专利名称：数码显示温度检测系统和数码显示温度检测方法
技术领域：
本发明涉及数字测温技术领域，是一种高分辨率、宽测量范围、低成本的数码显示温度检测系统和数码显示温度检测方法。
背景技术：
在工农业生产、国防和科研领域中，数码显示温度检测系统凭借其精确、直观等优点有着重要的应用。数码显示温度检测系统的设计中一般要利用温度传感器作为温度检测的探头，温度传感器能够将温度的变化转换为可以测量的电量(如电阻、电势等)的变化。 数码显示温度检测系统的设计一般是将温度传感器接入检测电路中，然后从检测电路中采集到随温度变化而改变的模拟电压信号，模拟电压信号经过放大器增益后传送给模/数转换器，模/数转换器将模拟电压信号转换成对应的数字电压信号，并将其传送给微处理器， 微处理器将其转换为相应的温度值，并控制数码显示器进行数码显示，显示检测到的温度值。根据应用场合的不同，数码显示温度检测系统有不同的分辨率、精度和测温范围要求，可以采用不同种类的温度传感器作为探头。相关专利和市场上的数码显示温度检测系统温度传感器一般采用热电偶、钼电阻或热敏电阻。热电偶是一种电势随温度的变化而改变的热电式传感器，其结构简单，温度测量范围宽，常用的热电偶可测高温达1600°C，低温达-50°C，但是其分辨率较低，一般在1°C以上；钼电阻温度传感器是一种常用的热电阻传感器，温度测量范围较宽，常用的钼电阻温度传感器可测高温达850°C，低温达-250°C， 而且具有精度高、稳定性好的优点，但是其电阻温度系数比较小，在高温还原性气氛中使用，容易被污染，使用性能变差，产生脆性以后，会使电阻温度系数发生变化，从而产生测量误差，而且钼材料价格昂贵；NTC热敏电阻是采用陶瓷工艺制成的温度传感器，阻值随温度的升高而呈指数规律减小，与其他温度传感器相比，NTC热敏电阻分辨率高、体积小、响应快、精度高、性能稳定，特别是在-50 +300°C范围内，被广泛使用。高分辨率、宽测量范围的温度检测系统除了对温度传感器有较高的要求以外，还对系统的硬件资源及其利用效率有较高的要求。对系统硬件资源的要求主要体现在模/ 数转换器的高位数和微处理器的多字长，这自然会提高系统的成本；系统硬件资源的利用效率的提高一般通过对模拟电压信号与温度值的变化关系的线性化处理来实现，而线性化处理只能在一定范围内近似有效，如果要在较宽的温度范围内进行线性化处理，则需要将测量范围划分为多段，在每一段内分别进行线性化处理，在温度测量时利用开关进行切换。例如，在河北省标准计量学校设计的“精密数显热敏电阻温度计”(中国专利，申请号为 87214459)中，将NTC热敏电阻传感器连接在惠斯通电桥中，在不同的测温范围内与3个阻值恒定的电阻组成惠斯通电桥，利用电桥输出电压对NTC热敏电阻阻值的非线性与NTC热敏电阻阻值对温度的非线性凹凸特性方向相反，合适的选择与NTC热敏电阻同一桥臂的分压电阻R2的取值，使电桥输出电压对温度近似成线性关系，分压电阻R2的选择公式为
权利要求
1.一种数码显示温度检测系统，由负温度系数(简称为NTC)热敏电阻传感器探头(I)、模拟电压信号采集电路(2)、仪器放大器(3)、模/数转换器(4)、微处理器(5)、驱动芯片(6)，数码显示器(7)依次连接组成，其特征在于a.模拟电压信号采集电路(2)，采用结构简单的惠斯通电桥，由NTC热敏电阻Rt和3个电阻值恒为R。的电阻％、R2和R3作为电桥的桥臂，Rt —端接地，接地的对角端接直流电压 U07Rt另一端为高电压输出端，其电压值为U+,高电压输出端的对角端为低电压输出端,其电压值为U_，稳压片为电桥提供直流电压U。，电桥两端输出的模拟电压信号是要输入仪器放大器⑶进行增益的模拟电压信号Uin = U+-U_ ；b.仪器放大器(3)由仪器放大器集成电路和反馈电阻Re组成，增益的大小由反馈电阻 Rg的取值调节；c.微处理器(5)采用8位字长的单片机，接收并处理12位的模/数转换器(4)传送的数字电压信号；d.驱动芯片(6)由14个Darlington管组成，在微处理器(5)的控制下，驱动数码显示器(7)，进行动态扫描显示。
2.如权利要求I所述的数码显示温度检测系统，其特征在于根据系统分辨率和测量范围与模拟电压信号采集电路⑵中的电桥电阻的阻值％、电桥电压Utl和仪器放大器(3) 的增益G的解析关系建立电路参数&、Utl和G的选取准则，首先，确定Rtl的取值，使Rtl尽量接近Rt的最小值，即最高温度对应的电阻值；接下来，确定电桥电压值Utl和仪器放大器增益G的乘积GUtl的取值，U0与G的乘积GUtl的确定要分为分辨率^^优先确保和测量范围优 先确保两种情况，如果分辨率优先确保，首先将已经确定的Rtl的值、预期检测的最低温度值 T和与其相应的NTC热敏电阻的阻值Rt代入分辨率表达式，按要确 保的分辨率
3.如权利要求I所述的数码显示温度检测系统，其特征在于温度传感器探头(I)是采用低温烧结新工艺制备的片式NTC热敏电阻，用环氧树脂将其固定在黄铜外壳内，制成温度检测的传感器探头。
4.一种基于权利要求I所述的数码显示温度检测系统的数码显示温度检测方法，由信号采集摸块、去极值滤波取平均值模块、查表与温度值转换模块、温度值数制转换模块、扫描驱动模块和表格模块组成，其特征在于包括如下步骤6次调用信号采集模块，通过模/数转换器(4)采集模拟电压信号，并将其转化成数字信号，传送给微处理器(5),米集6个样本电压值；调用去极值滤波取平均值模块求平均值在每次更新显示温度值之前，将采集的6个数字电压信号用冒泡法排序，去掉最大值和最小值后，再将剩余的4个数字电压信号累加后除以4，从而求得平均值，即样本平均值；判断样本平均值是否超过表格中电压值的范围，若是，则使微处理器(5)的H)清零，直接调用扫描驱动模块进行报警显示；否则，使微处理器(5)的H)置位，调用查表与温度值转换模块将电压值转换为温度值； 再调用温度值数制转换模块，将存储在高8位和低8位两个单元中的二进制温度值转换为三位十进制数值，分别为十位、个位和小数点后的十分位；最后调用扫描驱动模块，控制驱动芯片￠)，传送给数码显示器(7)位选端和字划端的显示信号，从而进行动态扫描显示。
5.如权利要求4所述的数码显示温度检测方法，其特征在于查表与温度值转换模块是在单片机的程序存储器ROM中，只存入-15 +80°C温度范围内，以O. 1°C为间隔的各温度值所对应的电压值，而不存入对应的温度值，查表得到的是样本平均值对应的相对地址， 然后再将相对地址转换为对应的温度数值；其操作步骤如下先将去极值滤波取平均值模块求得的样本平均值与表格模块中的各电压值按从大到小的顺序进行比较，由于采集的模拟电压信号随温度的升高而降低，所以对应的温度值是从低到高，直到找到对应或邻近的电压值为止，这时比较的次数就是对应或最近邻的电压值相对于最大的电压值的相对地址，即样本相对地址；然后将样本相对地址转换为样本平均值相对于0°C对应的电压值的相对地址，即将样本相对地址与o°c对应的相对地址比较，若样本相对地址大于或等于o°c 对应的相对地址151，表明检测到的温度值为正，则将样本相对地址减去0°C对应的相对地址，得到正温度值的绝对值的10倍，由于系统分辨率是O. 1°C，所以得到的是温度值的绝对值的10倍，若样本平均值的相对地址小于151，表明检测到的温度值为负，则用0°C对应的相对地址减去样本相对地址，得到负温度值的绝对值的10倍。
6.如权利要求4所述的数码显示温度检测方法，其特征在于温度值数制转换模块，将存储在高8位和低8位两个存储单元中的-15 +80°C范围内951个可能的温度值利用8 位字长的单片机将其从二进制转换为三位十进制数值，并分别存储于三个寄存器中，即寄存器4存储十位对应的数值，寄存器5存储个位对应的数值，寄存器6存储十分位对应的数值；本模块的操作步骤如下首先将低8位寄存器I除以100得到的整数部分存储到寄存器 4中去，然后从寄存器I中减去存储到寄存器4中去的整百部分的数值，由于正温度和负温度对应的电压值相对于(TC对应的电压值的相对地址均不超过800，所以高8位寄存器2存储的数值只可能是1、2或3，如果是I，表明高8位寄存器2存储的数值大小是256，让寄存器4中的数值加2，然后将56加到寄存器I中去，如果是2，表明高8位寄存器2存储的数值大小是512，令寄存器4中的数值加5，然后将12加到寄存器I中去，如果是3，表明高8 位寄存2存储的数值大小是768，令寄存器4中的数值加7，然后将68加到寄存器I中去， 这时寄存器I中的数值可能会超过100，所以再将寄存器I除以100得到的整数部分加到寄存器4中去，然后从寄存器I中减去加到寄存器4中去的整百部分的数值，这样十位上应该显示的数值就被保存在寄存器4中，同时寄存器I和寄存器2中存储的温度值的整百部分的数值均被剔除出去；接下来，将低8位寄存器I除以10得到的整数部分存储到寄存器5 中去，并从寄存器I中减去存储到寄存器5中去的整十部分的数值，这样个位上应该显示的数值就被保存在寄存器5中，同时低8位寄存器I中整十部分的数值被剔除出去；接下来， 低8位寄存器I存储的是个位部分的数值，将其存储到寄存器6中去，这样十分位上应该显示的数值就被保存在寄存器6中；这样就完成了温度值由二进制到十进制的转换。
全文摘要
本发明涉及一种高分辨率、宽测量范围、低成本的数码显示温度检测系统和数码显示温度检测方法，数码显示温度检测系统由传感器探头，模拟电压信号采集电路，仪器放大器，模/数转换器，微处理器，驱动芯片，数码显示器组成；数码显示温度检测方法包括调用信号采集摸块进行电压值采样、调用去极值滤波取平均值模块求平均值、调用查表与温度值转换模块将电压值转换为温度值、调用温度值数制转换模块将二进制温度值转换为十进制温度值和调用扫描驱动模块进行动态扫描显示。本发明实现了0.1℃的分辨率，-15～+80℃的测量范围，解决了现有温度计难以兼顾高分辨率、宽测量范围和低成本的问题。
文档编号G01K7/22GK102589743SQ20121006735
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者姜坤, 张丽娜, 曲海亮, 胡国辛, 高峰 申请人:西安广芯电子科技有限公司