专利名称：室内温度智能采集器的制作方法
技术领域：
本发明是ー种指示室内温度的测温装置，是ー款采用高精度测温元件，低功耗集成电路设计的智能电子产品，广泛应用于热カ行业及其它需要測量室内温度的环境中。
背景技术：
目前，公知的智能测温装置是由温度传感单元、信号转换单元、信号处理单元、温度显示单元以及通讯单元等组成。首先由温度传感单 元采集温度信号并进行处理，再经过信号转换电路转换成数字信号后，送给信号处理单元进行信号处理与计算，结果在显示装置上显示出来或通过通讯単元传给其它设备。这种传统的测温方法由于测温元件的非线性导致测量范围小，测温误差大，不适用于高精度的测温环境中。另外，采用传统电路设计，体积大。功耗高，在实际应用中存在安装、取电麻烦等问题。
发明内容
为了克服现有的测温装置存在的测温误差大、功耗高等缺点，本发明提供了ー种测温装置，该装置不仅测温精度高，功耗低，而且采用太阳能充电，待机时间长、节能环保。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是I)采用低功耗电子元器件设计本测温装置电路以低功耗为设计原则。测温传感器采用一款单总线可编程智能温度传感器DS18B20，它将A/D转换器、寄存器、接ロ电路集成在一个芯片中，可以直接输出数字信号，其体积小、系统结构简单，是ー种微型、低功耗的温度測量器件。微处理器采用ATmega8，ATmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有五种休眠模式，空闲模式时耗电I. OmA,掉电模式时耗电O. 5 μ A。显不米用段式液晶ΗΤ1621驱动，低功耗IXD，工作电流O. 1mA。2)利用软件对测温元件进行线性修正及补偿利用测温原理降低非线性误差由于DS18B20的分辨率为9 12位可编程，为了得到较高精度的温度，可采用12位模式，理论上最小温度分辨率为O. 0625°C。但由于受各种因素影响，DS18B20测量温度的分辨率真实值只有O. 5°C，本系统设计巧妙结合DS18B20的内部结构，进ー步提高其分辨率。采用分段线性及最小二乗法降低线性误差通过以上方法理论上可以得到O. rc范围内的误差，但由于受各种因数的影响。往往误差范围能达到O. 5°C。通过分析，得知误差主要来源于芯片内部半导体热噪声。其类型为线性误差，井随温度的上升而误差増大。为了提高测试精度，对于不同的温度区间应采用不同的修正系数，利用有效数学模型，进ー步提高测温精度。3)采用锂电池供电，太阳能充电系统供电部分采用锂离子电池供电，体积小、容量大、安装更换方便。正常工作时采用太阳能充电模式，特殊情况下，可通过切换开关切換到DC5-24V充电模式。
本发明的有益效果是，可以降低测温误差，使误差范围达到O. 1°C以内；可以实现低功耗，有效的利用太阳能供电，节能环保。
图I :系统结构2 :降低非线性误差原理图。
具体实施例方式在图I中，温度传感器DS18B20感应环境温度，经过内部电路处理后，将数字信号传送到微处理器ATmegaS，信号经ATmegaS计算处理后送至LED显示，同时经过D/A转换，变成4-20mA信号输出(功能可选)，温度信号也可以通过通讯方式由外部设备读取，支持RS232/485接ロ，标准Modbus RTU协议。设备运行中的电源指示、通讯状态和故障状态由状态指示单元显示。电源部分由锂电池、太阳能电池板及直流5-24V电源接ロ组成，可通过拨码开关切換供电模式。在图2中，高温度系数振荡器确定ー个门控周期，然后在此门控周期内通过对低温度系数振荡器的时钟个数进行计数便可測量温度。在计数器和温度寄存器内均预置了对应于_55°C的初值，如果在门控周期结束前，计数器的值没有减到零，就表明当前測量温度高于_55°C，温度寄存器中的值要增加。同时，斜率累加器再给计数器预置初值，计数器重新计数到零。若门控周期没有计数，则重复上述过程。利用下式可计算出高分辨率的温度值T = temp_read-0. 25+(count_per_degree-count_remain)/count_per_degree其中，temp_read DS18B20中读出的温度读数；count_per_degree :姆摄氏度的计数值；count remain :门控周期结束时计数器中的余数。通过以上方法理论上可以得到O. 1°C范围内的误差，但由于受各种因数的影响，往往误差范围能达到O. 5°C。通过分析，得知误差主要来源于芯片内部半导体热噪声，其类型为线性误差，井随温度的上升而误差増大。为了提高估计精度，对于不同的温度区间应采用不同的修正系数。设该系统的线性误差模型如下T = KT Y +C其中，T为测量值，T Y为真实值(采用更高精度MS6506测量而得)，K为随温度变化的线性误差修正系数，C为误差补偿參数。建立了 DS18B20的误差模型后，通过试验来估计误差模型的參数。设被估计量X是η维随机向量，为了得到其估计量，对它进行k次线性观测得到z = HiX+V, (i = 1,2,…k)该式可写成
权利要求
1.一种室内温度智能采集器，由温度传感器采集温度信号并进行处理，送给信号处理器进行信号处理与计算，结果在显示装置上显示出来或通过通讯单元传给其它设备，其特征是利用软件对测温元件进行修正及补偿，采用低功耗电子元器件设计，锂电池供电，太阳能充电。
2.根据权利要求I所述的室内温度智能采集器，其特征是利用DS18B20的测温原理降低非线性误差，采用分段线性及最小二乘法降低线性误差。
3.根据权利要求I所述的室内温度智能采集器，其特征是采用低功耗电子元器件设计，锂电池供电，太阳能充电。
全文摘要
室内温度智能采集器，一种指示室内温度的测温装置。由温度传感器采集温度信号并进行处理，送给信号处理器进行信号处理与计算，结果在显示装置上显示出来或通过通讯单元传给其它设备。利用DS18B20的测温原理降低非线性误差，采用分段线性及最小二乘法降低线性误差，提高测温精确度。采用低功耗电子元器件设计，锂电池供电，太阳能充电。
文档编号G01K1/00GK102680121SQ201110055018
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者樊克强 申请人:北京君禾盛世环保科技有限公司