温度测量装置和可编程片上系统芯片的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种温度测量装置，包括：模拟开关，用于开启或关闭温度测量装置提供的偏置电压；多路模拟开关，用于转换或关闭温度测量装置提供的激励电流值；多路差分模拟开关，用于提供单通道复用输入；微控制单元，用于控制模拟开关的开启或关闭，控制多路模拟开关以转换或关闭温度测量装置提供的激励电流值，以及控制多路差分模拟开关；输入通道，用于连接外接温度传感器；信号处理电路，用于对多路差分模拟开关输出的模拟信号进行处理；和差分输入模数转换器，用于对信号处理电路输出的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号提供给微控制单元进行处理。应用本发明，可以实现对多种类型的温度传感器的兼容。
【专利说明】温度测量装置和可编程片上系统芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种温度测量装置和可编程片上系统芯片。【背景技术】
[0002]目前，在工业控制系统的可编程逻辑控制器(PLC, Programmable LogicController)中，温度测 量装置的输入都是单通道输入，由于不同类型的温度传感器的温度测量原理不同，因而这种方式限制了温度测量装置只能兼容一种类型的外接传感器，例如只能兼容热电阻型温度传感器，或只能兼容热电偶型温度传感器；而且，即使是针对同一种温度测量原理下的不同型号的热电阻型温度传感器，如PT100型热电阻传感器和PT1000型热电阻传感器，现有的温度测量装置也只能兼容其中一个。如果想要兼容多种类型的温度传感器，则只能通过手动设置的方式(如键盘、拨码开关和触摸屏等)来实现，十分不便。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供了一种温度测量装置，包括:
[0004]模拟开关，用于开启或关闭所述温度测量装置提供的偏置电压；
[0005]多路模拟开关，用于转换或关闭所述温度测量装置提供的激励电流值；
[0006]多路差分模拟开关，用于提供单通道复用输入；
[0007]微控制单元MCU，用于控制所述模拟开关的开启或关闭，控制所述多路模拟开关以转换或关闭所述温度测量装置提供的激励电流值，以及控制所述多路差分模拟开关；
[0008]所述输入通道，用于连接外接温度传感器；
[0009]信号处理电路，用于对所述多路差分模拟开关输出的模拟信号进行处理；和
[0010]差分输入模数转换器，用于对所述信号处理电路输出的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号提供给所述微控制单元进行处理。
[0011]上述温度测量装置，还可包括:
[0012]参考电阻，所述参考电阻的第一端连接所述输入通道的输入端子X3，第二端接地，同时连接所述多路差分模拟开关的通道5，所述参考电阻与所述输入通道构成串联关系，用于当所述外接温度传感器是热电阻型温度传感器时，根据下述公式计算所述热电阻型温度传感器的电阻值:
[0013]
【权利要求】
1.一种温度测量装置，包括: 模拟开关(11 )，用于开启或关闭所述温度测量装置提供的偏置电压； 多路模拟开关(12)，用于转换或关闭所述温度测量装置提供的激励电流值； 多路差分模拟开关(13)，用于提供单通道复用输入； 微控制单元MCU (14)，用于控制所述模拟开关(11)的开启或关闭，控制所述多路模拟开关(12)以转换或关闭所述温度测量装置提供的激励电流值，以及控制所述多路差分模拟开关(13)； 所述输入通道(15)，用于连接外接温度传感器； 信号处理电路(16)，用于对所述多路差分模拟开关(13)输出的模拟信号进行处理；和 差分输入模数转换器(17)，用于对所述信号处理电路(16)输出的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号提供给所述微控制单元(14)进行处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输入通道(15)包括三个输入端子Xl(151)，X2 (152)和 X3 (153)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述外接温度传感器是热电阻型温度传感器时，所述热电阻型温度传感器的三根输出线分别与输入端子Xl (151)、输入端子X2 (152)和输入端子X3 (153)连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述外接温度传感器是热电偶型温度传感器时，所述热电偶型温度传感器的正极输出线与输入端子Xl(151)连接，负极输出线与输入端子X2 (152)连接，所述温度测量装置的输入端子X3 (153)通过电线与输入端子X2 (152)直接连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述MCU(14)首先导通模拟开关(11)为所述外接温度传感器的负极提供一个偏置电压，并关闭多路模拟开关(12);若差分输入模数转换器(17)所测得的多路差分模拟开关(13)的通道O的电压值在热电偶型温度传感器的输出电压范围内，并且该差分输入模数转换器(17)所测得的多路差分模拟开关(13)的通道2的电压值为O伏，则判定所述外接温度传感器为热电偶型温度传感器，并根据热电偶型温度传感器的热电势差与温度的关系计算出被测温度；否则，断开模拟开关(11)以关闭偏置电压；导通多路模拟开关(12)的通道1，为所述温度测量装置的温度测量通路提供0.5mA的激励电流；若差分输入模数转换器(17)测得的多路差分模拟开关(13)的通道2的电压值在PT1000型热电阻在0.5mA激励电流下的端电压变化范围内，则判定外接温度传感器为PT1000型热电阻，同时根据PT1000型热电阻的电阻值与温度的关系计算出被测温度；否贝U，关闭多路模拟开关(12)的通道1，导通多路模拟开关(12)的通道0，为所述温度测量装置的温度测量通路提供ImA的激励电流；若差分输入模数转换器(17)所测得的多路差分模拟开关(13)的通道2的电压值在PT100型热电阻在ImA激励电流下的端电压变化范围内，则判定外接温度传感器为PT100型热电阻，同时根据PT100型热电阻的电阻值与温度的关系计算出被测温度；否则，判定未连接外接温度传感器或外接温度传感器连接错误。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括: 参考电阻(18)，所述参考电阻(18)的第一端连接所述输入通道(15)的输入端子X3(153)，第二端接地，同时连接所述多路差分模拟开关(13)的通道5，所述参考电阻(18)与所述输入通道(15)构成串联关系，用于当所述外接温度传感器是热电阻型温度传感器时，根据下述公式计算所述热电阻型温度传感器的电阻值:
7.一种温度测量装置，包括: 可编程片上系统芯片(51)，用于实现所述温度测量装置的主要的温度测量电路，测量连接在所述芯片(51)上的外接温度传感器所处环境的温度；以及 热电偶冷端补偿电路(52)，用于在所述外接温度传感器是热电偶型温度传感器时，为该热电偶型温度传感器提供冷端补偿。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，可编程片上系统芯片(51)包括: 运算放大器(511 )，用于开启或关闭所述温度测量装置提供的偏置电压； 第一模拟复用器(512)，用于转换或关闭所述温度测量装置提供的激励电流值； 第二模拟复用器(513)，用于提供单通道复用输入； 可编程电流型数模转换器(514 )，用于为该温度测量装置提供激励电流； 输入缓冲器(515)，用于对所述第二模拟复用器(513)输出的模拟信号进行处理； 模数转换器ADC (516),用于对所述输入缓冲器(515)输出的模拟信号进行模数转换；串行外设接口 SPI (517)，用于与所述可编程片上系统芯片51的外部进行通信；以及输入通道(518 )，用于连接外接温度传感器。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述输入通道(518)包括三个输入端子Xl(5181)，X2(5182)和 X3 (5183)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，当所述外接温度传感器是热电阻型温度传感器时，所述热电阻型温度传感器的三根输出线分别与输入端子Xl (5181)、输入端子X2(5182)和输入端子X3 (5183)连接。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，当所述外接温度传感器是热电偶型温度传感器时，所述热电偶型温度传感器的正极输出线与输入端子Xl (5181)连接，负极输出线与输入端子X2 (5182)连接，所述温度测量装置的输入端子X3 (5183)通过电线与输入端子X2(5182)直接连接。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述可编程片上系统芯片(51)首先导通运算放大器(511)为所述外接温度传感器的负极提供一个偏置电压，并关闭第一模拟复用器(512);若ADC (516)所测得的第二模拟复用器(513)的通道O的电压值在热电偶型温度传感器的输出电压范围内，并且该ADC (516)所测得的第二模拟复用器(513)的通道2的电压值为O伏，则判定所述外接温度传感器为热电偶型温度传感器，并根据热电偶型温度传感器的热电势差与温度的关系计算出被测温度；否则，断开运算放大器(511)以关闭偏置电压；导通第一模拟复用器(512)的通道0，并配置可编程电流型数模转换器(514)输出.0.5mA电流，为所述温度测量装置的温度测量通路提供激励电流；若ADC (516)测得的第二模拟复用器(513)的通道2的电压值在PT1000型热电阻在0.5mA激励电流下的端电压变化范围内，则判定外接温度传感器为PT1000型热电阻，同时根据PT1000型热电阻的电阻值与温度的关系计算出被测温度；否则，配置可编程电流型数模转换器(514)输出ImA电流，为所述温度测量装置的温度测量通路提供激励电流；SADC (516)所测得的第二模拟复用器(513)的通道2的电压值在PTlOO型热电阻在ImA激励电流下的端电压变化范围内，则判定外接温度传感器为PT100型热电阻，同时根据PT100型热电阻的电阻值与温度的关系计算出被测温度；否则，判定未连接外接温度传感器或外接温度传感器连接错误。
13.根据权利要求9所述的装置，还包括: 参考电阻(53)，所述参考电阻(53)的第一端连接所述输入通道(518)的输入端子X3(5183)，第二端接地，同时连接所述第二模拟复用器(513)的通道5，所述参考电阻(53)与所述输入通道(518 )构成串联关系，用于当所述外接温度传感器是热电阻型温度传感器时，根据下述公式计算所述热电阻型温度传感器的电阻值:
14.根据权利要求12或13所述的装置，其中，所述ADC(516)为Λ-Σ型的ADC。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述参考电阻(53)为100Ω、±0.1%高精度的电阻。
16.一种可编程片上系统芯片，包括: 运算放大器(511 )，用于开启或关闭温度测量装置提供的偏置电压； 第一模拟复用器(512)，用于转换或关闭所述温度测量装置提供的激励电流值； 第二模拟复用器(513)，用于提供单通道复用输入； 可编程电流型数模转换器(514)，用于为该温度测量装置提供激励电流； 输入缓冲器(515)，用于对所述第二模拟复用器(513)输出的模拟信号进行处理； 模数转换器ADC (516),用于对所述输入缓冲器(515)输出的模拟信号进行模数转换；串行外设接口 SPI (517)，用于与所述可编程片上系统芯片的外部进行通信；以及输入通道(518 )，用于连接外接温度传感器。
【文档编号】G01K7/04GK103968969SQ201310035175
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月29日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】唐小洪, 李昔文, 晏波, 季军利 申请人:西门子公司