专利名称：测量传感器阻值的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用单片机对传感器的阻值进行测量的装置。
已有的利用单片机对可将物理量转换成电阻值的传感器阻值进行测量的装置，主要有两种形式。一种是在单片机中包括A/D转换器，直接对传感器的阻值进行测量；另一种是，单片机中无A/D转换器，但外接电压比较器，由单片机通过电压比较器对传感器的阻值进行测量；这两种测量装置的成本均较高、结构也较为复杂。
本实用新型的目的是，提供一种结构较简单、成本较低的利用单片机对传感器阻值进行测量的装置。
实现本实用新型目的的技术方案是，本装置具有单片机，单片机中包括中央处理器、存贮器、定时器以及输入输出端口；其结构特点是本装置还具有充放电路；充放电路设有充放电主电路，充放电主电路由电容C和可将物理量转换成电阻值的传感器RL组成；传感器RL电阻的一端与电容C的一端相连，传感器RL电阻的另一端与单片机输入输出端口的一个端口相连；传感器RL和电容C的公共接点与单片机输入输出端口的另一个端口相连；电容C的另一端接地。
上述可将物理量转换成电阻值的传感器RL为热敏电阻、湿敏电阻或可将压力值转换为电阻值的压力传感器。
为进一步提高本装置测量传感器阻值的精度，充放电路还设有电阻性的辅助电路，该辅助电路设有三个连接端，其一个连接端与传感器RL和电容C的公共接点相连，另外两个连接端与单片机输入输出端口的相应的二个端口相连。
上述辅助电路由电阻R1和电阻R2组成；电阻R1的一端和电阻R2的一端相连，该相连的一端即为辅助电路的与传感器RL和电容C的公共接点相连的连接端；电阻R1的另一端为辅助电路的与单片机输入输出端口相连的一个连接端；电阻R2的另一端为辅助电路的与单片机输入输出端口相连的另一个连接端。
上述辅助电路由电阻R1和电阻R2组成；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2的另一端即为辅助电路的与传感器RL和电容C的公共接点相连的连接端；电阻R1的另一端为辅助电路的与单片机输入输出端口相连的一个连接端；电阻R1和电阻R2的公共接点为辅助电路的与单片机输入输出端口相连的另一个连接端。
本实用新型具有积极的效果(1)在本装置的单片机中设置有关程序后，即可用于对传感器阻值的测量，使用时，根据充放电路中的电容的电压达到单片机I/O口的阈值电压的时间、通过查表法或计算法得到对应的电阻值，进而可得到有关的温度值、湿度值或压力数值。(2)本装置电路结构简单、使用时工作可靠，因单片机内无A/D转换器、且单片机又不外接电压比较器故成本较低。(3)当本装置的充放电路设置辅助电路时，则不但可大大减少RC电路中由于电容偏差引入的误差、电源电压偏差引入的误差以及由于电阻偏差引入的误差，还可提高A/D转换的分辨率，从而使A/D转换精度较高。
本实用新型的图面说明如下
图1为本实用新型的一种电原理图。
图2为图1的单片机中所采用的测量电阻值的一种程序的框图。
图3为本实用新型的另一种电原理图。
图4为本实用新型的另一种电原理图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
实施例1、见图1，单片机1由台湾华邦电子有限公司生产，其型号为W741C260，单片机1中包括中央处理器、存贮器、定时器以及输入输出端口。传感器RL为热敏电阻，由日本三菱公司生产，其型号为PART-NO-150-103-83015。该热敏电阻的阻值与温度的对应关系由表1给出，由表1可知温度越高则电阻值越低。电容C为电解电容，也可以是普通电容，本实施例中其电容值为1μf。热敏电阻RL和电解电容C串联构成充放电主电路，该充放电主电路也就是充放电路2；热敏电阻RL的另一端与单片机1输入输出端口的一个端口PA0相连热敏电阻RL和电容C的公共接点与单片机1输入输出端口的另一个端口PA3相连电容C的另一端接地。单片机1输入输出端口的PB端口由多个端口组成，单片机1可由PB端口输出温度值至显示器4。表1温度℃ 电阻值KΩ 温度℃ 电阻值KΩ 温度℃ 电阻值KΩ0 32.835220 12.5030 40 5.31401 31.195021 11.9503 41 5.10442 29.646522 11.4251 42 4.90413 28.184323 10.9259 43 4.71274 26.802024 10.4513 44 4.52975 25.497325 10.0000 45 4.35496 24.263126 9.5706 46 4.18777 23.095927 9.1621 47 4.02778 21.991628 8.7732 48 3.87479 20.946729 8.4030 49 3.72831019.957530 8.0504 50 3.58821119.020731 7.7145 51 3.45361218.133332 7.3945 52 3.32481317.292533 7.0894 53 3.20151416.495534 6.7986 54 3.08341515.739835 6.5213 55 2.97041615.023036 6.2568 56 2.86201714.342937 6.0044 57 2.75831813.697538 5.7636 58 2.65881912.084839 5.5336 59 2.5634见图2，在上述装置中的单片机1中设置有关程序后，即可用于对温度的测量。可通过键盘3对测定周期进行设定，例如、可设定为3秒，即在单片机1中的一个定时器(可称为第一定时器)的计时下每3秒进行一次温度测量。开始测量时，先将PA0端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平，以便清除电容C上的残留电压；然后将PA0端口置为高电平(输出一个约为5V的高电平)，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的另一定时器(可称为第二定时器)进行计时；程序控制中央处理器CPU不断测量PA3端口的电压数值是否达到PA3端口所固有的阈值电压(例如3.5V)。因为由PA0端口输出的5V高电平通过热敏电阻RL对电容C不断进行充电，随着时间的增加，PA3端口的电压逐步提高，当达到或超过PA3端口的阈值电压时，程序控制中央处理器读出第二定时器的数值，然后通过RL＝T/kC的公式(其中RL为热敏电阻的阻值，T为第二定时器读出的时间数值，C为电容值预先编入程序，k为常数、由在电路中接入标准电阻后实验求出亦预先编入程序)、根据时间T的不同而由中央处理器求出对应的电阻RL的值；单片机对所得的所得电阻数值通过查表方法来查表1，从而得到温度数值，然后由单片机1的PB端口输至显示器4显示温度数值。所得电阻数值的信号也可输至其它的控制器进行控制，亦可根据单片机内设置的其它程序直接用于有关的控制操作。例如，可用于空调器的控制电路，当空调在夏天开机时确定工作模式为制冷；通过键盘3或遥控器的按钮确定制冷后停机的下限温度；当单片机1得出的温度数值小于或等于该下限温度时，既控制压缩机以及风机等停止工作。当环境温度高于由程序设定的开机温度(例如，设定为比下限温度高5℃)时，则控制压缩机以及风机等进入工作状态。
实施例2、参见图1及图2，其余与实施例1相同，不同之处在于，可将物理量转换成电阻值的传感器RL为湿敏电阻。
实施例3、参见图1及图2，其余与实施例1相同，不同之处在于，传感器RL为可将压力值转换为电阻值的压力传感器。
实施例4、见图3，本实施例的电路结构与实施例1基本相同，不同之处在于，充放电路2还设有电阻性的辅助电路，该辅助电路由电阻R1和电阻R2组成；电阻R1的一端和电阻R2的一端相连，该相连的一端与传感器RL和电容C的公共接点相连；电阻R1的另一端与单片机1输入输出端PA1端口相连；电阻R2的另一端与单片机1输入输出端PA2端口相连。R1和R2是具有确定阻值的电阻，R1和R2均为精密电阻，R1的阻值对应于实施例1的表1中的一个相应的温度值，R2的阻值对应于表1中的另一个温度值。
在上述装置的单片机1中设置有关程序后，即可用于对温度的测量。其中，将电阻R1和R2的值编入程序。可设定3秒为一个测定周期，由单片机1中的第一定时器对该周期进行计时控制。第一步，CPU设置PA0端口和PA3端口处于工作状态并调用基本测量程序。然后运行基本测量程序先将PA0端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平，以便清除电容C上的残留电压；然后将PA0端口置为高电平(输出一个约为5V的高电平)，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的第二定时器进行计时；在PA0端口输出的高电平通过热敏电阻RL对电容C充电，程序控制中央处理器不断测量PA3端口的电压数值是否达到PA3端口所固有的阈值电压(3.5V)。当达到或超过PA3端口的阈值电压时，则读出第二定时器的数值TL存入寄存器中以备运算，并将PA0端口和PA3端口置为高阻态。第二步，CPU设置PA1端口和PA3端口处于工作状态并调用基本测量程序。然后运行基本测量程序先将PA1端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平；然后将PA1端口置为高电平，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的第二定时器进行计时；PA1端口输出的约为5伏的高电平，通过电阻R1对电容C充电，直到PA3端口的电压数值达到3.5伏，CPU将第二定时器所记录的时间数据T1存入寄存器中待用，并将PA1端口和PA3端口置为高阻态。第三步，CPU设置PA2端口和PA3端口处于工作状态并调用基本测量程序。然后运行基本测量程序先将PA2端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平；然后将PA2端口置为高电平，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的第二定时器进行计时；PA2端口输出的5伏的高电平，通过电阻R2对电容C充电，直到PA3端口的电压数值达到3.5伏，CPU将第二定时器所记录的时间数据T2存入寄存器中待用，并将PA2端口和PA3端口置为高阻态。第四步，直接由所测得的TL、T1、T2值以及程序中的R1、R2值求出对应的电阻RL的值(根据RL＝TL/KC＝TL(R1-R2)/(T1-T2)的算式可知，可撇开K值或C值而得到RL值)；单片机1对所得的电阻数值通过查表方法来查表1，从而得到温度数值，然后由单片机1的PB端口输至显示器4显示温度数值。其余与实施例1相同。
本实施例的结构与实施例1相比具有明显的优点。我们知道，电子元件在使用中其参数会因老化等原因而改变。若假定热敏电阻的参数是稳定的，而电容C的参数发生偏差时，实施例1中经程序运算所得的温度数值就会发生相应程度的误差。而本实施例中电容的数值在运算中被消去了，故避免了RC电路中由于电容偏差引入的温度的误差。当然，电阻R1和R2也会老化，但是它们的老化程度应该与热敏电阻的老化程度相近似。这样，就使最终所得的温度数值误差较小。
实施例5、见图4，本实施例的电路结构与实施例4基本相同，不同之处在于，充放电路2的电阻性的辅助电路由电阻R1和电阻R2串联构成；电阻R2的另一端与传感器RL和电容C的公共接点相连；电阻R1的另一端与单片机1输入输出端PA1端口相连；电阻R1和电阻R2的公共接点与单片机1输入输出端PA2端口相连。R1和R2是具有确定阻值的电阻，其中R1为精密电阻，R1的阻值对应于实施例1的表1中的一个相应的温度值，R2的阻值对应于表1中的另一个温度值。
在上述装置的单片机1中设置有关程序后，即可用于对温度的测量。其中，将电阻R1的值编入程序。可设定3秒为一个测定周期，由单片机1中的第一定时器对该周期进行计时控制。第一步，CPU设置PA0端口和PA3端口处于工作状态并调用基本测量程序。然后运行基本测量程序先将PA0端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平，以便清除电容C上的残留电压；然后将PA0端口置为高电平(输出一个约为5V的高电平)，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的第二定时器进行计时；在PA0端口输出的高电平通过热敏电阻RL对电容C充电，程序控制中央处理器不断测量PA3端口的电压数值是否达到PA3端口所固有的阈值电压(3.5V)。当达到或超过PA3端口的阈值电压时，则读出第二定时器的数值TL存入寄存器中以备运算，并将PA0端口和PA3端口置为高阻态。第二步，CPU设置PA1端口和PA3端口处于工作状态并调用基本测量程序。然后运行基本测量程序先将PA1端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平；然后将PA1端口置为高电平，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的第二定时器进行计时；PA1端口输出的约为5伏的高电平，通过电阻R1和R2对电容C充电，直到PA3端口的电压数值达到3.5伏，CPU将第二定时器所记录的时间数据T串存入寄存器中待用，并将PA1端口和PA3端口置为高阻态。第三步，CPU设置PA2端口和PA3端口处于工作状态并调用基本测量程序。然后运行基本测量程序先将PA2端口置为高阻态，并将PA3端口置为低电平；然后将PA2端口置为高电平，并将PA3端口置为输入端口，同时打开单片机1中的第二定时器进行计时；PA2端口输出的5伏的高电平，通过电阻R2对电容C充电，直到PA3端口的电压数值达到3.5伏，CPU将第二定时器所记录的时间数据T2存入寄存器中待用，并将PA2端口和PA3端口置为高阻态。第四步，直接由所测得的TL、T串、T2值以及程序中的R1值求出对应的电阻RL的值(根据T串＝KC(R2+R1)，T2＝KCR2，TL＝KCRL，T串-T2＝KCR1，则RL＝TLR1/(T串-T2)的算式可知，可撇开K值、C值或R2值而得到RL值)；单片机1对所得的电阻数值通过查表方法来查表1，从而得到温度数值，然后由单片机1的PB端口输至显示器4显示温度数值。其余与实施例4相同。
使用电阻性辅助电路可使测量温度的误差较小的理由已由实施例4给出。本实施例与实施例4相比还具有进一步的优点。那就是只需一个精密电阻，不仅进一步降低了成本，而且使A/D转换精度更高。
权利要求1.一种测量传感器阻值的装置，具有单片机(1)，单片机(1)中包括中央处理器、存贮器、定时器以及输入输出端口；其特征在于本装置还具有充放电路(2)；充放电路(2)设有充放电主电路，充放电主电路由电容C和可将物理量转换成电阻值的传感器RL组成；传感器RL电阻的一端与电容C的一端相连，传感器RL电阻的另一端与单片机(1)输入输出端口的一个端口相连；传感器RL和电容C的公共接点与单片机(1)输入输出端口的另一个端口相连；电容C的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的测量传感器阻值的装置，其特征在于，可将物理量转换成电阻值的传感器RL为热敏电阻、湿敏电阻或可将压力值转换为电阻值的压力传感器。
3.根据权利要求1或2所述的测量传感器阻值的装置，其特征在于，充放电路(2)还设有电阻性的辅助电路，该辅助电路设有三个连接端，其一个连接端与传感器RL和电容C的公共接点相连，另外两个连接端与单片机(1)输入输出端口的相应的二个端口相连。
4.根据权利要求3所述的测量传感器阻值的装置，其特征在于，辅助电路由电阻R1和电阻R2组成；电阻R1的一端和电阻R2的一端相连，该相连的一端即为辅助电路的与传感器RL和电容C的公共接点相连的连接端；电阻R1的另一端为辅助电路的与单片机(1)输入输出端口相连的一个连接端；电阻R2的另一端为辅助电路的与单片机(1)输入输出端口相连的另一个连接端。
5.根据权利要求3所述的测量传感器阻值的装置，其特征在于，辅助电路由电阻R1和电阻R2组成；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2的另一端即为辅助电路的与传感器RL和电容C的公共接点相连的连接端；电阻R1的另一端为辅助电路的与单片机(1)输入输出端口相连的一个连接端；电阻R1和电阻R2的公共接点为辅助电路的与单片机(1)输入输出端口相连的另一个连接端。
专利摘要本实用新型涉及一种测量传感器阻值的装置。本装置具有单片机及充放电主电路,充放电主电路由电容和可将物理量转换成电阻值的传感器组成;传感器电阻的一端与电容的一端相连,传感器电阻的另一端与单片机输入输出端口的一个端口相连;传感器和电容的公共接点与单片机输入输出端口的另一个端口相连;电容的另一端接地。本装置结构较简单,因单片机内无A/D转换器、且单片机又不外接电压比较器,故成本较低。
文档编号G01R27/02GK2380925SQ9922875
公开日2000年5月31日 申请日期1999年6月26日 优先权日1999年6月26日
发明者谈金华, 马仁源 申请人:江苏新科电子集团空调器制造有限公司