CN203811291U - 一种高精度低功耗测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度低功耗测温装置，属于工业测温技术领域。本实用新型包括单片机、电源模块、AD转换模块、显示模块和温度信号采集模块，所述的温度信号采集模块包括温度传感器和电桥温度补偿电路，温度传感器的输出端与电桥温度补偿电路的输入端相连；所述的电桥温度补偿电路的输出端与AD转换模块的输入端相连，该AD转换模块的输出端接入单片机的输入端，所述的显示模块也与单片机相连；所述的电源模块用于给单片机、AD转换模块、温度信号采集模块和显示模块供电。本实用新型使用方便、反应快速、精度高、功耗低，主要完成对工业现场的液体温度测量。

Description

一种高精度低功耗测温装置

技术领域

本实用新型涉及工业测温技术领域，更具体地说，涉及一种高精度低功耗测温装置。

背景技术

温度是一种与人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量。合适的温度对工农业生产的影响不言而喻，温度测量是工农业生产、现代科学研究及高新技术开发过程中一个极其普遍而重要的测温项目。现代电子检测温度技术正朝着高精度、低功耗、可编程以及数字化的方向发展。

经检索，现有技术中已有强调高精度、低功耗的测温装置公开。如中国专利申请号200920304914.1，申请日为2009年6月23日，发明创造名称为：数字式传感器用手持测温装置。该申请案公开了一种数字式传感器用手持测温装置，至少包括测量电路、温度传感器和显示模块，温度传感器是DS18B20，DS18B20串行数据线与单片机的一个I/O口连接，单片机采用低功耗单片机LPC764，单片机的I/O口上连接有显示器和按键开关，显示模块采用LED数码管，电池正负极与单片机电源电路连接。该申请案温度检测方便，使用电池供电可使用一年，但鉴于目前技术的发展，使用电池供电1年已经无法达到低功耗要求，且该申请案使用的数字式温度传感器DS18B20在-10～+85℃范围内理论误差为±0.5℃，检测精度不高，因此，仍需对现有测温装置在检测精度、能耗方面进行进一步改进。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服传统测温装置检测精度低，功耗高的不足，提供了一种高精度低功耗测温装置，本实用新型的测温装置使用方便、反应快速、精度高、功耗低，主要完成对工业现场的液体温度测量。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种高精度低功耗测温装置，包括单片机、电源模块、AD转换模块、显示模块和温度信号采集模块，所述的温度信号采集模块包括温度传感器和电桥温度补偿电路，温度传感器的输出端与电桥温度补偿电路的输入端相连；所述的电桥温度补偿电路的输出端与AD转换模块的输入端相连，该AD转换模块的输出端接入单片机的输入端，所述的显示模块也与单片机相连；所述的电源模块用于给单片机、AD转换模块、温度信号采集模块和显示模块供电。

更进一步地，所述的单片机采用MC9S08LL系列单片机，所述的温度传感器为PT1000铂热电阻，所述的AD转换模块为AD7799型AD转换器，所述的显示模块采用字段式LCD，所用的电源模块为3V电池。

更进一步地，所述的单片机与AD转换模块之间通过SPI总线进行数据传输。

更进一步地，所述的电桥温度补偿电路包括调零电阻R1、定值电阻R2、参考电阻Ref和限流电阻Ri，所述的调零电阻R1和定值电阻R2串联，定值电阻R2的另一端接地；参考电阻Ref与所述的温度传感器PT1000铂热电阻的正极相连，该PT1000铂热电阻的负极接地；所述的调零电阻R1、定值电阻R2的串联线路与参考电阻Ref并联后接限流电阻Ri，限流电阻Ri的另一端与电源模块相连；所述AD转换模块的同相参考输入端Ref+和反相参考输入端Ref-分别取参考电阻Ref两端的电压，该AD转换模块的模拟输入端AIN+与PT1000铂热电阻的正极相连，AD转换模块的另一模拟输入端AIN-连接于调零电阻R1和定值电阻R2之间。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种高精度低功耗测温装置，其单片机采用MC9S08LL系列单片机，当本实用新型的测温装置处于非使用状态时，此系列单片机能够进入超低功耗的休眠状态，其电源模块采用额定容量为2000mAh的3V电池，测温装置的耗能低，节能环保，可持续工作长达三年时间；

(2)本实用新型的一种高精度低功耗测温装置，其温度信号采集模块结合了普通电桥和恒流源驱动电路的优点，减小了导线电阻对测量精度的影响，AD转换器输出的数字量只跟PT1000铂热电阻的零度电阻和参考电阻Ref有关，测量精度高。

附图说明

图1为本实用新型的一种高精度低功耗测温装置的电路框图；

图2为本实用新型中温度信号采集模块的线路连接图；

示意图中的标号说明：

1、温度信号采集模块；2、温度传感器；3、电桥温度补偿电路。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合附图，本实施例的一种高精度低功耗测温装置(参看图1)，包括单片机、电源模块、AD转换模块、显示模块和温度信号采集模块1。所述的温度信号采集模块1包括温度传感器2和电桥温度补偿电路3，本实施例的温度传感器2采用三线制PT1000铂热电阻，温度信号采集模块1的具体连接图参看图2，所述的电桥温度补偿电路3包括调零电阻R1、定值电阻R2、参考电阻Ref和限流电阻Ri，所述的调零电阻R1和定值电阻R2串联，定值电阻R2的另一端接地；参考电阻Ref与所述的温度传感器PT1000铂热电阻的正极相连，该PT1000铂热电阻的负极接地；所述的调零电阻R1、定值电阻R2的串联线路与参考电阻Ref并联后接限流电阻Ri，限流电阻Ri的另一端与电源模块相连；所述AD转换模块的同相参考输入端Ref+和反相参考输入端Ref-分别取参考电阻Ref两端的电压，该AD转换模块的模拟输入端AIN+与PT1000铂热电阻的正极相连，AD转换模块的另一模拟输入端AIN-连接于调零电阻R1和定值电阻R2之间。

本实施例设计的温度信号采集模块1既结合了普通电桥和恒流源驱动电路的优点，又克服了两者的缺陷。减小了导线电阻对测温装置测量精度的影响，AD转换模块输出的数字量只跟PT1000铂热电阻的零度电阻和参考电阻Ref有关。PT1000铂热电阻温度系数为TCR＝3850ppm/K，本实施例的AD转换模块采用低频CMOS芯片AD7799型AD转换器，AD转换器AD7799是一种24位的AD转换器，其非线性度为0.0015％。上述设计保证了本实施例的测温装置的温度分辨率0.01℃，精度达到0.02℃。

AD转换器AD7799的输出端接入单片机的输入端，单片机与AD转换器AD7799之间通过SPI总线进行数据传输，AD转换器AD7799每三秒采集一次温度信号采集模块1的模拟量，并进行AD转换为24位数字量。本实施例的单片机采用8位超低功耗段式LCD微控制器MC9S08LL16，单片机MC9S08LL16接收AD转换器AD7799输入的温度信号数字量，并对接收的温度信号数字量进行线性化补偿和换算，得出具体温度值。所述的显示模块采用微功耗4位段式LCD，字段式LCD受单片机驱动显示温度。本实施例采用的电源模块为额定容量为2000mAh的3V锂-二氧化锰电池，该电源模块用于给单片机、AD转换模块、温度信号采集模块和显示模块供电。

值得说明的是，由于本实施例所使用的各部件均具有体积小巧的特点，本实施例所述的单片机和温度信号采集模块1等可以集成于一块电路板上，制成手持式测温仪，如此运用于工业现场的液体温度测量时携带方便、操作简单。具体使用时，三线制PT1000铂热电阻根据外部温度变化，其阻值也相应变化，AD转换器AD7799每三秒采集一次经电桥温度补偿电路2补偿后的模拟信号，并进行AD转换为24位数字量，AD转换器AD7799通过SPI总线将转换的数字量输送给单片机MC9S08LL16，单片机MC9S08LL16对接收的数字量进行线性化补偿和换算，得出具体温度值后驱动字段式LCD显示。

本实施例的单片机MC9S08LL16和AD转换器AD7799均为低功耗器件，且均采用低频工作方式，字段式LCD也采用静态显示，每三秒刷新一次。测温装置的待机时间为120S，120S后单片机MC9S08LL16进入超低功耗的休眠状态，字段式LCD关闭显示。由于测温装置在不使用时处于休眠状态，因此，测温装置在额定容量为2000mAh的3V电池供电情况下，可持续工作长达三年时间。

实施例1所述的一种高精度低功耗测温装置，PT1000铂热电阻配合自主设计的电桥温度补偿电路3，构成了温度信号采集模块1，使得AD转换器AD7799输出的数字量同电压波动无关，提高了测量精度，使用低功耗元器件配合程序使得测温装置功耗大大降低，节能环保且使用时间长。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种高精度低功耗测温装置，包括单片机、电源模块、AD转换模块和显示模块，其特征在于：还包括温度信号采集模块，所述的温度信号采集模块包括温度传感器和电桥温度补偿电路，温度传感器的输出端与电桥温度补偿电路的输入端相连；所述的电桥温度补偿电路的输出端与AD转换模块的输入端相连，该AD转换模块的输出端接入单片机的输入端，所述的显示模块也与单片机相连；所述的电源模块用于给单片机、AD转换模块、温度信号采集模块和显示模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种高精度低功耗测温装置，其特征在于：所述的单片机采用MC9S08LL系列单片机，所述的温度传感器为PT1000铂热电阻，所述的AD转换模块为AD7799型AD转换器，所述的显示模块采用字段式LCD，所用的电源模块为3V电池。

3.根据权利要求2所述的一种高精度低功耗测温装置，其特征在于：所述的单片机与AD转换模块之间通过SPI总线进行数据传输。

4.根据权利要求2或3所述的一种高精度低功耗测温装置，其特征在于：所述的电桥温度补偿电路包括调零电阻R1、定值电阻R2、参考电阻Ref和限流电阻Ri，所述的调零电阻R1和定值电阻R2串联，定值电阻R2的另一端接地；参考电阻Ref与所述的温度传感器PT1000铂热电阻的正极相连，该PT1000铂热电阻的负极接地；所述的调零电阻R1、定值电阻R2的串联线路与参考电阻Ref并联后接限流电阻Ri，限流电阻Ri的另一端与电源模块相连；所述AD转换模块的同相参考输入端Ref+和反相参考输入端Ref-分别取参考电阻Ref两端的电压，该AD转换模块的模拟输入端AIN+与PT1000铂热电阻的正极相连，AD转换模块的另一模拟输入端AIN-连接于调零电阻R1和定值电阻R2之间。