基于RC振荡器的电机温度检测电路、测温方法及相应的电机与流程

本发明属于温度测量领域，涉及一种电机温度测量电路，具体地说是基于rc振荡器的电机温度检测电路、测温方法及相应的电机。

背景技术：

电机作为电动车上不可或缺的动力输出设备，其性能好坏直接关系到电动车的行驶性能。其中电机在运行过程中如果出现短路等故障时，会导致电机升温而烧毁，进而影响电动车的行驶。为了能够及时监控电机的工作状态，能够在电机出现故障时及时发现故障，并采取相应的措施避免事态继续恶化，现有技术中需要对电机的温度进行检测；目前采取在电机上设置温度传感器实时监测电机的温度，而温度传感器多采用热敏电阻构成，例如目前常用的pt型热敏电阻或ntc型热敏电阻。其中，pt型热敏电阻是电阻与温度为正温度系数关系，而ntc型热敏电阻则是电阻与温度为负温度系数关系，使用这两种热敏电阻的测温电路均存在为满足电机高温区域的温度采样精度，牺牲低温区温度采样精度，或不采集低温区温度的缺陷，进而无法识别温度采样回路的故障状态，如无法识别电机温度传感器线束开路、短路故障。出现上述问题的原因主要为：以采用ntc热敏电阻作为温度传感器为例，ntc电阻的阻值与温度的变化为非线性关系，即在高温、低温区域其阻值有几十欧姆到几百千欧姆的大范围变化的特性，使得温度难以计算，因此，现有技术中多使用电阻分压电路获取温度对应的电压值，将该电压值经过放大后传输到主控芯片adc端口。上述分压电路中与ntc电子串联的电阻值固定，电阻分压电路的供电电压固定，比例放大电路的放大倍数固定，而主控芯片的模拟量输入电压范围固定，进而无法选择与ntc电阻串联某固定的电阻，同时兼顾高温区域+100～+150℃，低温区域-40～+10℃内的ntc电阻阻值。因此，为保障电机在高温区域避免损坏，目前主要采集热敏电阻在高温区域的电阻值，使得电路无法采集电机低温区温度，进而无法判断电机是否在低温区存在温度检测回路故障。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供基于rc振荡器的电机温度检测电路，能够对电机全温度范围内高精度进行检测，并可识别出电机温度传感器信号线开路或短路的情况，并报出故障。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种基于rc振荡器的电机温度检测电路，包括设于电机温度检测回路中、用于对电机进行温度检测的温度传感器，以及主控芯片，还包括将热敏电阻的电阻信号转换成频率信号的rf转换电路，所述温度传感器采用热敏电阻作为传感器探头，所述主控芯片具有捕获脉冲信号的频率测量模块，所述热敏电阻通过rf转化电路连接主控芯片。

作为对本发明的限定：所述rf转换电路包括多谐振荡器，所述热敏电阻的一端连接多谐振荡器的电源电压端，另一端通过第二电阻连接第一电容的正极，第一电容的负极接地，所述多谐振荡器的放电端连接热敏电阻与第二电阻的中间节点，地端接地，触发端与门限端连接第一电容的正极，复位端连接热敏电阻与电源电压端相连的一端，输出端通过第三电阻连接自身的电源电压端，同时还通过串接第四电阻作为rf转换电路的输出端连接主控芯片的频率信号输入端。

作为对本发明的进一步限定：所述多谐振荡器采用ne555芯片，所述主控芯片采用dps型号的tms320f28335芯片，所述第四电阻远离多谐振荡器输出端的一端连接tms320f28335芯片。

本发明还提供了一种根据所述的基于rc振荡器的电机温度检测电路的测温方法，包括依次进行的以下步骤：

1）电机温度信号通过热敏电阻转换成电阻信号；

2）rf转换电路将电阻信号转换成待测的频率信号；

3）主控芯片捕获待测频率信号的上升沿，并确定周期，根据确定的周期计算得到频率，并计算得到此时rf转换电路输出信号的频率；

4）将得到的频率值与主控芯片中存储的频率值进行对比，得到结果。

作为对上述方法的限定：所述rf转换电路包括多谐振荡器，所述热敏电阻的第一端连接多谐振荡器的电源电压端，第二端通过第二电阻连接第一电容的正极，第一电容的负极接地，所述多谐振荡器的放电端连接热敏电阻与第二电阻的中间节点，地端接地，触发端与门限端通过连接第一电容的正极，复位端连接热敏电阻与电源电压端相连的一端，输出端通过第三电阻连接自身的电源电压端，同时还通过串接第四电阻作为rf转换电路的输出端连接主控芯片的频率信号输入端；

所述rf转换电路的输出信号频率为f=1.44/（r1+2*r2）/c1，其中r1为热敏电阻为电机当前温度下的电阻值，r2为第二电阻的电阻值，c1为第一电容的电容值。

作为对上述方法的进一步限定：所述主控芯片中至少存储有三个频率值，分别为：

电机温度检测回路开路条件下，rf转换电路输出的信号频率f1，所述f1=1.44/（r1′+2*r2）/c1，其中r1′为热敏电阻的最大电阻值；电机温度检测回路短路条件下，rf转换电路输出的频率信号f2，f2=1.44/（2*r2）/c1；电机处于过温保护点时，rf转换电路输出的信号频率f3，f3=1.44/（r1过温+2*r2）/c1，其中r1过温为电机处于一定温度时，热敏电阻r1的电阻值；所述步骤4）中得到结果包括：

当主控芯片得到的rf转换电路输出的频率f<f1，或f＞f2时，电机温度检测回路故障；当主控芯片得到的rf转换电路输出的频率＞f3时，电机温度过高。

作为对上述方法的另一种限定：所述多谐振荡器采用ne555芯片，所述主控芯片采用dps型号的tms320f28335芯片，所述第四电阻远离多谐振荡器输出端的一端连接tms320f28335芯片的gpio5引脚；

所述步骤3）包括依次进行的以下步骤：

①系统初始化，令系统的所有模块为最初的设置状态；

②检测信号上升沿是否到来，如果检测到信号上升沿到来，则进入步骤③，如果检测到信号上升沿未到来，则返回步骤①；

③装载主控芯片的计数器的数值，重置计数器，并请求中断；

④检测中断是否到来，如果中断到来则进入步骤⑤，如果中断未到，则返回步骤③；

⑤计算rf转换电路输出信号的频率值，即得到电机温度频率。

本发明还提供了一种具有温度检测电路的电机，所述电机的温度检测电路为上述所述的基于rc振荡器r/f转换的电机温度检测电路，且对电机进行温度检测的方法为上述所述的温度检测方法。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明的电路中设有基于rc振荡电路的rf转换电路，能够将作为温度传感器探头的热敏电阻的阻值转换成频率信号，该频率信号传动给主控芯片后，能够与主控芯片内存储的三个基准频率数值进行比较，进而可以判定电机温度检测回路的具体状态，并依据该状态作出相应的处理，保证电机温度检测回路的正常。

（2）本发明由于能够将热敏电阻的温度信号转换为频率信号,因此能够根据实际需求设置电机过温保护的温度值,即不仅能够检测出电机测温回路中的开路与短路故障,同时能够检测出电机低温区的故障,进而能够在电机全温度范围内高精度进行检测,提高检测电路的检测精度。

（3）本发明兼容ptc型热敏电阻和ntc型热敏电阻,在硬件电路上可以兼容两种热敏电阻,且不需要变更电机温度检测回路的结构,只需调整元件参数即可实现,因此结构简单,成本低,适应性更强。

综上所述，本发明结构简单，能够在电机全温度范围内进行高精度检测,及时发现电机的故障,以作相应的处理。本发明适应于所有应用ptc型热敏电阻或ntc型热敏电阻作为探头的电机温度检测回路。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例1的原理框图；

图2为本发明实施例1中热敏电阻与rf转换电路连接的电路原理图；

图3为本发明实施例2的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1基于rc振荡器的电机温度检测电路

参照图1，本实施例包括

（1）温度传感器，所述温度传感器设于电机温度检测回路中，用于对电机进行温度检测。所述温度传感器的探头采用热敏电阻，可以为现有技术中ptc型号的热敏电阻或ntc型的热敏电阻，还可以为其他型号的热敏电阻。而本实施例中采用的为ntc型的热敏电阻r1，所述热敏电阻r1的阻值随温度的变化而变化。

（2）rf转换电路，用于将热敏电阻r1的阻值信号转换成频率信号，本实施例中采用rc振荡电路作为rf转换电路，具体电路如图2所示，其中rc振荡电路包括ne555芯片构成的多谐振荡器，所述热敏电阻r1的第一端连接多谐振荡器的第八管脚8（即电源电压端vcc管脚），第二端通过第二电阻r2连接第一电容c1的正极，第一电容c1的负极接地，所述多谐振荡器的第七管脚7（即放电端disch管脚）连接热敏电阻r1与第二电阻r2的中间节点，第一管脚7（即地端gnd管脚）接地，第六管脚6（即触发端thres管脚）与第二管脚2（即门限端trig管脚）连接第一电容c1的正极，第四管脚4（即复位端reset管脚）连接热敏电阻r1的第一端，第三管脚3（即输出端out管脚）通过第三电阻r3连接自身的第八管脚8，同时还通过串接第四电阻r4作为rf转换电路的输出端连接主控芯片的频率信号输入端。

本实施例中应用的ne555芯片为无稳态触发器，没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态，而上述电路中第一电容c1的充放电状态直接控制ne555芯片第三管脚3输出的电平高低，具体控制为：当第一电容c1充电，且两端电压升到2/3vcc时，ne555芯片输出翻转为低电平，即是第一个暂稳态，当第一电容c1放电，电压下降到1vcc/3时，输出翻转为高电平，两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形脉冲信号；第二电阻r2为分压电阻，阻值为510ω；第三电阻r3为上拉电阻，阻值为1kω；第四电阻r4为串联限流电阻，阻值为100ω；第二电容c2去耦电容，电容值为1uf，通过该rf转换电路转换的频率值依据公式f=1.44/（r1+2*r2）/c1进行计算，上述公式中r1为热敏电阻当前温度下的电阻值，r2为第二电阻r2的电阻值，c1为第一电容的电容值。

（3）主控芯片，用于将rf转换电路输出的频率信号进行采集，并与自身存储的基准值进行比对，最终得到电机温度检测回路的状态。

本实施例中的主控芯片采用dps型号的tms320f28335芯片，所述第四电阻r4远离多谐振荡器输出端的一端连接tms320f28335芯片。本实施例中采用的主控芯片具有专门用于脉冲信号的频率测量模块，具有捕获模块ecap1，可对脉冲信号的上升或下降边沿进行捕获，主控芯片给其自身的每一个模块均分配有一个捕获脚，在捕获脚上输入带测试的脉冲信号。对于待测试脉冲信号，主控芯片每次捕获完上升沿后都对相应的32位定时器进行置位，第一次记录上升捕获的计数值，存入捕获寄存器内，第二次记录捕获的计数值，也存入捕获寄存器内。而脉冲信号的两次上升沿时间差就是信号的周期t，周期的倒数即是频率f=1/t。

本实施例的频率检测原理为：rf转换电路的信号输出端输出频率信号到主控芯片tms320f28335的gpio5引脚，即捕获模块ecap1，可对输入脉冲信号，设置gpio5为输入。通过设置寄存器ecctl1的prescale，进行分频设置，在本实施例中将寄存器wcctl1设置为直通工作方式，即不分频。使能cap1寄存器装载，可使得在捕获事件发生时，装载计数器ctr的计数值。选择cap1为上升沿触发，并在装载计数值之后重置计数器ctr的数值，即复位计数器ctr。

设置第二寄存器ecctl2，使得在捕获事件1发生后停止计数，等待捕获，设置为单次操作模式，并使能寄存器eceint，使能捕获事件1作为中断源，假设第二次上升沿计数值为n1，由于tms320f28335的指令周期是6.67ns，主频是150mhz，进而电机温度频率信号为f=150*10⁶/n1。

本实施例的主控芯片中存储有不同的基准值分别为下限值f1、上限值f2，以及电机过温时的频率值f3，其中下限值f1为电机测温回路开路，热敏电阻r1的阻值最大时，rf转换电路输出的脉冲信号的频率，具体为：f1=1.44/（r1最大+2*r2）/c1；而上限值f2则为电机测温回路短路，热敏电阻r1的阻值取0时，rf转换电路输出的脉冲信号的频率，具体为f2=1.44/（2*r2）/c1；而频率f3则是依据实际情况规定电机达到一定温度，根据温度传感器的数据手册，查到此时温度下热敏电阻的电阻值r1过温时，rf转换电路输出的脉冲信号的频率，具体为f1=1.44/（r1过温+2*r2）/c1。得到脉冲信号频率f之后，若超出相应限值，如f<f1，或f＞f2，则报电机温度回路故障，此时需要进行线性降输出功率或igbt模块关管等处理方式；如f＞f3，说明电机温度高于设定的过温温度，此时则需要进行降输出功率等处理。

实施例2基于rc振荡器的电机温度检测电路的检测方法

本实施例是基于实施例1提供的基于rc振荡器的电机温度检测电路实现，如图3所示，包括依次进行的以下步骤：

1）电机温度信号通过热敏电阻r1转换成电阻信号。本步骤中热敏电阻r1作为传感器的探头设于电机的测温回路中，会直接感知电机的温度，由于本实施例中的热敏电阻r1采用的是103nt-4-(11-c041-4)型号的ntc型的热敏电阻，其电阻值随电机温度的升高而减小，且根据数据手册能够查到电机不同温度时，对应热敏电阻r1的阻值。

2）rf转换电路将电阻信号转换成待测的频率信号。本步骤中，通过实施例1提供的基于ne555振荡器构成的rc振荡电路将热敏电阻r1的电阻信号转换成频率信号，得到的频率值f具体为：f=1.44/（r1+2*r2）/c1，上式中，r1为该电机在运转当前温度下热敏电阻的阻值，r2为第二电阻的阻值，c1为第一电容的电容值。

3）主控芯片捕获待测频率信号的上升沿，并确定周期，根据确定的周期计算得到频率，并计算得到此时rf转换电路输出信号的频率。

本步骤包括依次进行的以下步骤：

①系统初始化，令系统的所有模块为最初的设置状态；

②检测信号上升沿是否到来，如果检测到信号上升沿到来，则进入步骤③，如果检测到信号上升沿未到来，则返回步骤①；

③装载主控芯片的计数器的数值，重置计数器，并请求中断；

④检测中断是否到来，如果中断到来则进入步骤⑤，如果中断未到，则返回步骤③；

⑤计算rf转换电路输出信号的频率值，即得到电机温度频率f。

4）将得到的频率值与主控芯片中存储的频率值进行对比，得到结果。

本步骤中，得到的频率f分别与主控芯片中存储的至少三个频率值进行比对，即实施例1中所提到的f1、f2、f3，由于本实施例中采用的热敏电阻r1为103nt-4-(11-c041-4)型号的ntc型的热敏电阻，根据数据手册查询可知，在-50℃条件下，热敏电阻r1的最大值为488kω，如设置电机温度检测回路开路条件下，假设热敏电阻r1的最大电阻值为500kω，按公式f1=1.44/（500k+2*r2）/c1，可求出f1值；电机温度检测回路的采样信号线之间，如发生短路情况，则热敏电阻r1的电阻值为0ω，按公式f2=1.44/(2*r2)/c1，可求出f2值。如果f<f1，或f＞f2，则报电机温度测温回路故障，此时电机控制器通过线性降输出功率或igbt模块关管等处理方式进行处理，防止出现重大事故。

本实施例中设置电机的过温温度为150℃，此时按照公式f3=1.44/（330+2*r2）/c1，得到f3的数值，即f3为电机在150℃时，rf转换电路输出信号的频率值，当电机实际运行中主控芯片得到的频率f＞f3时，说明电机温度高于150℃，电机控制器会进行降输出功率等处理。

当使用pt型热敏电阻作为电机温度传感器的探头时，同样通过查询其数据手册中记载的温度与电阻值关系，根据公式可于主控中心中设置f1、f2、f3的数值。