一种微功耗智能数字温度计及温度测量方法
【专利摘要】一种微功耗智能数字温度计及温度测量方法，属于工业温度测量设备领域。其特征在于：包括供电单元与数据处理单元，数据处理单元包括依次相连的偏置采样模块、AD转换模块、中央处理单元、显示模块。包括如下步骤：1、系统初始化；2、启动偏置采样模块；3、启动AD采样；4、中央处理单元判断采样是否结束：5、偏置采样模块关断；6、启动AD转换；7、中央处理单元判断是否转换结束；8、AD休眠；9、数据读取，滤波；10、AD关断；11、数据计算，查表；12、显示模块进行显示；13、显示刷新时间判断；14、中央处理单元休眠；15、中央处理单元判断是否已到休眠时间。本发明具有微功耗、精度高、稳定性好的优点。
【专利说明】一种微功耗智能数字温度计及温度测量方法
【技术领域】
[0001]一种微功耗智能数字温度计及温度测量方法，属于工业温度测量设备领域。具体涉及一种精度高、稳定性好且微功耗的数字温度计及温度测量方法。
【背景技术】
[0002]目前，在工业测温领域，主要应用仪表有两类，一类是双金属温度计，另一类是传统的4?20mA输出的模拟仪表。双金属温度计具有精度低、稳定性差、读数不方便等缺点；对于传统的4?20mA输出的模拟仪表，温度传感器由一个恒流源提供偏压，其两端的压降通过一个仪表放大器进行信号的调理，这就需要昂贵的恒流源、多个电阻电容以及几个运算放大器或独立的仪表放大器，需要低噪声且稳定的系统来进行校准，还需要操作工在生产时进行优化，这种模拟测量技术成本高、精度低，此类仪表还有一个缺点就是需要外部提供24V直流电源，很大程度上受现场条件的制约。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种微功耗、精度高、稳定性好的微功耗智能数字温度计及温度测量方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该微功耗智能数字温度计，包括:供电单元以及数据处理单元，其特征在于:供电单元与数据处理单元连接并为其供电，所述的数据处理单元包括依次相连的偏置采样模块、AD转换模块、中央处理单元以及显示模块。
[0005]所述的供电单元包括电源、第一电源模块以及第二电源模块，电源同时与第一电源模块以及第二电源模块相连，第一电源模块与所述的偏置采样模块相连并为其供电，第二电源模块与所述的AD转换模块、中央处理单元以及显示模块相连并为其供电，中央处理单兀同时与第一电源模块相连。
[0006]所述的偏置采样模块包括限流电阻Rx，偏置电阻Rp以及温度传感器RTD，电源VDD依次串联限流电阻Rx，偏置电阻Rp以及温度传感器RTD后接地，自限流电阻Rx和偏置电阻Rp之间引出作为AD转换模块的参考电源的电压Vkef ；自偏置电阻Rp和温度传感器RTD之间引出作为AD转换模块的输入正极的电压VIN+ ；AD转换模块的输入负极VIN_接地。
[0007]设置有与所述中央处理单元相连的用于设置刷新频率的显示刷新模块，所述的第二电源模块与显示刷新模块相连。
[0008]所述的显示刷新模块包括电阻RfR4以及两位的拨码开关SI，拨码开关SI的一位开关一端同时并联电阻Rl的一端和中央处理单元的26脚，另一端通过电阻R3接地；拨码开关SI的另一位开关同时并联电阻R2的一端和中央处理单元的25脚，电阻Rf R2的另一端同时连接第二电源模块的电压输出端。
[0009]所述的电源为电池。
[0010]所述的第一电源模块型号为TC1016 ;所述的第二电源模块型号为MCP1700 ;所述的AD转换模块型号为MCP3551。[0011]所述的中央处理单元采用PIC18F2XK20系列单片机。
[0012]一种微功耗智能数字温度计的温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1001，系统初始化；
中央处理单元对各硬件进行初始化；
步骤1002，启动偏置采样模块；
中央处理单元向第一电源模块发出控制信号，第一电源模块开始工作为偏置采样模块供电，偏置采样模块得电开始工作；
步骤1003，启动AD采样；
中央处理单元控制AD转换模块对偏置采样模块进行采样；
步骤1004，中央处理单元判断采样是否结束:
中央处理单元判断采样是否结束，如果结束采样，执行步骤1005，如果未结束采样，返回步骤1003 ；
步骤1005，偏置采样模块关断；
中央处理单元控制第一电源模块停止工作，偏置采样模块失电停止工作；
步骤1006，启动AD转换；
中央处理单元控制AD转换模块对采样得到的数值进行模数转换；
步骤1007，中央处理单元判断是否转换结束；
中央处理单元判断是否转换结束，如果转换结束，执行步骤1008，如果转换未结束，返回步骤1006 ；
步骤1008，AD休眠；
AD转换结束之后，AD转换模块进入休眠状态；
步骤1009，数据读取，滤波；
中央处理单元读取AD转换模块转换得到的数据，并进行滤波处理；
步骤1010，AD关断；
中央处理单元控制AD转换模块关断，停止工作；
步骤1011，数据计算，查表；
中央处理单元根据AD转换模块转换得到的数据计算温度传感器的阻值Rktd,并根据温度传感器的阻值Rktd通过查表得到对应的温度值；
步骤1012，显示模块进行显示；
中央处理单元将查表得到的温度值送至显示模块进行显示；
步骤1013，显示刷新时间判断；
中央处理单元判断显示刷新模块设置的显示刷新频率，并根据显示刷新频率进行刷新显示；
步骤1014,中央处理单元休眠；
中央处理单元进入休眠状态；
步骤1015，中央处理单元判断是否已到休眠时间；
中央处理单元判断是否已到休眠时间，如果未到休眠时间，返回步骤1014，如果已到休眠时间，返回步骤1002。
[0013]与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是: 1、本发明的一种微功耗智能数字温度计及温度测量方法内的中央处理单元采用低功耗芯片，同时设置有第一电源模块和第二电源模块，其中第一电源模块为间歇式工作模式，达到整个温度计微功耗的目的，提高了电池的寿命。
[0014]2、设置有与AD转换模块相连的偏置采样模块，AD转换模块在进行采样时省去了参考电源带来的误差，使测量精度更高，同时稳定性更好。
[0015]3、通过显示刷新模块内的拨动开关可修改显示模块的显示刷新频率，方便快捷。
[0016]4、AD转换模块以及中央处理单元均设置有休眠模式，进一步降低了功耗。
[0017]5、采用电池供电，省却了现场布线的不便，同时便于维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为微功耗智能数字温度计原理方框图。
[0019]图2为微功耗智能数字温度计偏置采样模块原理图。
[0020]图3为微功耗智能数字温度计的电路原理图。
[0021]图4为微功耗智能数字温度计的温度测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0022]图广4是本发明的最佳实施例，下面结合附图广4对本发明做进一步说明。
[0023]如图1所示，本发明的一种微功耗智能数字温度计包括:电池、第一电源模块、第二电源模块、偏置采样模块、AD转换模块、中央处理单元、显示模块以及显示刷新模块。电池同时与第一电源模块和第二电源模块相连，第一电源模块与偏置米样模块相连，第二电源模块同时与AD转换模块、中央处理单元、显示模块以及显示刷新模块相连，偏置采样模块、AD转换模块、中央处理单元以及显示模块依次相连，显示刷新模块与中央处理单元相连，中央处理单兀同时与第一电源模块相连。温度传感器集成于偏置米样模块内。
[0024]偏置采样模块连接AD转换模块为AD转换模块提供输入信号和参考电压。AD转换模块连接中央处理单元将AD转换后的数据输入到中央处理单元进行处理。中央处理单元连接显示模块将处理完的数据送至显示模块进行显示。显示刷新模块连接中央处理单元通过显示刷新模块内的拨码开关配置不同的显示刷新时间。第一电源模块连接偏置采样模块为其提供稳定的工作电压。第二电源模块分别为AD转换模块、中央处理单元以及显示模块提供稳定的工作电压。电池分别连接第一电源模块和第二电源模块为整个电路提供工作电源。在本发明中，显示刷新模块内的拨码开关采用两位拨码开关，可以形成4种不同的排列组合模式，中央处理单元通过该4种不同的排列组合模式对应设置有4种不同的显示刷新频率，可以根据需要自行设置，避免了单一刷新频率带来的不便，同时可根据需要设置其他位数的拨动开关，以增加或减少显示刷新频率的数量。第一电源模块为间歇式工作模式，由中央处理单元对其工作状态进行控制当需要第一电源模块进行工作时，中央处理单元通过与第一电源模块相连的输出端口向第一电源模块输出控信号，第一电源模块开始工作，否则第一电源模块处于关断状态，从而降低了整个微功耗智能数字温度计的功耗，延长了使用时间。在本发明中，第一电源模块和第二电源模块均为微功耗LDO芯片,其中第一电源模块的型号为TC1016，第二电源模块的型号为MCP1700，第二电源模块为持续式工作模式。
[0025]如图2所示，偏置采样模块包括限流电阻Rx，偏置电阻Rp以及温度传感器RTD，电源VDD依次串联限流电阻Rx，偏置电阻Rp以及温度传感器RTD后接地。自限流电阻Rx和偏置电阻Rp之间引出电压Vkef与AD转换模块相连，作为AD转换模块的参考电源端；自偏置电阻Rp和温度传感器RTD之间引出电压Vin+与AD转换模块相连，作为AD转换模块的输入正极；AD转换模块的输入负极VIN_接地。电源VDD即为第一电源模块的输出电压。
[0026]由图2可知，温度传感器RTD两端的电压Vktd如公式(I)所示:
【权利要求】
1.一种微功耗智能数字温度计，包括:供电单元以及数据处理单元，其特征在于:供电单元与数据处理单元连接并为其供电，所述的数据处理单元包括依次相连的偏置采样模块、AD转换模块、中央处理单元以及显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:所述的供电单元包括电源、第一电源模块以及第二电源模块，电源同时与第一电源模块以及第二电源模块相连，第一电源模块与所述的偏置采样模块相连并为其供电，第二电源模块与所述的AD转换模块、中央处理单元以及显示模块相连并为其供电，中央处理单元同时与第一电源模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:所述的偏置采样模块包括限流电阻Rx，偏置电阻Rp以及温度传感器RTD，电源VDD依次串联限流电阻Rx,偏置电阻Rp以及温度传感器RTD后接地，自限流电阻Rx和偏置电阻Rp之间引出作为AD转换模块的参考电源的电压Vkef ；自偏置电阻Rp和温度传感器RTD之间引出作为AD转换模块的输入正极的电压VIN+ ；AD转换模块的输入负极VIN_接地。
4.根据权利要求2所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:设置有与所述中央处理单元相连的用于设置刷新频率的显示刷新模块，所述的第二电源模块与显示刷新模块相连。
5.根据权利要求4所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:所述的显示刷新模块包括电阻Rf R4以及两位的拨码开关SI，拨码开关SI的一位开关一端同时并联电阻Rl的一端和中央处理单元的26脚，另一端通过电阻R3接地；拨码开关SI的另一位开关同时并联电阻R2的一端和中央 处理单元的25脚，电阻RfR2的另一端同时连接第二电源模块的电压输出端。
6.根据权利要求2所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:所述的电源为电池。
7.根据权利要求2所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:所述的第一电源模块型号为TC1016 ;所述的第二电源模块型号为MCP1700 ;所述的AD转换模块型号为MCP3551。
8.根据权利要求2所述的一种微功耗智能数字温度计，其特征在于:所述的中央处理单元采用PIC18F2XK20系列单片机。
9.实现权利要求f8任一项所述的一种微功耗智能数字温度计的温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1001，系统初始化； 中央处理单元对各硬件进行初始化； 步骤1002，启动偏置采样模块； 中央处理单元向第一电源模块发出控制信号，第一电源模块开始工作为偏置采样模块供电，偏置采样模块得电开始工作； 步骤1003，启动AD采样； 中央处理单元控制AD转换模块对偏置采样模块进行采样； 步骤1004，中央处理单元判断采样是否结束: 中央处理单元判断采样是否结束，如果结束采样，执行步骤1005，如果未结束采样，返回步骤1003 ； 步骤1005，偏置采样模块关断； 中央处理单元控制第一电源模块停止工作，偏置采样模块失电停止工作； 步骤1006，启动AD转换； 中央处理单元控制AD转换模块对采样得到的数值进行模数转换； 步骤1007，中央处理单元判断是否转换结束； 中央处理单元判断是否转换结束，如果转换结束，执行步骤1008，如果转换未结束，返回步骤1006 ； 步骤1008，AD休眠； AD转换结束之后，AD转换模块进入休眠状态； 步骤1009，数据读取，滤波； 中央处理单元读取AD转换模块转换得到的数据，并进行滤波处理； 步骤1010，AD关断； 中央处理单元控制AD转换模块关断，停止工作； 步骤1011，数据计算，查表； 中央处理单元根据AD转换模 块转换得到的数据计算温度传感器的阻值Rktd,并根据温度传感器的阻值Rktd通过查表得到对应的温度值； 步骤1012，显示模块进行显示； 中央处理单元将查表得到的温度值送至显示模块进行显示； 步骤1013，显示刷新时间判断； 中央处理单元判断显示刷新模块设置的显示刷新频率，并根据显示刷新频率进行刷新显示； 步骤1014,中央处理单元休眠； 中央处理单元进入休眠状态； 步骤1015，中央处理单元判断是否已到休眠时间； 中央处理单元判断是否已到休眠时间，如果未到休眠时间，返回步骤1014，如果已到休眠时间，返回步骤1002。
【文档编号】G01K7/16GK103759850SQ201410021963
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月18日 优先权日:2014年1月18日
【发明者】刁国荣, 王惜芳, 周秀成, 成韦 申请人:淄博飞雁先行测控技术有限公司