最大化电阻感测的分辨率的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请一般地涉及在建筑自动化或工业控制应用中感测大范围的基于电阻的传 感器值。
【背景技术】
[0002] 许多建筑自动化或工业过程需要针对受控过程内的多种过程变量值感测信号。通 常被感测的信号由感测设备转换成电压、电流、电阻或其他接口信号值并且信号值通常与 被感测的值(线性地、非线性地或另外地)成比例。
[0003] 尽管存在用于电压(诸如0-1￥、0-2￥、0-5￥、0-10￥、2-10￥)和用于电流(0-111^、0-2滅、〇-1〇11^、〇-2〇11^、4-20滅)的许多标准值，但电阻值在一系列值上变化。诸如热敏电阻器 的温度传感器例如可以是100 Ohm、1000 0hm、2000 Ohm、10000 Ohm以及甚至100000 Ohm。 通常在参考温度处的参考电阻处指定温度传感器，并且温度传感器然后以与电阻相关联的 等式形式提供改变温度的影响。100000 ohm热敏电阻器取决于传感器温度从33000到超过 2200000 ohm变动。附加地，许多位置传感器基本上是电位计（"pot"或可变电阻），其中被感 测的运动改变电位计电阻。这些传感器通常是0-100 011111、0-1000 011111、0-2000 011111、0-10000 0hm、0-100000 Ohm或0-1000000 Ohm，但实质上可以是任何其他开始/结束值。某些 传感器是非线性的，意味着在传感器的低和高端处的被感测的值的固定改变不导致电阻值 的相等改变。设计解决方案可以针对每个类型的传感器范围使用不同的输入电路，但可以 扩展电路以允许多个输入类型。硬件、软件和或人工控制的开关可以被用来选择/取消选择 各种部件或参考值。
[0004] 当电路设计使用允许更大范围的这些电阻类型的技术时，结果通常是在针对任 何/大部分/所有单独的范围的被感测的值的分辨率中的损失。即，用于感测0-1000和〇-2000 ohm值的单个电路可以使用相对于(verse)用于0-2000 ohm传感器的全范围的模数转 换器的全标度范围的仅一半。
[0005] 鉴于前述内容，存在针对用于在宽的电阻范围上确定电阻值而没有感测值分辨率 的损失的系统、设备和方法的持续的需要。
【发明内容】
[0006] 鉴于上文，提供了一种用于最大化电阻感测传感器的分辨率的系统。在可变电阻 器中改变电阻值并且将穿过该电阻的电流转换成电压。电压经由模数(A/D)转换器转换成 数字值，所述数字值被控制器处理。控制器还向数模(D/A)转换器提供反馈，所述数模(D/A) 转换器能够调整可变电流源以便提供最佳准确性和增加的分辨率，其中可以从存储在存储 器中的数据结构访问反馈。
[0007] 在对以下图和详细描述检验时，本发明的其他设备、装置、系统、方法、特征和优势 对本领域技术人员而言将是清楚的或将变得清楚。意图使所有这样的附加系统、方法、特征 和优势被包括在该描述内、在本发明的范围内并且得到所附权利要求书保护。
【附图说明】
[0008] 图中的部件不一定按比例，代之以施加强调于图示本发明的原理。在图中，相同的 参考数字指定贯穿不同的视图的相应的部分。
[0009] 图1图示了根据示例实现的用于最大化基于电阻的传感器值的范围的处理器控制 的(processor-controlled)可变电流方法的框图； 图2图示了图1的A/D转换器的标度范围和相对电阻值的图； 图3图示了图1的A/D转换器的范围； 图4a图示了根据示例实现的具有滑环(traveler)的图1的可变电阻器的框图； 图4b图示了可变电阻设备的示例； 图5图不了图1的不例可变电流源的电路图； 图6图示了根据本发明的示例实现的用于最大化电阻感测的分辨率的方法的流程图； 图7和8是根据示例实现的烟罩(fume hood)的示例的透视图示，其中可以通过如在图1 中的感测电阻来实现用于确定窗扇开口面积(area)的示例实现； 图9图示了根据示例实现的具有电阻带和附接于图7的窗扇面板的滑环的烟罩的透视 剖面图； 图10图示了对图7的烟罩的控制的框图；以及 图11图示了用于最大化窗扇开口的分辨率的方法的流程图。
【具体实施方式】 [0010] I.电阻感测 在图1中，图示了用于最大化基于电阻的传感器值的范围的处理器控制的可变电流方 法的框图100。诸如电位计1〇2(通常被称作"pot"）的可变电阻设备被耦合到可变电流源104 和模数(A/D)转换器106的输入。控制器108被耦合到A/D转换器106的输出和数模(D/A)转换 器110的输入。D/A转换器110的输出被耦合到可变电流源104的输入。可变电流源104确实如 它的名字暗示的那样将电流值提供到电位计或可变电阻器102中。流动通过电位计102电阻 的电流使得电压跨电位计电阻102发展。根据欧姆定律，电压将等于电位计102的电阻乘流 动通过电位计10 2的电流。
[0011] D/A转换器110被示出向可变电流源104供应设定点值，使得输出电流与设定点值 成比例地改变。D/A转换器110可以具有任何位分辨率6、8、10、12、14、16或其他值，其分别产 生64、256、1024、4096、16384或65356个电流电平。当在当前的示例中使用10位0/^转换器 110时，1024个不同的电流值可以由可变电流源104采用，导致从可变电流源104可获得1024 个不同的电流，并且还导致跨电位计102的1024个不同的电压。D/A转换器110值可以由在控 制器108中执行的算法设置。
[0012] 例如，算法在被执行时导致1〇位D/A转换器110被配置成在0计数值处驱动1微安培 (uA)电流并且针对每个附加步骤驱动1附加微安培电流，然后电流值1、2、3、4、5……1021、 1022U023微安培是可能的，并且每个电流发展跨电位计102的不同电压。算法可以在控制 器108中被实现为查找表、数学映射函数、导致用于控制器108的类似的输入和输出值的其 他数据结构。
[0013]在图1中还有读取跨电位计104发展的电压的A/D转换器106。得到的电压值被供应 到控制器108。控制器108包含算法和/或数据结构来确定传入的电压值是否在A/D转换器 106的期望范围内并且如果被感测的电压过低则使来自D/A转换器110的电流设定点增加或 者如果电压过高则使D/A转换器110电流值减小。所期望的是不超过A/D转换器106的最大电 压输入。
[0014]当电压在期望的范围内时，控制器1〇8可以根据支配(command)到A/D转换器110的 值来确定通过电位计102的电流并且根据在A/D转换器106的期望范围中的电压读数来确定 跨电位计102的电压。使用欧姆定律，控制器108可以确定电位计102的电阻值。
[0015]转向图2,图示了A/D转换器的标度范围202和图1的A/D转换器106及可变电阻器 102的相对电阻值204的图200。存在许多方式来实现上面的方法，但解决方案落入由如下组 成的类别中：1)最大电阻是已知的吗(是/否）以及2)读数是"最准确"或"最线性"的吗。如果 最大电阻是已知的(通过人工设置它或通过电位计的激活），则方法可以计算D/A转换器110 需要什么电流值，该值可以被发送到D/A转换器110并且可以做出A/D转换器106读数并且计 算电阻。这导致"最线性的"结果206。可选地，当电阻从最大值减少时，D/A转换器110可以被 支配到较高的电流设置，导致更佳的A/D转换器106读数。该选项导致电阻的较高分辨率 208，但针对在A/D转换器106计数（电压值)的数量中的相同改变不具有测量值的改变的恒 定速率。A/D转换器106的操作范围可以将线性缩放(scaling)限制到不可用的范围210和可 用范围212。
[0016] 如果最大电阻值不是已知的，则D/A转换器110可以由控制器108的输出支配到它 的最小值并且A/D转换器电压值读数可以被做出。目前的电阻值可以根据D/A转换器110电 流值和A/D转换器106电压值来计算。在控制器108内的查找表可以被用来转换A/D转换器 106电压值(或在其他实现中的电阻)并且确定针对该电阻的最佳的D/A转换器110电流值设 置。该电流值被支配到D/A转换器110并且然后可以以最佳分辨率做出第二读数。通过保持 对发现的最大值的跟踪，控制器108可以学习最大值并且切换到"最大值已知"方法。
[0017] 在图3中，描绘了图1的A/D转换器106的范围的图示300。许多设计考虑可以影响期 望的电压范围在全部A/D转换器106内位于何处。例如，将期望的电压带放置在全部A/D转换 器106范围的顶部302附近最大化了通过感测电路的电流，从而最小化电噪声。如果可变电 阻器102改变值（由于被感测的值/位置改变），则将感测范围放置在全部范围的中间304中 给出较宽的"恢复"范围。而将感测范围放置在底部306处提供用于A/D转换器106的最小范 围。
[0018] II.电位计感测 转向图4a，图示了根据示例实现的具有滑环的可变电阻器(电阻带402)的框图。这里电