温度测量装置及其操作方法与流程

本发明总体上涉及一种温度测量装置及其操作方法，更具体地，涉及一种用于空调系统的温度测量装置及其操作方法。

背景技术：

温度测量装置是空调系统的一个重要组成部分，其例如可以用于检测室内温度是否已经达到预设值。图1示出了传统的温度测量装置的典型配置。如图1所示，温度测量装置100包括温度传感器110、连接器120、放大器130、模数转换器140、以及微处理器150。

作为温度传感器110，例如可以采用正温度系数电阻温度传感器(ptc)、负温度系数电阻温度传感器(ntc)、或铂电阻传感器(例如pt1000和pt100)。连接器120用于将温度传感器110的输出连接至放大器130，该放大器130通常由运算放大电路来实现。模数转换器140将放大器130的输出从模拟形式转换为数字形式，以提供给微处理器150。微处理器150根据接收到的数字信号确定相应的温度值，从而得到温度测量结果。虽然图1中将模数转换器140和微处理器150示为分离的部件，但模数转换器140也可以集成在微处理器150内部。

图2具体示出了图1所示的放大器130的电路配置。此外，在图2中模数转换器140被示为集成在微处理器150中。

如图2所示，在放大器130中，电阻器r1连接在运算放大器的正相输入端与电源电压vcc之间，电阻器r4、r5连接至运算放大器的反相输入端。通过改变电阻器r4、r5的电阻值可以改变运算放大器的增益和范围。针对不同类型的温度传感器110，通常需要相应地设置电阻器r4、r5的电阻值，以使放大器的增益和范围与该温度传感器的特性相匹配，否则将难以准确地测量温度。因此，在实际应用中，考虑到不同空调系统采用各种类型的温度传感器的可能性，在设计温度测量部件时往往需要为每一种温度传感器设置相匹配的放大电路，从而导致占用较多的电路板面积，进而使得产品的体积和成本增大。

因此，期望提供一种包括可同时适用于多种类型的温度传感器的放大电路的温度测量装置。此外，还期望能够改进在某些温度范围内的测量精度。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种温度测量装置，包括：放大器，其耦接至温度传感器，并且被配置为对温度传感器输出的感测信号进行放大；处理器，其耦接至放大器，并且被配置为根据温度传感器的类型生成用于控制放大器的一个或多个控制信号，该控制信号控制放大器的增益和工作范围中的至少一个，以使得放大器的工作模式与温度传感器的类型相适应。

此外，本发明提供了一种温度测量装置的操作方法，其中，该温度测量装置包括耦接至温度传感器的放大器以及耦接至放大器的处理器，该操作方法包括：由放大器对温度传感器输出的感测信号进行放大；由处理器根据温度传感器的类型生成用于控制放大器的一个或多个控制信号，该控制信号控制放大器的增益和工作范围中的至少一个，以使得放大器的工作模式与温度传感器的类型相适应。

根据本发明的温度测量装置使用单个处理电路来处理不同类型的温度传感器的感测值，因此一方面可以节省电路板面积，从而减小产品体积和降低成本，另一方面可以扩大产品的适用范围。此外，本发明还可以针对某一温度范围提高测量精度。

附图说明

图1是示出了传统的温度测量装置的配置的框图。

图2是示出了传统的温度测量装置的具体配置的示意图。

图3是示出了根据本发明的温度测量装置的配置的框图。

图4是示出了根据本发明的温度测量装置的示例性具体配置的示意图。

图5示出了图4中的放大器的一个实例电路。

图6至图9分别示出了针对不同类型的温度传感器，放大器输出与温度之间的关系曲线。

图10示出了在不知晓传感器类型的情况下由微处理器执行的方法的流程图。

具体实施方式

图3示意性地示出了根据本发明的温度测量装置的总体配置。如图3所示，温度测量装置300包括连接器320、放大器330、模数转换器340、以及微处理器350。

温度传感器310可以是预先安装在空调系统中的，并且是多种类型的温度传感器中的一种，诸如电阻值随着温度上升而增大的正温度系数(ptc)传感器，电阻值随着温度上升而减小的负温度系数(ntc)传感器，以及铂电阻传感器(例如pt1000和pt100)，等等。

根据本发明的温度测量装置300经由连接器320而连接至已有的温度传感器310。换言之，通过连接器320将温度传感器310的感测信号提供至放大器330的输入端。

经放大器330放大后的感测信号被模数转换器340转换为数字形式，并被输入至微处理器350。

微处理器350根据输入的数字信号确定与感测信号相对应的温度值，从而得到温度测量结果。此外，微处理器350还生成用于控制放大器330的增益和/或范围的控制信号。该控制信号被施加至放大器330，以使得放大器330的工作模式与温度传感器310的类型相适应。由微处理器350生成的控制信号可以是一路或多路信号，并且可以是数字形式或模拟形式，本发明对此不作限制，本领域技术人员易于根据实际应用而做出各种设计。

此外，虽然在图3中将模数转换器340示为与微处理器350分离的部件，但是其也可以集成在微处理器350中。此外，作为另一实现方式，温度传感器310也可以被包括在根据本发明的温度测量装置300中。

图4示出了根据本发明的温度测量装置的一个示例性具体配置。如图4所示，温度测量装置包括连接器420、放大器430以及集成有模数转换器440的微处理器450。可选地，温度测量装置还可以包括温度传感器410。

在放大器430中，电阻器r1、r3连接至运算放大器a的正相输入端，电阻器r5跨接在运算放大器a的反相输入端与输出端out之间。由微处理器450生成的两路控制信号ctrl1和ctrl2经由电阻器r4、r6、r7、r8所构成的电阻网络而输入至运算放大器a的反相输入端。每个控制信号例如可以是逻辑高电平信号、逻辑低电平信号以及高阻态信号中的一种。控制信号ctrl1和ctrl2用于控制运算放大器a的增益和范围，以使其适应于特定类型的温度传感器410。

例如，在使用铂电阻传感器的情况下，由于铂电阻传感器的测温范围很广，而空调系统所关注的测温范围相对较小，因此在所关注的小温度范围内，铂电阻传感器的感测值的动态范围可能很小，因此难以根据该感测值准确地确定温度。为此，需要对铂电阻传感器的感测信号进行放大，以增大信号的动态范围，从而提高分辨率。在此情况下，微处理器450可以生成“高电平”的控制信号ctrl1和“低电平”的控制信号ctrl2，该控制信号将运算放大器a的增益设置为大于1，也就是说，运算放大器a工作在放大模式下，对温度传感器410的输出进行放大。

例如，在使用ntc传感器的情况下，微处理器450可以生成均为“高阻态”的两个控制信号ctrl1和ctrl2，从而将运算放大器a的增益设置为等于1，即，运算放大器a工作在非放大模式下。这是因为在空调系统的测温范围内ntc传感器的感测信号的分辨率通常能够满足要求，因此无需对其进行放大。

作为使用ntc传感器的另一个示例，微处理器450可以生成“高电平”的控制信号ctrl1和“高阻态”的控制信号ctrl2。在该控制信号的作用下，运算放大器a的增益大于1，并且运算放大器a的工作范围被限制在低温范围。也就是说，运算放大器a的输出电压仅在低于某一阈值的温度范围内是有效值，而在高于该阈值的温度范围内无效(例如，是零电压)。

例如，在使用ptc传感器的情况下，微处理器450可以生成“高电平”的控制信号ctrl1和“高阻态”的控制信号ctrl2。在该控制信号的作用下，运算放大器a的增益大于1，即，运算放大器a工作在放大模式下。需要说明的是，尽管本示例中的两个控制信号与上文描述的ntc传感器的另一个示例中的控制信号相同，但本示例中的运算放大器a的输出电压并不被限制在低温范围中有效，这是由于输入至运算放大器a的ntc传感器和ptc传感器的感测信号的特性不同所致。

需要说明的是，图4所示的放大器430的电路配置仅是示意性的，本发明的实施并不要求必须采用所示出的电路。例如，本领域技术人员易于对各个电阻器及其连接方式作出修改。此外，虽然上文中以两个控制信号为例描述了本发明的方案，但本发明并不限于此，本领域技术人员可以根据实际应用而采用更多或更少的控制信号，并且设计出控制信号的其它组合。只要控制信号被设计为能够使得放大器工作在与特定类型的温度传感器相适应的状态，该方案就被包括在本发明的范围内。

图5示出了图4中的放大器的一个实例电路。在该实例电路中，将电源电压vcc设置为5v，将各个电阻器的电阻值分别设置为r1＝6.20kω，r3＝1kω，r4＝499ω，r5＝13.0kω，r6＝1kω，r7＝4.42kω，r8＝8.87kω。

针对图5所示的实例电路，图6-图8分别示出了与不同类型的温度传感器对应的、放大器输出与温度之间的关系曲线。

图6示出了在铂电阻传感器的情况下的放大器输出电压与温度的关系曲线。在此情况下，控制信号ctrl1为“高电平”，控制信号ctrl2为“低电平”，从而使运算放大器a工作在放大模式下。如图6所示，放大器的输出电压随温度的升高而线性增大，这与铂电阻传感器的特性相符。此外，由于放大器进行了放大，所以在空调系统的测温范围内(如-40℃～60℃)该输出电压具有良好的分辨率，这将有利于模数转换器440的量化处理以及微处理器450准确地确定温度。

图7示出了在ntc传感器的情况下的放大器输出电压与温度的关系曲线。在此情况下，控制信号ctrl1和ctrl2均为“高阻态”，运算放大器a工作在非放大模式下。如图7所示，放大器的输出电压随温度的升高而减小，这与ntc传感器的负温度系数特性相符。此外，即使没有对ntc传感器的感测值进行放大，该输出电压在空调系统的测温范围内(如-40℃～60℃)也具有良好的分辨率。

图8示出了在ntc传感器的另一情况下的放大器输出电压与温度的关系曲线。在此情况下，控制信号ctrl1为“高电平”，控制信号ctrl2为“高阻态”，运算放大器a以放大模式工作，并且其输出电压仅在低温范围中有效。如图8所示，放大器的输出电压随温度的升高而减小，当温度达到大约8℃时，放大器的输出电压已经减小为0，因此放大器的工作范围被限制在小于8℃的低温范围中。此外，在例如-50℃～0℃的低温范围中，相比于图7所示的曲线(放大器没有进行放大)，图8的曲线示出了输出电压具有更大的动态范围。也就是说，由于在该低温范围中放大器进行了放大，所以改善了输出电压的分辨率，从而可以提高针对该温度范围的测量精度。

图9示出了在ptc传感器的情况下的放大器输出电压与温度的关系曲线。在此情况下，控制信号ctrl1为“高电平”，控制信号ctrl2为“高阻态”，运算放大器a以放大模式工作。如图9所示，放大器的输出电压随温度的升高而升高，这与ptc传感器的正温度系数特性相符。

需要说明的是，图6至图9所示的曲线是基于图5中的实例电路而绘制的，旨在说明本发明的原理，而并不意图限制本发明。本领域技术人员可以通过修改图5所示的实例电路(例如电阻值，连接方式等)以及/或者适当地设置控制信号，来使得受控制的放大器的输出电压最佳地符合传感器的特性。

以上基于数字形式的控制信号描述了本发明的方案。此外，在本发明中，控制信号也可以用电平连续变化的模拟电压信号来实现。在此情况下，可以利用数模转换器(dac)或脉宽调制(pwm)脉冲滤波电路来产生模拟电压。模拟形式的控制信号能够更加灵活地调节放大器的增益和工作范围。

此外，优选地，本发明还可应用于不预先知晓传感器的类型的情况。针对这种情况，根据本发明的温度测量装置能够自动地检测传感器的类型，并且施加相应的控制信号。图10示出了在此情况下由微处理器执行的方法的流程图。如图10所示，微处理器首先在步骤s1010假定温度传感器是pt电阻传感器，并且将对应于pt电阻传感器的控制信号(例如，“高电平”的控制信号ctrl1和“低电平”控制信号ctrl2)施加于放大器，然后在步骤s1020判定放大器的输出电压是否符合pt电阻传感器的特性(例如，图6所示的曲线)。在判定结果为“是”的情况下，微处理器确定所采用的温度传感器是pt电阻传感器，因此保持向放大器施加先前的控制信号，并且基于放大器的输出电压来确定温度，如步骤s1030所示。

反之，在判定结果为“否”的情况下，微处理器再假定温度传感器是ntc传感器，并且将适用于ntc传感器的控制信号(例如，均为“高阻态”的控制信号ctrl1和ctrl2)施加于放大器，如步骤s1040所示。然后，在步骤s1050，微处理器判定放大器的输出电压是否符合ntc传感器的特性(例如，图7或图8所示的曲线)。在判定结果为“是”的情况下，微处理器确定所采用的温度传感器是ntc传感器，因此继续向放大器施加先前的控制信号，并且基于放大器的输出电压来确定温度，如步骤s1060所示。

反之，在判定结果为“否”的情况下，微处理器假定温度传感器是ptc传感器，并且将对应于ptc传感器的控制信号施加于放大器，然后判定放大器的输出电压是否符合ptc传感器的特性，从而验证温度传感器的类型，如步骤s1070所示。步骤s1070的处理与针对pt电阻传感器或ntc传感器的处理类似，故不再赘述。

需要说明的是，微处理器假定各种温度传感器的顺序不限于图10所示的顺序，例如，微处理器可以在步骤s1010中首先假定采用的是ntc传感器。

通过图10所示的方法，即使在不预先知晓空调系统中所采用的传感器的类型的情况下，根据本发明的微处理器也可以自动地检测所使用的传感器的类型，而无需人工指示。一旦确定传感器的类型之后，微处理器保持向放大器施加相应的控制信号，放大器因此输出与该类型的传感器的特性相符的输出电压，随后微处理器可以基于该输出电压而确定温度，从而得到温度测量结果。

以上已经结合附图描述了本发明的温度测量装置。相比于针对每一种温度传感器都设置处理电路的传统温度测量装置而言，本发明可以仅使用单个处理电路来处理不同类型的温度传感器的感测值，因此节省了电路板面积，减少了连接器的数量(只需一个连接器)，从而有利于减小产品体积和降低成本。此外，本发明通过控制放大器的工作范围和增益，还可以针对特定温度范围提高测量精度。此外，本发明能够自动检测所使用的温度传感器的类型，并相应地设置放大器，而无需人工操作的介入。

本发明可以通过软件、硬件、或者软件和硬件的组合来实现。包括在软件中的程序可以预先存储在设备内部或外部的存储介质中。例如，在执行期间，这些程序可以被写入随机存取存储器(ram)并且由处理器来执行，从而实现在本文中描述的各种功能或处理。处理器例如可以实现为中央处理单元(cpu)或片上系统(soc)。

在本文中，当某一个部件或元件被称为“连接至另一个部件或元件”或“耦接至另一个部件或元件”时，其可以直接地连接或耦接至另一个部件或元件，或者可以存在中间部件或元件。相反，当其被称为“直接连接至另一个部件或元件”或“直接耦接至另一个部件或元件”时，可以不存在中间部件或元件。

本文中所描述的部件或单元仅是逻辑意义上的，并不严格对应于物理装置或实体。例如，本文所描述的每个部件的功能可能由多个物理实体来实现，或者，本文所描述的多个部件的功能可能由单个物理实体来实现。此外，在一个实施例中描述的特征、部件、元素、步骤等并不局限于该实施例，而是也可以应用于其它实施例，例如替代其它实施例中的特定特征、部件、元素、步骤等，或者与其相结合。

本发明的范围不限于以上结合附图详细描述的实施例以及技术效果。本领域技术人员应该理解的是，取决于设计要求和其他因素，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，可以对本文中所提供的实现方式进行各种修改或变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同方案来限定。

此外，本发明也可被配置如下。

(1)一种温度测量装置，包括：

放大器，其耦接至温度传感器，并且被配置为对所述温度传感器输出的感测信号进行放大；

处理器，其耦接至所述放大器，并且被配置为根据所述温度传感器的类型生成用于控制所述放大器的一个或多个控制信号，所述控制信号控制所述放大器的增益和工作范围中的至少一个，以使得所述放大器的工作模式与所述温度传感器的类型相适应。

(2)根据(1)所述的温度测量装置，其中，所述温度传感器是铂电阻温度传感器，并且所述处理器生成使得所述放大器的增益大于一的控制信号。

(3)根据(1)所述的温度测量装置，其中，所述温度传感器是负温度系数(ntc)温度传感器，并且所述处理器生成使得所述放大器的增益等于一的控制信号，或者生成使得所述放大器的增益大于一且工作范围为低温范围的控制信号。

(4)根据(1)所述的温度测量装置，其中，所述控制信号包括逻辑高电平信号、逻辑低电平信号、以及高阻态信号中的至少一种。

(5)根据(1)所述的温度测量装置，其中，所述控制信号是电平连续变化的模拟电压信号。

(6)根据(1)所述的温度测量装置，其中，所述处理器还被配置为：

生成与预定类型的温度传感器相对应的预定控制信号，以施加至所述放大器；

确定所述放大器在所述预定控制信号的控制下输出的信号是否符合所述预定类型的温度传感器的特性；

在所述输出的信号符合所述特性的情况下，确定所述放大器所耦接的温度传感器是所述预定类型的温度传感器。

(7)根据(6)所述的温度测量装置，其中，所述处理器还被配置为在确定所述放大器所耦接的温度传感器是所述预定类型的温度传感器之后，保持向所述放大器施加所述预定控制信号，以及基于所述放大器输出的信号来确定温度。

(8)根据(1)所述的温度测量装置，还包括：

连接器，其被配置为将所述温度传感器连接至所述放大器；

模数转换器，其被配置为对所述放大器的输出信号进行模数转换，并且将经转换的信号提供至所述处理器。

(9)一种温度测量装置的操作方法，其中，所述温度测量装置包括耦接至温度传感器的放大器以及耦接至所述放大器的处理器，

所述操作方法包括：

由所述放大器对所述温度传感器输出的感测信号进行放大；

由所述处理器根据所述温度传感器的类型生成用于控制所述放大器的一个或多个控制信号，所述控制信号控制所述放大器的增益和工作范围中的至少一个，以使得所述放大器的工作模式与所述温度传感器的类型相适应。

(10)根据(9)所述的操作方法，还包括：

所述处理器生成与预定类型的温度传感器对应的预定控制信号以施加至所述放大器，并且确定所述放大器在所述预定控制信号的控制下输出的信号是否符合所述预定类型的温度传感器的特性；

在所述输出的信号符合所述特性的情况下，所述处理器确定所述放大器所耦接的温度传感器是所述预定类型的温度传感器。

(11)根据(10)所述的操作方法，还包括：在确定所述放大器所耦接的温度传感器是所述预定类型的温度传感器的情况下，所述处理器保持向所述放大器施加所述预定控制信号，并且基于所述放大器输出的信号来确定温度。

(12)根据(9)所述的操作方法，其中，所述温度传感器是铂电阻温度传感器，并且所述处理器生成使得所述放大器的增益大于一的控制信号。

(13)根据(9)所述的操作方法，其中，所述温度传感器是负温度系数(ntc)温度传感器，并且所述处理器生成使得所述放大器的增益等于一的控制信号，或者生成使得所述放大器的增益大于一且工作范围为低温范围的控制信号。

(14)根据(9)所述的操作方法，其中，所述控制信号包括逻辑高电平信号、逻辑低电平信号、以及高阻态信号中的至少一种。

(15)根据(9)所述的操作方法，其中，所述控制信号是电平连续变化的模拟电压信号。