面对本发明实施例中的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明一种温度检测电路的一个实施例可包括：
电源模块10、目标热电阻20、比较器30、模拟开关40、信号放大电路50及处理器60，其中，模拟开关40分别与比较器30及信号放大电路50连接，信号放大电路50分别与处理器60及目标热电阻20连接,目标热电阻20还与比较器30及电源模块10连接；目标热电阻20为N种不同型号的热电阻中的一种，N为不小于2的正整数；
比较器30用于检测目标热电阻接入点的第一电压信号，并根据第一电压信号所处的阈值范围输出对应的第一级输出信号；
模拟开关40用于输出第一级输出信号对应的第二级输出信号，第二级输出信号用于控制信号放大电路对第一电压信号的放大倍数；
处理器60用于检测第二电压信号，第二电压信号为第一电压信号经过信号放大电路之后的电压信号；
在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值；
处理器60还用于根据预设的映射表输出第二电压信号对应的温度检测信息。
通过比较器和模拟开关的组合，实现放大倍数的自动切换，实现N种不同型号的热电阻兼容测温及热电阻***检测，避免替换不同型号的热电阻时进行软件或硬件的变更，提高效率；在同一处理器端口实现热电阻的***检测，节约了处理器的端口资源。
下面将对本发明实施例中的温度检测电路的具体运行原理进行说明。电源模块可以是恒流源，具体此处不做限定。当有目标热电阻接入温度检测电路时，比较器可以检测到目标热电阻接入点的第一电压信号，并根据第一电压信号所处的阈值范围输出对应的第一级输出信号。具体的，在电源输出的电压或电流恒定时，在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻的接入点的第一电压信号是在一定取值范围随温度变化的，该取值范围可以预先计算得到，在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻对应的第一电压信号的N个取值范围不存在重叠区间。在检测到第一电压信号之后，比较器可以根据预设的逻辑，根据第一电压信号所处的阈值范围输出对应的第一级输出信号至模拟开关。例如，可以设置两个阈值将第一电压信号划分为三个取值范围，通过第一电压信号与预设阈值的比较确定第一电压信号所处的取值范围。
实际运用中，检测电路的中的第一电压信号往往是相对较小的数值，为了提高检测精度，需要采用信号放大电路对第一信号进行放大处理。为此，模拟开关接收到第一电压信号之后可以输出用于控制信号放大电路对第一电压信号的放大倍数的第二级输出信号，以控制信号放大电路对第一电压信号进行放大得到第二电压信号，具体的放大倍数的设置需要满足如下原则：在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值。
最后，处理器60采集到第二电压信号之后，可以根据预设的映射表输出第二电压信号对应的温度检测信息，完成温度的检测。
本发明实施例中的温度检测电路可以根据实际工况调节比较器、模拟开关的运行参数，使得在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值，使得不同的第二电压信号可以映射唯一的温度检测信息，解决了多种不同型号的热电阻在同一个温度检测电路的兼容问题。后期维护过程中不需要人工识别热电阻型号，运维方便，而且无需设计多种温度检测电路降低了开发成本。
在上述图1所示的实施例的基础上，目前方案要实现热电阻是否***检测，现有方案中往往需要有额外的附加电路，并占有一处理器上一个端口用于检测。为了节约成本，本发明实施例中，当温度检测电路没有目标热电阻接入时，设置第二级输出信号，使得经过信号放大电路放大之后得到的电压值大于M或小于P，该M为在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围中的最大值，该P为在预设的温度范围内N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围中的最小值。这样利用同样的比较器电路和模拟开关，使得悬空时送至处理器端口的第二电压信号对应的电压值为一个***热电阻时达不到的电压值，实现了直接通过处理器AD端口采样值就可以判断热电阻是否***，节约了硬件成本。
为了便于理解，下面仅以N＝2，且目标热电阻为PT100铂热电阻或PT1000铂热电阻中的一种，处理器采用MCU为例，对本发明实施例中的温度检测电路进行说明。可以理解的是，实际运用中还可以采用三个或三个以上的热电阻或采用PT100铂热或PT1000铂热电阻之外的热电阻，具体此处不做限定。
请参阅图2，为了便于后续描述，这里假设电源模块为恒流源输出为1mA。PT100铂热电阻在-40℃～+150℃区间电阻范围为84.3Ω～157.3Ω，PT1000铂热电阻在-40℃～+150℃区间电阻范围为842.7Ω～1573.3Ω。如果***的是PT100铂热电阻，那么恒流源输出到测温电阻PT100的第一电压信号Vpt范围为84.3mV～157.3mV，***的是PT1000铂热电阻的话，第一电压信号Vpt范围为842.7mV～1573.3mV。两者的第一电压信号的范围没有重叠区间。
可选的,作为一种可能的实施方式,本实施例中可以采用两个比较器电路(比较器A、B)的结合实现热电阻电压值的比较，其中比较器A的阈值在PT100对应的Vpt范围的最大值和PT1000对应的Vpt范围的最小值之间取一中间值，这里取500mV为例。Vpt小于500mV，则比较器A第一级输出信号输出为0，Vpt大于500mV，则比较器A第一级输出信号输出为1。
当没有铂热电阻***时，由于端口悬空，Vpt会等于运放输出上轨，此处以15V举例。比较器B的阈值在PT1000对应的Vpt范围的最大值和运放输出上轨之间取一中间值，这里取5V为例。Vpt小于5V，则比较器B第一级输出信号输出0，Vpt大于5V，则比较器B第一级输出信号输出1。
比较器A、B的输出第一级输出信号(分别用a、b表示)用于控制模拟开关导通不同的通路。模拟开关输出第一级输出信号对应的第二级输出信号控制不同的通路导通进而控制差分放大电路中的放大倍数。
如果***PT100，按上述条件，a＝0,b＝0，设置此时导通的电阻阻值，使差分放大电路放大倍数为K1＝10，则MCU采样端接收到的放大之后的电压值为843～1573mV。可以理解的是，此处放大倍数没有固定要求，不超过MCU端口上限即可。
如果***PT1000，按上述条件，a＝1,b＝0，设置此时导通的电阻阻值，使差分放大电路放大倍数为K2＝1，则MCU采样端接收到的电压值为843～1573mV，即在同一温度下***PT100或***PT1000两者对应的第二电压信号之间的差值小于预设阈值。预设阈值可以根据实际需要设置，设置范围根据实际需求温度测量精度确定。可以理解的是，此处放大倍数优选设置K1/K2＝10，可选的也可以设置其他倍数，只需要保证在预设的温度范围内两种不同型号的热电阻对应的MCU采样端接收到的第二电压信号的取值范围不存在重叠区间即可。
如果未***铂热电阻，按上述条件，a＝1,b＝1，设置此时导通的电阻阻值，使差分放大电路放大倍数为1/100，则MCU采样端接收到的电压值为150mV。此处放大倍数没有固定需求，只要满足MCU接受到的电压值小于***铂热电阻时的输出最小值或大于***铂热电阻时的输出最大值即可。
此时此处放大倍数优选设置K1/K2＝10，无论***的是PT100还是PT1000，MCU内部AD采样后，均可以使用同一表格或公式温度。采样到超过铂热电阻范围值的电压，就可以判断为未***铂热电阻。
更进一步的，请参阅图3、图4、图5及图6，下面将结合具体的电路实现对本发明实施例中的温度检测电路进行说明。
本实施例中，恒流源使用运放TLV2171搭建，由于R17>>R23,所以输出电流可以约等于运放U1的输入差分电压3V/R23。在本实施例中输出电流设定为0.5mA。原因为避免铂热电阻因为工作电流升温影响测温。一般推荐PT1000工作电流小于0.5mA，PT100工作电流小于5mA，此处取两者标准较小者0.5mA。
实施例中可以使用3线制铂热电阻，PT-A端输入，PT-B端参考，PT-C端接地。
当***的是PT100时，在-40℃～+150℃区间电阻范围为84.3Ω～157.3Ω，因此图中PT-A位置第一电压信号范围为42.15mV～78.65mV。
当***的是PT1000时，在-40℃～+150℃区间电阻范围为842.7Ω～1573.3Ω，因此图中PT-A位置第一电压信号范围为421.35mV～786.65mV。
TLV2171输出上轨为Vcc-0.35V，本实施例中恒流源TLV2171使用±15V供电，因此在未***铂热电阻时，PT-A位置对地电压为14.65V。
本实施例中设置两个比较器电路，分别以比较器A、B表示，比较器部分使用LM2903搭建，为OC输出型比较器，输出端需要接电阻上拉。如图6左侧电路所示，比较器A中的U3部分的比较点设置为300mV，由R7和R22分压得到。所以PT-A电压低于300mV时，第一级输出信号a＝0，比较器A输出低电平，PT-SW-A为低，此处约为0.3V；PT-A电压高于300mV时，第一级输出信号a＝1，比较器A输出高电平，PT-SW-A经上拉后输出高电平，此处约为15V。
如图6右侧电路图所示，比较器B中U4部分的比较点设置为5V。所以PT-A电压低于5V时，第一级输出信号b＝0，比较器B输出低电平，PT-SW-B为低，此处约为0.3V；PT-A电压高于5V时，第一级输出信号b＝1，比较器B输出高电平，PT-SW-B经上拉后输出高电平，此处约为15V。
由此可得，在***PT100，***PT1000和未***铂热电阻三种情况下，比较器部分的输出第一级输出信号就如下表1中表格所示。
***状态 a b
PT100 0 0
PT1000 1 0
未*** 1 1
表1
如图5所示，本实施例中模拟开关选用了CD4052B，其输出第二级输出信号对应的真值表如下表2所示。此处举例说明下，例如第一级输出信号a＝0，b＝0的情况下，即导通0x，0y。对应到图5中的模拟开关芯片U2，即此时XIN/OUT0(对应网络PT-100-A)与COMX(对应网络GND)导通；YIN/OUT0(对应网络PT-100-B)与COMY(对应网络PT-SW-Y)导通。
表2
所以当***PT100时，设置差分放大电路的放大倍数为20，即为电阻R8/R1的比值，此时对应的PT-AD范围，即第二电压信号范围为843mV～1573mV。
***PT1000时，设置差分放大电路的放大倍数为2，即为电阻R3/R1的比值，此时对应的PT-AD范围，即第二电压信号范围为843mV～1573mV，与PT100一致，使得在同一温度下2种不同型号的热电阻对应的2个第二电压信号之间的差值小于预设阈值。
当未***铂热电阻时，设置差分放大电路的放大倍数为0.02，即为电阻R5/R1的比值，此时对应的PT-AD电压为293mV，远低于***铂热电阻时的电压值，MCU可直接作出未***的判断。
由于***铂热电阻时PT-AD的电压范围为843mV～1573mV，因此通过变更R5,R6阻值，使差分放大电路的放大倍数变大。例如变为0.17的话，此时未***铂热电阻的情况下对应的PT-AD电压为2490mV，远高于***铂热电阻时的电压值，MCU仍可直接作出未***的判断。
可以理解的是，上述图3、图4、图5及图6所示的实施例中的电路图即元器件的选用仅仅是示例性的，实际运用中可以变更恒流源结构，例如变更恒流源输入电压、电阻配置、输出电流等或使用其他电路拓扑搭建恒流源。使用2线制，3线制，4线制铂热电阻，对应实施例，仅需变更接入端口。在满足关系的情况下变更PT100和PT1000的放大倍数。在满足条件的情况下变更未***铂热电阻时的放大倍数。还可以使用其他电路拓扑搭建放大电路，例如同相放大电路。还可以使用其他种类的器件搭建组合电路实现示例中模拟开关最终所实现的功能。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种温度检测电路，其特征在于，包括：
电源模块、目标热电阻、比较器、模拟开关、信号放大电路及处理器，其中，所述模拟开关与所述比较器及所述信号放大电路分别连接，所述信号放大电路与所述处理器连接；所述目标热电阻为N种不同型号的热电阻中的一种，所述N为不小于2的正整数；
所述比较器用于检测目标热电阻接入点的第一电压信号，并根据所述第一电压信号所处的阈值范围输出对应的第一级输出信号，在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第一电压信号的N个取值范围不存在重叠区间；
所述模拟开关用于输出所述第一级输出信号对应的第二级输出信号，所述第二级输出信号用于控制所述信号放大电路对所述第一电压信号的放大倍数；
所述处理器用于检测第二电压信号，所述第二电压信号为所述第一电压信号经过所述信号放大电路之后的电压信号，在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围不存在重叠区间，或，在同一温度下所述N种不同型号的热电阻对应的N个第二电压信号之间的差值小于预设阈值；
所述处理器还用于根据预设的映射表输出所述第二电压信号对应的温度检测信息。
2.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，当N＝2且所述目标热电阻为PT100铂热电阻或PT1000铂热电阻中的一种时，PT100铂热电阻对应的所述放大倍数为K1，PT1000铂热电阻对应的所述放大倍数为K2，所述K1/K2＝10。
3.根据权利要求1所述的温度检测电路，其特征在于，当所述温度检测电路没有所述目标热电阻接入时，所述第一电压信号经过所述信号放大电路放大之后得到的电压值大于M或小于P，所述M为在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围中的最大值，所述P为在预设的温度范围内所述N种不同型号的热电阻对应的第二电压信号的N个取值范围中的最小值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的温度检测电路，其特征在于，所述目标热电阻以2线制、3线制或4线制的方式接入所述温度检测电路。
5.根据权利要求4所述的温度检测电路，其特征在于，所述电源模块为恒流源。
6.根据权利要求5所述的温度检测电路，其特征在于，所述信号放大电路为差分放大电路。
7.根据权利要求5所述的温度检测电路，其特征在于，所述信号放大电路为同相放大电路。
8.根据权利要求5所述的温度检测电路，其特征在于，所述比较器由基于LM2903芯片搭建的OC输出型比较器电路构成。
9.根据权利要求5所述的温度检测电路，其特征在于，所述模拟开关由基于CD4052B芯片组建的模拟开关电路构成。
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