专利名称：具有温度补偿功能的数字模块及其温度补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种数字模块，尤其是具有温度补偿功能的数字模块，还涉及这种数字模块温度补偿的方法。
技术背景 称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，由于内在的各种影响因素和外部环境条件的影响，其输出特性将会较大地偏离理想的输出特性，为了提高称重传感器的综合性能指标，就必须采取各种补偿措施。称重传感器有6大补偿，分别是零点补偿、零点温度补偿、灵敏度补偿、灵敏度温度补偿、非线性补偿和输入电阻标准化调整。传统的补偿方法需要十多个元器件，全部由人工测试和焊接，用此方法不仅造成传感器结构上复杂化，而且一般需要在-10°C、2(TC和 40°C温度等多个温度条件下的交变测试，其测试时间一般为22小时/件，其中对称重传感器的升降温及保温时间约为19小时，由于这一热平衡辅助时间较长，造成整个测试时间长，不仅能量消耗大，而且生产效率低下。上述为模拟式的称重传感器，目前已有数字式的称重传感器，是在称重传感器的基础上增加数字模块，把模拟电压信号转换成数字信号进行传输，数字传感器可以用软件实现非线性补偿和输入电阻标准化调整，但其他的补偿仍需要采用模拟方式实现，则还存在如上述模拟称重传感器的问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有温度补偿功能的数字模块，可以自动地对称重传感器进行温度补偿，质量稳定精度高。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种温度补偿的方法。本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为一种具有温度补偿功能的数字模块，包括单片机接口电路，其特征在于，还包括与所述单片机接口电路连接的温度测量及参考电压电路，所述温度测量及参考电压电路的接口外接数字温度传感器。所述温度测量及参考电压电路具有用于连接温度传感器的四个接口 外接正电源的第一接口、外接SDA线的第二接口、外接SCL线的第三接口和外接负电源的第四接口 ；所述第一接口内接高电平，所述第二接口的内输出端连接第一温度采集电路的第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接单片机接口电路的单片机的第一 I/O接口，所述第一电阻通过第一电容接地，所述第三接口内接所述单片机的第二 I/O接口，所述第四接口内接地。所述温度测量及参考电压电路还包括第二温度采集电路和电源电压检测电路，所述第二温度采集电路采用集成温度传感器，所述集成温度传感器的公共接地引脚接地，所述集成温度传感器的工作电压引脚连接高电平，所述集成温度传感器的的输出引脚连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述单片机的第三I/O接口，所述第二电阻通过第二电容接地；所述电源电压检测电路，包括第三电阻，所述第三电阻一端连接高电平，所述第三电阻的另一端连接单片机的参考电压引脚并通过并联的第四电阻和第三电容接地。本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为一种温度补偿的方法，上述的数字模块进行温度补偿，所述温度补偿方法包括零点温度补偿和灵敏度温度补偿方法，其特征在于，所述零点补偿采用点斜式公式=ADttia= K(Tx-Tfs,+ADz ；其中，K是零点温度系数；TX是当前温度；是当前温度Tx所处温度段的温度起始值；所述灵敏度补偿采用公式N-((N 实测—N基准点)X K每公斤+K基准点)X (T实测一T
；其中，Nf^ 在当前温度下数字传感器经补偿后输出的重量值；在当前温度下数字传感器实测输出值Asm 选定的基准点，在线性标定时选其中的某一点；Kgff 每公斤重量对应的温度系数的差；Ksm 选定的基准点的温度系数；当前温度；Tsm 传感器线性标定时的温度。与现有技术相比，本发明的优点在于采用软件自动进行温度补偿，减少了补偿器件，降低了人工，可实现生产自动化，产品的一致性好，质量稳定精度高；采用高度集成化电子元件和多种数字补偿方式，克服了模拟量补偿的随机性误差，消除了人为因素对补偿的影响，大大提高了传感器的综合精度和可靠性；由于采用数字化传输，传感器的信号传输距离大大提高，抗干扰能力明显增强。
图1为本发明的数字模块的示意图；图2为本发明的数字模块的系统框图；图3为本发明数字模块的单片机接口电路、温度测量及参考电压的电路原理图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。参见图1和图2，一种具有温度补偿功能的数字模块，包括温度测量及参考电压电路1、AD采样电路2、单片机接口电路3、电源电路4、接口电路5和通讯电路6。温度测量及参考电压电路1，外接数字温度传感器，如精密数字温度传感器 MCP9804。温度测量及参考电压电路1的输出端连接单片机接口电路3，将数字温度传感器采集到的数据传送到单片机接口电路3处理以进行温度补偿。接口电路5包括三个接口，仿真及烧写接口 CN4，用于连接PC和单片机接口电路 3，以将生产过程中的程序烧写到单片机接口电路3的单片机；传感器接口 CN5，用于连接AD 采样电路2和模拟式称重传感器，AD采样电路2将称重传感器采集到的数据传送到单片机接口 3处理，AD采样电路2采用的是M位、低功耗、高性能的Σ -Δ型模数转换芯片，可以直接输入模拟信号；以及电源及通讯接口 CN6，电源电路4通过该接口与外部的电源连接以对数字模块进行供电，通讯电路6的输入端与单片机接口电路3连接，输出端通过该接口连接RS485串行通讯。参见图3，在本发明的一个优选实施例中，单片机接口电路3的单片机采用 PIC18F25K20引脚闪存单片机，温度测量及参考电压电路1具有用于连接温度传感器的四个接口，外接正电源的第一接口 P-VCC、外接SDA数据线连接温度传感器的第二接口 P-DATA、外接SCL时钟线连接温度传感器的第三接口 P-SDA和外接负电源的第四接口 P-GND。其中，第一接口 P-VCC内接高电平，第二接口 P-DATA的内输出端u9_out连接第一温度采集电路7的第一电阻Rl的一端，第一电阻Rl的另一端连接单片机的第一 I/O接口 Tl (即单片机的第23引脚)，该第一电阻Rl通过第一电容Cl接地；第三接口 P-SDA内接单片机的第二 I/O接口 SDA_1(即单片机的第22引脚)，第四接口 P-GND内接地。
温度测量及参考电压电路1还包括第二温度采集电路8和电源电压检测电路9，第二温度采集电路8作为第一温度采集电路7的备用电路，采用TC1047集成温度传感器，将温度转换为电压，其公共接地引脚VSS接地，工作电压引脚VDD连接高电平，输出引脚VOUT 连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接单片机的第三I/O接口 T2(即单片机的第24引脚)，该第二电阻R2通过第二电容C2接地。电源电压检测电路9，用于检测第二温度采集电路8，包括第三电阻R3，其一端连接高电平，另一端连接单片机的第5引脚，即参考电压端VREF，该第三电阻R3的另一端还通过并联的第四电阻R4和第三电容C3接地。上述的数字模块嵌入在弹性体里面，弹性体必须可靠接地，以确保数字传感器 (数字模块结合称重传感器)使用的安全性和数据的稳定性。该数字模块的的综合精度 0. 02% F. S (-10 40°C )，使用电压范围DC6V 15V，优选的为输入12V，工作电流< 6mA。 使用的温度范围-10°C 40°C，补偿温度范围-40°C 70°C。本发明的温度补偿是这样实现的补偿原理是根据称重传感器本身物理特性与实时采样温度之间的特有关系，建立数学模型，采用二维补偿计算方法对零点、零点温度、灵敏度和灵敏度温度进行补偿，同时采用自动标定技术实现灵敏度补偿、非线性补偿、输入电阻标准化调整。1、零点温度补偿数字模块使用时，采集到的温度数据经过单片机处理以进行补偿，采用点斜式公式AD 补偿量=K(TX-TF 标)+ADz;其中，K是零点温度系数(Tx = 10°C, PJ K = (ADz2-ADzi)/(Tf^2-Tpfel))；Tx是当前温度；Tf标是当前温度Tx所处温度段的温度起始值(如Tx= 10°C，则Tf标取；
ADz是当前温度Tx所处温度段的AD码起始值(如Tx = 10°C，则ADz取ADzi)。在生产过程中，第1步采用点斜式对数字传感器补偿，标定时需采集8个数据 (数字温度传感器温度值4个数据和称重传感器零点AD值4个数据)，见表1 表 1
烘箱温度(设定)-10°c0°C25°C50°C
温度传感器温度值即弹性体温度T^T^T^T^
传感器零点AD值(实测)AD^AD^AD^AD^当烘箱温度达到设定值并保温工艺要求的时间后由PC发指令，数字传感器收到指令后保存当前的弹性体温度和传感器零点AD值，并上传至PC保存。
第2步取2个温度点验证，见表2表权利要求
1.一种具有温度补偿功能的数字模块，包括单片机接口电路(3)，其特征在于，还包括与所述单片机接口电路C3)连接的温度测量及参考电压电路(1)，所述温度测量及参考电压电路(1)的接口外接数字温度传感器。
2.如权利要求1所述的数字模块，其特征在于，所述温度测量及参考电压电路(1)具有用于连接温度传感器的四个接口 外接正电源的第一接口(P-VCC)、外接SDA线的第二接口 (P-DATA)、外接SCL线的第三接口(P-SDA)和外接负电源的第四接口(P-GND)；所述第一接口(P-VCC)内接高电平，所述第二接口(P-DATA)的内输出端(u9_out)连接第一温度采集电路(7)的第一电阻(Rl)的一端，所述第一电阻(Rl)的另一端所述连接单片机接口电路 (3)的单片机的第一 I/O接口(Tl)，所述第一电阻(Rl)通过第一电容(Cl)接地，所述第三接口(P-SDA)内接所述单片机的第二 I/O接口(SDA_1)，所述第四接口(P-GND)内接地。
3.如权利要求2所述的数字模块，其特征在于，所述温度测量及参考电压电路(1)还包括第二温度采集电路(8)和电源电压检测电路(9)，所述第二温度采集电路(8)采用集成温度传感器，所述集成温度传感器的公共接地引脚(VSQ接地，所述集成温度传感器的工作电压引脚(VDD)连接高电平，所述集成温度传感器的的输出引脚(VOUT)连接第二电阻 (R2)的一端，所述第二电阻O)的另一端连接所述单片机的第三I/O接口(T2)，所述第二电阻(似)通过第二电容(以)接地；所述电源电压检测电路(9)，包括第三电阻(R3)，所述第三电阻(旧)一端连接高电平，所述第三电阻(旧)的另一端连接单片机的参考电压引脚 (VREF)并通过并联的第四电阻(R4)和第三电容(C3)接地。
4.一种温度补偿的方法，采用权利要求1-3中任一项所述的数字模块进行温度补偿， 所述温度补偿方法包括零点温度补偿和灵敏度温度补偿方法，其特征在于，所述零点补偿采用点斜式公式八0补偿量=K(Tx-TFfe)+ADz ；其中，K是零点温度系数；TX是当前温度；是当前温度Tx所处温度段的温度起始值；所述灵敏度补偿采用公式Nfi^= N 实测_ ((N实测_N基准点)XK每公斤+K基准点)X (T实测_T基准；其中，Nfi^ 在当前温度下数字传感器经补偿后输出的重量值；在当前温度下数字传感器实测输出值Asm 选定的基准点，在线性标定时选其中的某一点；每公斤重量对应的温度系数的差；Ksm 选定的基准点的温度系数；当前温度；Tsm 传感器线性标定时的温度。
全文摘要
本发明公开了一种具有温度补偿功能的数字模块，包括单片机接口电路，其特征在于，还包括与所述单片机接口电路连接的温度测量及参考电压电路，所述温度测量及参考电压电路的接口外接数字温度传感器，通过数字模块在称重传感器上增加一个数字温度传感器，根据称重传感器本身物理特性与实时采样温度之间的特有关系计算温度补偿，提高了数字传感器的精度和可靠性，此外还公开了一种温度补偿的计算方法。
文档编号G01G23/48GK102353439SQ20111018834
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者柯建东, 梅科达, 蓝晓荣, 赵宁 申请人:宁波柯力电气制造有限公司