一种节能自动ad温度采集监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及温度检测领域，特别涉及一种自动温度采集领域，具体指一种节能自动AD温度采集监控系统。包括上位控制器单元、温度检测电路和多通道数模转换芯片；温度检测电路包括基于PT1000的温度传感器和高精度采样电阻，测量温度准确度高；采用集成芯片，电路简单，体积小巧，可集成化程度高。采用上位控制器控制温度采集电路的开启和关断，仅在需要温度测量时开启电路，测完即关闭，相比传统设计，节能可高达90%，同时采用低功耗的电压型MOS管、AD7799低能耗芯片等；分别从系统和电路原件角度全面的采用节能设计，优化了系统性能，降低了系统的功耗，适用于各种需要精确检测温度的场合。
【专利说明】一种节能自动AD温度采集监控系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种温度检测领域，特别涉及一种自动温度采集领域。
【背景技术】
[0002] 温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、热力学、飞行力学、流体力学 等学科都离不开温度。它也是工业生产中最普遍最重要的参数之一。许多工农业产品的质 量都与温度密切相关，比如：离开合适的温度，许多化学反应就不能正常进行甚至不能进 行；没有合适的温度炉窑就不能炼制出合格的产品；没有合适的温度环境；农作物就不能 正常生长，许多电子仪器不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，家禽的孵化也不能进 行。可见，温度的测量与控制十分重要。
[0003] 温度的检测方法有多种，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型及石英谐振 型等等。它们都是基于温度变化引起其物理参数（如电阻值，热电势等）的变化的原理。
[0004] 而电阻型温度传感器以电阻作为温度敏感元件，根据敏感材料不同又可分成热电 阻式和热敏电阻式，热电阻式一般用金属材料制成，如钼、铜、镍等，而热电阻传感器的温 度系数一般为正值，以钼电阻为例，在一定温度范围内，阻值与温度近似呈线性关系。由于 钼电阻测温范围宽，精度高，制作误差小，结构简单且已有统一的国际标准，钼电阻温度 传感器（包括Ptl00，pt500，ptl000等）已广泛应用于许多场合的温度测量与控制。其中 ptlOOO的分辨率最高，在温度的高精度测量中得到了广泛的应用。
[0005] 在ptlOOO温度传感器后续处理电路中，有多种方法，如采用惠斯顿电桥测量温 度，或是采用恒流源测量温度。其中采用惠斯顿电桥测量方法中电桥的四个电阻中有三个 电阻值是恒定的，第四个用PtlOOO热电阻，当PtlOOO电阻值变化时，测试端产生一个电势 差，由此电势差换算出温度，但是采用这种方法测量温度的要采用后续的信号放大电路和 滤波电路，电路复杂，处理环节过多。而另外一种恒流源测量温度的方法，由于在实际工作 条件下很不容易保持电流恒定，不能保证测量参数的计算结果准确，电路的稳定性不高且 同样具有电路复杂的缺点。此外现有大多技术中温度采集电路的工作时间与系统工作时间 相同，即在整个系统工作期间，温度采集电路一直处于开启状态，能耗较高，不能满足现代 社会节能环保的要求；同时，由于能耗的持续进行也会进一步提高环境温度，影响温度测量 的准确性，不仅这样，温度的升高也往往伴随电路系统性能的恶化。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种节能自动AD温 度采集监控系统，使温度采集电路更加简化，测量结果更加精确，同时实现降低功耗和节约 能源的效果。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案： 一种节能自动AD温度采集监控系统，包括上位控制器单元、温度检测电路和多通道数 模转换芯片，其中，所述温度检测电路包括温度传感器J1和采样电阻R16,所述温度传感器 J1和采样电阻R16串联。所述温度传感器J1的两端头和采样电阻R16的两端头分别与所 述多通道数模转换芯片的对应信号采集通道相连。所述多通道数模转换芯片与上位控制器 相连。工作时分别测试温度传感器J1两端电压VJ1和采样电阻R16两端的电压值V16,采 样电阻R16电阻值已知，得出电路电流值I=(V16)/R16,而温度传感器J1的热电阻值RJI= (VJI) /1，根据温度传感器J1所选用的热电阻值RJI和温度关系得出相应的测量温度值。
[0008] 上位控制器与所述温度检测电路的控制接口相连，上位控制器通过向所述温度检 测电路的控制接口发送控制信号，以控制所述温度检测电路的连通和关断，实现当采集温 度时打开其电源通路，采样完后断开其电源通路，降低系统功耗的目的。
[0009] 所述温度检测电路，包括电源接口 V30-T、电阻R2、温度传感器JI、多通道数模转 换芯片、电阻R16,电阻R17、M0S管、电阻R67和控制接口 TC0N ;其中电源接口 V30-T、电阻 R2、温度传感器JI、电阻R16和电阻R17依次串联；串联后的R17端口与M0S管的D极相连 接，M0S管的G极与TC0N接口相连，而M0S管的S极接地；电阻R67 -端接与M0S管的G极 与TC0N接口之间，另一端接地。
[0010] 所述控制接口 TC0N与上位控制器相连，通过上位控制器所发出的控制信号以及 对应的高、低电平来控制M0S管开启或关断，从而控制整个温度采集电路的开启或关断。
[0011] 作为一种优选，所述电源接口 V30-T所连接的电源电路包含滤波电容和稳压器， 能够保持电路的输出电压稳定。
[0012] 作为一种优选，温度传感器选用高精度的PT1000,提高温度测量的精度。
[0013] 作为一种优选，所述采样电阻电阻R16的精度和温漂直接关系到测量的精度，本 系统中选用的采样电阻R16是精度为±0. 1%、温漂为±5PPM/°C的MFD电阻。为了方便计 算电阻R16优选为1ΚΩ。
[0014] 作为一种优选，所述多通道数模转换芯片为AD7799芯片；温度传感器JI的两端 头分别与AD7799芯片的信号采集端口 A1N1+和A1N1-相连接；所述采样电阻R16的两端分 别与AD7799芯片的信号采集端口 A1N3+和A1N3-相连接。
[0015] 所述AD7799芯片通过SPI接口与上位控制器相连，其中上位控制器控制AD7799 的通道选通，以进行相应电压采集；AD7799将采集的模拟电压信号转化为数字信号后回传 到上位控制器中进行计算处理。AD7799具有3选1的通道选通功能和数模转化功能，能耗 低且控制技术成熟，可以满足本系统的需求。
[0016] 作为一种优选，所述M0S管为电压型，电压型M0S管相比于电流M0S管具有低能 耗的特点，可满足降低系统功耗的要求。
[0017] 作为一种优选，电阻R67为分压保护电阻，其电阻值为1ΜΩ量级，可防止M0S管因 为TC0N端口输入电压过大而损坏的情况。
[0018] 一种节能自动AD温度采集监控方法，该方法包含如下步骤： 步骤一：温度单元打开温度检测的电源：通过控制接口 TC0N输出一个较高的电压到 M0S管的G端，该电压大于M0S管的阈值电压，使得M0S开启，从而使整个电路形成回路而导 通。
[0019] 步骤二：电路导通后，延迟>3S等待电源稳定，（具体的延迟时间设定根据系统情 况而定)。
[0020] 步骤三：控制单元设置AD7799芯片的相应通道，即先后打开AD7799芯片的 A1N1+、A1N1-和A1N3+、A1N3-端口，测量相应的电压值。
[0021] 步骤四：将采集到的高精度采样电阻R16两端的电压值， 除以R16电阻值，计算得出电路的电流值I，然后根据热电阻PT1000两端的电压值 Vpt=V(A1N1+)-V(A1N3-)除以电流值得到 PT1000 的电阻值：Rpt=Vpt/I。
[0022] 步骤五：电压测量结束后，将AD7799设置为POWER-DOWN模式，并将AD7799芯片的 电源开关PSW打开，以降低功耗。
[0023] 步骤六：控制单元通过控制接口 TC0N输入一个较低电压到M0S管的G端，该电压 小M0S管的阈值电压，使得M0S关闭，使整个电路处于管断的状态。
[0024] 步骤七：将得到的AD值对照PT1000分度表，利用线性插差值算法计算出实际温 度。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果：本一种节能自动AD温度采集监控系统，相 比于复杂的后期处理电路，本发明采用了高精度采样电阻和基于PT1000的温度传感器，通 过PT1000两端和高精度采样电阻两端的电压，间接计算出测量温度值，电路简单，采集的 温度数据准确可靠，采用辅助芯片体积小巧，可集成化程度高。采用上位控制器控制温度采 集电路的开启和关断，当不进行温度测量时电路关断，没有电量的消耗，节能可高达90%，同 时采用低功耗的电压型M0S管、AD7799低能耗芯片等；分别从系统设计和电路原件角度全 面的采用节能设计，优化了系统性能，降低了系统的功耗，适用于各种需要精确检测温度的 场合。
[0026]
【专利附图】
【附图说明】： 图1是温度检测电路原理图。
[0027] 图2是电源电路图。
[0028] 图3是节能自动AD温度采集监控方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[0030] 一种节能自动AD温度采集监控系统，如图1所示：包括电源接口 V30-T、电阻R2、 温度传感器JI、电阻R16,电阻R17、M0S管、电阻R67和TC0N接口；其中电源接口 V30-T、电 阻R2、温度传感器JI、电阻R16和电阻R17依次串联；串联后的R17端口与M0S管的D极相 连接，M0S管的G极与TC0N接口相连，而M0S管的S极接地；电阻R67 -端接入TC0N接口 与M0S管的G极之间，另一端接地。
[0031] 所述TC0N接口与上位控制器相连，上位控制器可选用低功耗的MCU芯片（比如说： EFM32WG980F256芯片，或其他MCU芯片），保证了计算的精度和运行的效率。
[0032] 所述温度传感器JI的两端头为分别与AD7799芯片的信号采集端口 A1N1+和 A1N1-相连接，温度传感器JI选用高精度的PT1000。
[0033] 所述电阻R16为采样电阻，R16电阻值为1ΚΩ，精度为±0. 1%、温漂为±5PPM/°C 的MFD电阻，电阻R16的两端分别与AD7799芯片的信号采集端口 A1N3+和A1N3-相连接， 可以看出A1N1-与A1N3+的电压值相等。所述AD7799芯片通过其SPI接口与上位控制器 EFM32WG980F256 芯片相连。
[0034] 所述M0S管为电压型，其型号为M0S2302 (也可以是其他满足系统要求的电压型 M0S管)，电压型M0S管相比于电流M0S管具有低能耗的特点，可满足降低系统功耗的目的。
[0035] 电阻R2和电阻R17为两个分压保护电阻，分别防止V30-T输出电压过高，以及采 样电阻R16端的电压过高，电阻R2和电阻R17可以选用电阻值为1ΚΩ，精度为±0. 1%、温 漂为±5PPM/°C的MFD电阻，也可以选用合适的普通电阻，选用精密电阻可增加系统的稳定 性和测量值的准确度，而普通电阻成本低。此外电阻R67的电阻值为1ΜΩ量级，电阻R67 为分压保护电阻，可防止M0S管因为TC0N端口输出的电压过大而损坏的情况。
[0036] 所述电源接口 V30-T所接的电源电路具有稳压和滤波功能，如图2所示：包括VDD B/W上位电源接口、第一电容C1、第二电容C2、单通道线性稳压器（比如说：TLV70430)、第三 电容C3、第四电容C4和下位电源接口 V30-T ;其中VDD B/W上位电源接口、单通道线性稳压 器TLV70430和下位电源接口 V30-T依次串联。第一电容C1和第二电容C2并联后的两端 头分别接VDD B/W上位电源接口和接地，主要作用是滤除VDD B/W端口输出电压的毛刺和噪 声信号，第三电容C3和第四电容C4并联后的两端头分别接V30-T接口和接地，主要作用是 再次滤除单通道线性稳压器TLV70430输出电压的毛刺和噪声信号。这种上位电源接口设 计可以很方便的将本节能自动AD温度采集监控系统接入其他系统模块中，上位电源输出 电压经过两级并联接地电容以及单通道线性稳压器TLV70430的稳压和滤波过程后，输出 到V30-T端口，输出电压稳定且无杂波。可以保证整个温度采集电路系统工作过程中电压 稳定，测量结果准确可靠；上述电源电路也可以采用独立的稳压电源代替。
[0037] 系统工作流程如图3所示：需要进行温度测量时，通过上位控制器 EFM32WG980F256,发出电路开启指令到TC0N端口 ：具体的过程是上位单元输出一个较高的 电平到TC0N端口，该电压大于电路M0S管的阈值电压，使M0S开启，整个温度检测电路形成 回路；此过程相当于打开检测电源。电路连通以后需要根据系统情况延迟8S(延迟时间的 设定根据系统的具体情况而定，通常>3S，本系统为8S)，等待电源电压以及系统电压分布 稳定。
[0038] 此后通过上位控制器设置AD7799芯片的相应通道，先后打开将AD7799芯片的 A1N1+、A1N1-和A1N3+、A1N3-端口，测量出相应的电压值。将采集的高精度电阻R16两端的 电压值，除以R16电阻值1000,计算得出电路的电流值I，即I=V16/1000， 然后根据热电阻PT1000两端的电压值VptzVa^-Vo^w除以电流值得到PT1000的电阻 值：Rpt=Vpt/I。
[0039] 测量过程结束，将AD7799设置为POWER-DOWN模式，并将AD7799芯片的电源开关 PSW打开，以降低功耗。此后控制程序信号通过TC0N端口输入一个较低电压到M0S管的G 端，该电压小于M0S管的阈值电压，使得M0S关闭，使整个电路处于管断的状态，此过程相当 于关闭了温度采集电源开关。
[0040] 最后将得到的AD值对照PT1000分度表，利用线性插差值算法计算出实际温度。由 于AD7799芯片及其控制方法已经成熟，在此对其控制过程不再赘述。
[0041] 本一种节能自动AD温度采集监控系统，通过测量传感器两端和高精度采样电阻 两端电压间接计算出测量温度值，电路简单，采集的温度数据准确可靠，采用集成芯片体 积小巧，可集成化程度高。采用上位控制器控制温度采集电路的开启和关断，当不进行温 度测量时电路关断，没有电量的消耗，节能可高达90%，同时采用低功耗的电压型MOS管、 AD7799低能耗芯片等；分别从系统设计和电路原件角度全面的采用节能设计，优化了系统 性能，降低了系统的功耗，适用于各种需要精确检测温度的场合。
【权利要求】
1. 一种节能自动AD温度采集监控系统，包括上位控制器单元、温度检测电路和多通道 数模转换芯片，其特征是：所述温度检测电路，包括温度传感器J1和采样电阻R16,所述温 度传感器J1和采样电阻R16串联；所述温度传感器J1的两端头和采样电阻R16的两端头 分别与所述多通道数模转换芯片的对应信号采集通道相连；所述多通道数模转换芯片与上 位控制器相连； 上位控制器与所述温度检测电路的控制接口相连，上位控制器通过向所述温度检测电 路的控制接口发送控制信号，以控制所述温度检测电路的连通和关断。
2. 如权利要求1所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是：所述温度检测 电路，包括电源接口 V30-T、电阻R2、温度传感器JI、AD7799芯片、电阻R16,电阻R17、MOS 管、电阻R67和控制接口 TCON ;电源接口 V30-T、电阻R2、温度传感器JI、电阻R16和电阻 R17依次串联；串联后的R17端口与MOS管的D极相连接，MOS管的G极与TCON接口相连， 而MOS管的S极接地；电阻R67 -端接与MOS管的G极与TCON接口之间，另一端接地。
3. 如权利要求2所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是：所述控制接 口 TCON与上位控制器相连，通过上位控制器所发出的控制信号以及对应的高、低电平控制 M0S管开启或关断，从而控制整个温度采集电路的开启或关断。
4. 如权利要求1或2所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是：所述电源 接口 V30-T所接的电源电路包含滤波电容和稳压器。
5. 如权利要求1或3所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是：温度传感 器J1选用高精度的PT1000。
6. 如权利要求1或2所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是：所述采样 电阻电阻R16是电阻值为1ΚΩ，精度为±0. 1%、温漂为±5PPM/°C的MFD电阻。
7. 如权利要求1或所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是：所述多通道 数模转换芯片为AD7799芯片；温度传感器JI的两端头分别与AD7799芯片的信号采集端口 A1N1+和A1N1-相连接；所述采样电阻R16的两端分别与AD7799芯片的信号采集端口 A1N3+ 和A1N3-相连接；所述AD7799芯片通过SPI接口与上位控制器相连。
8. 如权利要求2所述的所述温度检测电路，其特征是：所述M0S管为电压型。
9. 如权利要求1所述的一种节能自动AD温度采集监控系统，其特征是，实现方法包含 以下步骤： 步骤一：控制单元通过控制接口 TCON输出一个较高的电压到M0S管的G端，该电压大 于M0S管的阈值电压，使得M0S开启，从而使温度检测电路形成回路而导通； 步骤二：电路导通后，延迟等待电源稳定； 步骤三：控制单元设置AD7799芯片的相应通道，即先后打开芯片AD7799的A1N1+、 A1N1-和A1N3+、A1N3-端口，测量相应的电压值； 步骤四：将采集到的高精度采样电阻R16两端的电压值V16=V (A1N3+) -V (A1N3-)， 除以R16电阻值，计算得出电路的电流值I，然后根据热电阻PT1000两端的电压值 Vpt=V(AlNl+)-V(AlN3_)除以电流值 I，得到 PT1000 的电阻值：Rpt=Vpt/I ; 步骤五：将AD7799芯片设置为POWER-DOWN模式，并将AD7799芯片的电源开关PSW打 开，以降低功耗； 步骤六：控制单元通过控制接口 TCON输入一个小于M0S管阈值电压的较低电压到M0S 管的G端，使MOS关闭，使温度检测电路处于关断的状态； 步骤七：将得到的PT1000电阻值Rpt对照PT1000分度表，利用线性插差值算法计算出 实际温度。
【文档编号】G01K7/18GK104062025SQ201410324545
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】刘勋 申请人:成都千嘉科技有限公司