一种多路测温控制电路及多路测温装置的制作方法

文档序号:20263177发布日期:2020-04-03 18:03阅读:216来源:国知局
一种多路测温控制电路及多路测温装置的制作方法

本发明涉及测温电路技术领域,具体涉及一种多路测温控制电路及多路测温装置。



背景技术:

现有的测温电路或测温识别往往同一时间内只能与单一测温设备进测温行数据转换,不能实现同时与多路测温数据交换,导致没有通讯的设备在应答环节出现数据丢失。而若需要同时获得多路测温数据,往往需要较多的i/o口来分别对应获得测温数据,成本更高,设备安装及使用前调试不方便。因此,需要一种电路简单、成本低廉的测温电路实现多路测温和数据交换。



技术实现要素:

针对现有技术的不足,本发明的目的之一提供一种多路测温控制电路,其能够解决不方便同时读取多路测温数据的问题;

本发明的目的之二提供一种多路测温装置,其能够解决不方便同时读取多路测温数据的问题。

实现本发明的目的之一的技术方案为:一种多路测温控制电路,包括mcu、至少两个多路模拟开关、至少两个数模转换器和至少两个测温头,每一个数模转换器与对应的一个测温头连接,至少两个多路模拟开关包括第一多路模拟开关和第二多路模拟开关,与第一测温头连接的为第一数模转换器,与第二测温头连接的为第二数模转换器,多路模拟开关的通道数≥测温头的数量,

第一数模转换器的正端输入脚、负端输入脚分别与第一测温头的数据接口连接,用于将读取第一测温头的模拟测温数据转换成数字信号,第二数模转换器的正端输入脚、负端输入脚分别与第二测温头的数据接口连接,用于将读取第二测温头的模拟测温数据转换成数字信号,

第一数模转换器和第二数模转换器的串行数据输出脚分别与第一多路模拟开关的两个数据开关脚连接,第一数模转换器和第二数模转换器的串行时钟输入脚分别与第二路模拟开关的两个数据开关脚连接,

第一多路模拟开关与mcu的数据发射端连接,第二多路模拟开关与mcu的数据接收端连接,第一多路模拟开关的使能端与mcu的第一高低电平输出端连接,第二多路模拟开关的使能端与mcu的第二高低电平输出端连接。

进一步地,所述数模转换器的电源端分别与外部电源连接,以及通过滤波电容接地,接地端直接接地,无功能引脚接空。

进一步地,所述数模转换器的正端输入脚、负端输入脚还分别通过一个旁路电容接地,正端输入脚与测温头的连接线和负端输入脚与测温头的连接线之间通过耦合电容连接。

进一步地,所述多路模拟开关为8路模拟开关。

进一步地,还包括上位机和电源,电源用于向mcu和/或多路模拟开关和/或数模转换器供电,上位机用于接收mcu上传的测温数据及向mcu发送控制指令。

进一步地,所述第一多路模拟开关的一个数据开关脚分别与第一数模转换器的串行数据输出脚、mcu的一个引脚连接,第二多路模拟开关的一个数据开关脚分别与第二数模转换器的串行数据输出脚、mcu的另一个引脚连接。

进一步地,所述第一多路模拟开关的逻辑控制脚与mcu的对应引脚连接,第二多路模拟开关的逻辑控制脚与mcu的对应引脚连接。

进一步地,与所述逻辑控制脚连接的对应mcu的引脚还通过各自对应的电阻与外部电源连接。

实现本发明的目的之二的技术方案为:一种多路测温装置,包括多触点测温机构和如权利要求1-8任一项所述的多路测温控制电路,多路测温控制电路的测温头位于所述多触点测温机构内,多触点测温机构包括柱体和挤压装置,柱体一侧设置有用于测温头进出的若干通孔,柱体设有容纳腔,挤压装置和测温头位于容纳腔内,挤压装置用于将位于柱体容纳腔内的测温头推出至通孔外和将测温头从通孔外缩回至柱体的容纳腔内,以使得测温头与外部的被测物的内壁接触并对被测物进行测温。

进一步地,所述挤压装置包括弹簧、推杆以及沿推杆径向方向设置的若干凹槽,弹簧位于凹槽内,弹簧的一端与推杆连接,另一端与测温探头连接,凹槽的长度小于正常状态的弹簧长度,推杆的下端通过第一弹簧与柱体的内壁连接。

本发明的有益效果为:本发明能够在非常短的时间内读取多路(例如8路)的测温数据,并且只需要少量i0口(包括rx和tx端口)。当需要读取更多的测温数据,只需要进行简单的扩容(增加模拟开关的路数、数模转换器),电路简单实用,方便扩展应用。

附图说明

图1为本发明的原理框架图;

图2为测温头与数模转换器的连接示意图;

图3(包括(a)-(d))为mcu通过4个8路模拟开关与16个测温头的连接电路图;

图4为安装方式之一的测温探头未推出的结构示意图;

图5为安装方式之二的测温探头已推出的结构示意图;

图6为安装方式之二的测温探头未推出的结构示意图;

图7为安装方式之二的测温探头已推出的结构示意图;

图8为图6中b-b1线剖视结构示意图;

图9为图7中a-a1线剖视结构示意图

其中,1-通孔、2-柱体、3-推杆、4-凹槽、5-第一弹簧、6-测温探头、7-第二弹簧、11-转杆、12-转动棒、13-第三弹簧。

具体实施方式

下面,结合附图以及具体实施方案,对本发明做进一步描述。

如图1至图3所示,一种多路测温控制电路,包括上位机、电源、mcu、至少两个多路模拟开关、至少两个数模转换器和至少两个测温头,数模转换器和测温头的数量相同,每一个数模转换器与对应的一个测温头连接。电源与mcu连接并向mcu供电以维持mcu工作,上位机向mcu下发指令以及接收mcu上传的测温数据。至少一个多路模拟开关与mcu的tx端口(也即数据发射端)连接,以使得mcu通过tx端口向第一多路模拟开关发送信号,至少一个多路模拟开关与mcu的rx端口(也即数据接收端)连接,以使得mcu通过rx端口接收来自第二多路模拟开关的上传信号,多路模拟开关与数模转换器连接。其中,mcu可以采用型号为stm32f072cbt6或lqfp48或其他具有类似功能的芯片,数模转换器采用型号为max31855的芯片,测温头为热电偶或其他测温装置。优选地,多路模拟开关采用8路模拟开关,8路模拟开关在控制指令下能够依次使得,8路模拟开关的一个通道(即1路)维持电路通路,从而使得可以分别读取不同路对应的测温头的测温数据并上传至mcu。

第一多路模拟开关和第二多路模拟开关分别与对应的多个数模转换器连接,连接的数模转换器的最大数量为多路模拟开关的通道路数,例如第一多路模拟开关为8路模拟开关,则第一多路模拟开关最多连接8个数模转换器,每一个数模转换器连接对应一个测温头。同样的,若第二多路模拟开关为8路模拟开关,则第二多路模拟开关最多连接8个数模转换器,每一个数模转换器连接对应一个测温头。其中,第一多路模拟开关至少连接一个数模转换器,记为第一数模转换器,第一数模转换器连接的测温头记为第一测温头。第二多路模拟开关至少连接一个数模转换器,记为第二数模转换器,第二数模转换器连接的测温头记为第二测温头。

其中,数模转换器与测温头的连接电路如图2所示,k1为测温头,测温头可以为热电偶或其他测温元件,用于测温,测温头的数据接口分别与数模转换器u1的正端输入脚(即t+脚)和负端输入脚(即t-脚)连接,当被测物体的温度发生变化时,测温头两端会产生电压差,电压差经过t+脚和t-脚输入u1,u1将微弱变化的ad值(模拟值)计算转换成数字信号。其中,正端输入脚与k1的连接线和负端输入脚与k1的连接线之间通过电容c2连接,电容c2为耦合电容,正端输入脚还通过电容c4进行接地,负端输入脚还通过电容c3进行接地,电容c3和c4为旁路电容,通过电容c2、c3和c4,能够向数模转换器u1提供更稳定的信号,以提高对测温头k1更精准的测温数据。数模转换器u1的电源端(即vcc脚)分别与3.3v电源连接,以及通过电容c1接地,电容c1作为滤波电容,从而使得能够向u1提供稳定的3.3v电压,u1的接地端(即gnd脚)直接接地,u1的无功能脚(即dnc脚)接空,也即不进行任何连接,u1的串行数据输出脚(也即so脚)与第一多路模拟开关的一路连接,u1的低电平有效片选脚(即脚)与mcu连接,u1的串行时钟输入脚(即sck脚)与第二多路模拟开关的一路连接,mcu通过控制u1的低电平有效片选脚,从而使得数模转换器在mcu的控制下进行工作,当脚处于低电平时,第一多路模拟开关通过so脚并在第二多路模拟开关发送的时钟控制信号下读取k1的测温数据,并将读取成功的测温数据上传给mcu,其中,第二多路模拟开关通过sck脚每向u1发送一个时钟信号,则第一多路模拟开关读取一次k1的测温数据。

如图3(包括图3(a)-图3(d))所示,以采用四个8路(即8通道)模拟开关连接16个测温头的电路描述本发明实现采集多个(16个)测温头测温数据的原理,实际情况可以根据测温头数量确定对应的通道数(路)模拟开关,例如,若只有8个测温头,则可以采用4路模拟开关。每一个测温头(k1-k16)与对应的一个数模转换器(u1-u16)连接,其连接关系均与图2的测温头与数模转换器连接一样,这里不具体赘述。需要说明的是,由于选择的是8路模拟开关,需要将16个数模转换器分成两组,任意8个数模转换器(u1-u8)组成第一组数模转换器,剩下的8个数模转换器(u9-u16)组成第二组数模转换器,第一组数模转换器的共8个串行数据输出脚(也即so脚,每一个数模转换器对应一个so脚)分别与第一多路模拟开关m1的8个数据开关脚(x1-x8)连接;第一组数模转换器的共8个串行时钟输入脚(即sck脚,每一个数模转换器对应一个sck脚)分别与第二多路模拟开关m3的8个数据开关脚(x1-x8)连接;第一组数模转换器的8个低电平有效片选脚(即脚,每一个数模转换器对应一个脚)共同与mcu的pa8引脚连接,pa8引脚还通过电阻r3与3.3v电源连接;第一多路模拟开关m1和第二多路模拟开关m3的使能脚(即脚)共同与mcu的pb15引脚连接;第一多路模拟开关m1和第二多路模拟开关m3的nc引脚均接空;第一多路模拟开关m1和第二多路模拟开关m3的接地引脚(即gnd脚)分别进行接地;第一多路模拟开关m1的3个逻辑控制脚(即abc脚)分别与mcu的3个引脚(pb14-pb12)进行连接,3个引脚(pb14-pb12)还分别通过3个电阻(r5-r7)与3.3v电源连接;第二多路模拟开关m3的3个逻辑控制脚(即abc脚)也分别与mcu的3个引脚(pb14-pb12)进行连接。其中,第一多路模拟开关m1和第二多路模拟开关m3的3个引脚(abc脚)为多路模拟开关中逻辑控制器的三个引脚,用于分别控制8个数据开关脚(x1-x8)的开闭,例如,当abc=000时,x1脚对应的开关闭合而形成通路,其余7个引脚(x2-x7)均断开,此时,只有与x1脚连接的外部电路才能连通;当abc=001时,只有x2脚对应的开关闭合而形成通路,其余7个引脚(x1、x3-x7)均断开。依次类推,三个引脚abc能够控制8个开关的启闭,同样的,其他三个多路模拟开关(m2-m4)也是如此控制对应引脚的开关。

第一多路模拟开关m1和第二多路模拟开关m3的电源引脚(即vcc脚)分别与电源vdd1和对应一个电容(c65,c67)连接,电源vdd1为3.3v,电容(c65,c67)作为滤波电容,以使得电源vdd1能够分别向第一多路模拟开关m1和第二多路模拟开关m3提供稳定电压。第一多路模拟开关m1的tx功能引脚和mcu的pa10引脚连接,第二多路模拟开关m3的rx功能引脚与mcu的pa9引脚脚连接。

第一多路模拟开关m1中的数据开关脚x1还与mcu的pa10引脚连接,从而使得当数据开关脚x1闭合时,mcu的pa10引脚通过第一多路模拟开关m1与数模转换器u1连接。第二多路模拟开关m3中的数据开关脚x1还与mcu的pa9引脚连接,从而使得当数据开关脚x1闭合时,mcu的pa9引脚通过第二多路模拟开关m1与数模转换器u1连接。pa10引脚通过电阻r1与3.3v电源连接,pa9引脚通过电阻r2与3.3v电源连接。

同样的,第二组数模转换器(u9-u16)与2个8路模拟开关(m2,m4)连接以及与mcu连接,连接方式与如上所述,这里不作赘述。其中,第三路模拟开关m2的8个数据开关脚(x1-x8)分别与第二组数模转换器的8个串行数据输出脚(也即so脚)连接;第四路模拟开关m4的8个数据开关脚(x1-x8)分别与第二组数模转换器的8个串行时钟输入脚(即sck脚)连接;第三路模拟开关m2和第四路模拟开关m4的使能脚(即脚)与mcu的pb2引脚连接,pb2引脚还通过电阻r10与3.3v电源连接;第三路模拟开关m2的3个逻辑控制脚(即abc脚)分别与mcu的3个引脚(pb1、pb0、pa7)连接,3个引脚(pb1、pb0、pa7)分别通过电阻r11、r12、r13与电源3.3v连接;第四路模拟开关m4的3个逻辑控制脚(即abc脚)也分别与mcu的3个引脚(pb1、pb0、pa7)连接;第三路模拟开关m2和第四路模拟开关m4的nc脚也均接空,接地脚(即gnd脚)也均分别接地。第三多路模拟开关m2的tx功能引脚与mcu的pb10引脚连接,第四多路模拟开关m4的rx功能引脚与mcu的pb11引脚连接。pa6脚、pa7脚、pb0脚、pb1脚、pb2脚、pb10脚和pb11脚还分别通过电阻r8-r14与3.3v电源连接。

优选地,第一多路模拟开关、第二多路模拟开关、第三多路模拟开关和第四多路模拟开关(即m1-m4)的型号均为sgm48751,当然也可以采用具有其他类似功能的多路模拟开关。

mcu的五个电源端(vdd脚、vbat脚、nrst脚、vdda脚、vddio2脚)分别与3.3v电源连接,并各自通过电容(c69、c73、c72、c71、c70)进行接地,电容(c69、c73、c72、c71、c70)均作为滤波电容,以能够提供稳定电压,mcu的vdd1脚分别与3.3v电源连接和接地。vss引脚、boot0引脚、vss1引脚和vssa引脚均分别接地。

mcu的pc13引脚、pc14/osc32_in引脚、pc15/osc32_out引脚、pf0/osc_in引脚、pf0/osc_out引脚、pa0引脚、pa1引脚、pa4引脚、pa5引脚、pb4-pb9引脚均接空。

其中,电容c1、c5、c9、c13、c17、c21、c25、c29、c33、c37、c41、c45、c49、c53、c57、c61的电容值均为0.1uf,电容c2、c6、c10、c14、c18、c22、c26、c30、c34、c38、c42、c46、c50、c54、c58、c62的电容值均为10nf,电容c3、c4、c7、c8、c11、c12、c15、c16、c19、c20、c23、c24、c27、c28、c31、c32、c35、c36、c39、c40、c43、c44、c47、c48、c51、c52、c55、c56、c59、c60、c63、c64的电容值均为10nf。电容c65、c66、c67、c68的电容值为0.1uf。电容c69的电容值为4.7uf、c70、c71、c72、c73的电容值均为0.1uf。电阻r1-r14的阻值均为10kω。

本发明只通过多路模拟开关,在mcu或上位机通过mcu的控制指令下,以轮询的方式,通过第一模拟开关的数据io(即m1和m2中的x引脚)、第二模拟开关的时钟io(即m3和m4的x引脚),依次对8路模拟开关的通道进行读写,从而在非常短时间内完成8路/16路对应的测温头的测温数据读取,每一个时刻读取对应的一个测温头的测温数据。模拟开关m1和m3与mcu的tx端口连接,模拟开关m2和m4的rx端口连接,能够以较少的io口进行多路测温通道的数据交换。

本发明还提供一种多路测温装置,包括上述的多路测温控制电路和用于安装多路测温控制电路中所述测温头的多触点测温机构。

如图4和图5所示为将所述测温头安装在多触点测温机构的方式之一。所述多测温机构包括包括测温头6、柱体2和推杆3,柱体2一侧设置有用于测温头6进出的若干通孔1,柱体2设有容纳腔,推杆3位于容纳腔内,推杆3的底端通过第二弹簧7与柱体2连接,以便于推杆3向下按压以及向上拉伸,起到缓冲作用,柱体2的底端优选为圆形或椭圆形。当对被测物进行测温时,柱体2伸入被测物的内部,圆形或椭圆形的柱体2不易损伤被测物。

所述推杆3包括若干沿推杆3径向方向设置的凹槽4,也即所述凹槽4横向设置在推杆3上,各个凹槽4平行设置。凹槽4内设置有第一弹簧5,第一弹簧5的一端与凹槽4的内壁连接,也即与推杆3连接,第一弹簧5的另一端与测温头6连接,凹槽4相当于作为第一弹簧5的活动区域。当弹簧处于压缩状态下,测温头6和第一弹簧5共同处于凹槽4内,如图1所示;当第一弹簧5处于拉伸状态或正常(也即既没有拉伸也没有压缩)状态,测温头6全部或部分伸出通孔1,也即至少有一部分的测温头6伸出通孔1,如图2所示,以使得测温头6与外部的被测物的内壁接触并对被测物进行测温。当向下按压推杆3以使得推杆3向下移动,当凹槽4正对通孔1时,由于在弹簧的作用力下,测温头6伸出至通孔1外;反之,当凹槽4未正对通孔1时,由于柱体2内壁的阻挡,测温头6被限制在凹槽4内。

其中,推杆3以及推杆3上的凹槽4、第一弹簧5共同构成挤压装置,用于将位于柱体2容纳腔内的测温头6推出至通孔1外和将测温头6从通孔1外缩回至柱体2的容纳腔内。

进一步地,所述柱体2的上端还设置有接插端子,以便于与外部接线端子快速连接,以及便于在测试架上或测试过程中进行更换,方便生产。

如图6至图9所示为将测温头安装在多触点测温机构的另一种方式,包括测温头6、柱体2、转杆11和转动棒12,柱体2一侧设置有用于测温头6进出的若干通孔1,正对通孔1处设置有第三弹簧13,第三弹簧13的一端与柱体2的内壁连接,以使得第三弹簧13固定在柱体2上,测温头6位于第三弹簧13内且与第三弹簧13连接,也即第三弹簧13套设在测温头6上,测温头6与第三弹簧13至少有一个固定连接点。当第三弹簧13处于正常状态或拉伸状态,处于第三弹簧13内的测温头6位于容纳腔内而未伸出通孔1外,如图3所示;当第三弹簧13处于压缩状态,处于第三弹簧13内的测温头6的一部分从通孔1内伸出,如图4所示;以使得测温头6与外部的被测物的内壁接触并对被测物进行测温。

所述柱体2设有容纳腔,转动棒12位于容纳腔内并且可以在容纳腔内转动,转动角度方位可以根据实际需要进行调整,例如360°转动或±180°转动等,不作具体限制。转动棒12的底端通过弹簧(图中未示出)与柱体2连接,以便于转动棒12向下按压以及向上拉伸,起到缓冲作用,转杆11设置在转动棒12的顶端,用于驱动转动棒12转动,转杆11的作用相当于把手,方便操作人员进行转动,当然不设置转杆11也可以,直接对转动棒12进行转动即可,柱体2的底端为圆形或椭圆形。当对被测物进行测温时,柱体2伸入被测物的内部,圆形或椭圆形的柱体2不易损伤被测物。

所述转动棒12为非圆柱体,也即转动棒12的横截面为非圆形,例如为椭圆或扁圆柱体,以使得转动棒12转动位于相异的第一位置和第二位置,第一位置和第二位置相异是指转动棒12虽然中心点重合但整个转动棒12不能完全重合。当转动棒12位于第一位置,转动棒12未将第三弹簧13压缩从而不将测温头6推出至通孔1外,位于第三弹簧13内的测温头6仍然处于容纳腔内,也即转动棒12最左端的端点至通孔1的直线距离≥正常状态的第三弹簧13长度,如图5所示;当转动棒12位于第二位置,转动棒12将第三弹簧13压缩从而将测温头6推出至通孔1外,也即转动棒12最左端的端点至通孔1的直线距离<正常状态的第三弹簧13长度,如图6所示。

其中,第三弹簧13、转杆11和转动棒12共同构成实施例一所述的挤压装置,用于将位于柱体2容纳腔内的测温头6推出至通孔1外和将测温头6从通孔1外缩回至柱体2的容纳腔内。

进一步地,所述柱体2的上端还设置有接插端子,以便于与外部接线端子快速连接,以及便于在测试架上或测试过程中进行更换,方便生产。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证,本发明的保护范围不限于此实施例,其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及变形,而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

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