室內溫度智能採集器的製作方法
2023-09-13 17:05:15 4
專利名稱：室內溫度智能採集器的製作方法
技術領域：
本發明是ー種指示室內溫度的測溫裝置，是ー款採用高精度測溫元件，低功耗集成電路設計的智能電子產品，廣泛應用於熱カ行業及其它需要測量室內溫度的環境中。
背景技術：
目前，公知的智能測溫裝置是由溫度傳感單元、信號轉換單元、信號處理單元、溫度顯示單元以及通訊單元等組成。首先由溫度傳感單 元採集溫度信號並進行處理，再經過信號轉換電路轉換成數位訊號後，送給信號處理單元進行信號處理與計算，結果在顯示裝置上顯示出來或通過通訊単元傳給其它設備。這種傳統的測溫方法由於測溫元件的非線性導致測量範圍小，測溫誤差大，不適用於高精度的測溫環境中。另外，採用傳統電路設計，體積大。功耗高，在實際應用中存在安裝、取電麻煩等問題。
發明內容
為了克服現有的測溫裝置存在的測溫誤差大、功耗高等缺點，本發明提供了ー種測溫裝置，該裝置不僅測溫精度高，功耗低，而且採用太陽能充電，待機時間長、節能環保。本發明解決其技術問題所採取的技術方案是I)採用低功耗電子元器件設計本測溫裝置電路以低功耗為設計原則。測溫傳感器採用一款單總線可編程智能溫度傳感器DS18B20，它將A/D轉換器、寄存器、接ロ電路集成在一個晶片中，可以直接輸出數位訊號，其體積小、系統結構簡單，是ー種微型、低功耗的溫度測量器件。微處理器採用ATmega8，ATmega8是基於增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，具有五種休眠模式，空閒模式時耗電I. OmA,掉電模式時耗電O. 5 μ A。顯不米用段式液晶ΗΤ1621驅動，低功耗IXD，工作電流O. 1mA。2)利用軟體對測溫元件進行線性修正及補償利用測溫原理降低非線性誤差由於DS18B20的解析度為9 12位可編程，為了得到較高精度的溫度，可採用12位模式，理論上最小溫度解析度為O. 0625°C。但由於受各種因素影響，DS18B20測量溫度的解析度真實值只有O. 5°C，本系統設計巧妙結合DS18B20的內部結構，進ー步提高其解析度。採用分段線性及最小二乗法降低線性誤差通過以上方法理論上可以得到O. rc範圍內的誤差，但由於受各種因數的影響。往往誤差範圍能達到O. 5°C。通過分析，得知誤差主要來源於晶片內部半導體熱噪聲。其類型為線性誤差，井隨溫度的上升而誤差増大。為了提高測試精度，對於不同的溫度區間應採用不同的修正係數，利用有效數學模型，進ー步提高測溫精度。3)採用鋰電池供電，太陽能充電系統供電部分採用鋰離子電池供電，體積小、容量大、安裝更換方便。正常工作時採用太陽能充電模式，特殊情況下，可通過切換開關切換到DC5-24V充電模式。
本發明的有益效果是，可以降低測溫誤差，使誤差範圍達到O. 1°C以內；可以實現低功耗，有效的利用太陽能供電，節能環保。
圖I :系統結構2 :降低非線性誤差原理圖。
具體實施例方式在圖I中，溫度傳感器DS18B20感應環境溫度，經過內部電路處理後，將數位訊號傳送到微處理器ATmegaS，信號經ATmegaS計算處理後送至LED顯示，同時經過D/A轉換，變成4-20mA信號輸出(功能可選)，溫度信號也可以通過通訊方式由外部設備讀取，支持RS232/485接ロ，標準Modbus RTU協議。設備運行中的電源指示、通訊狀態和故障狀態由狀態指示單元顯示。電源部分由鋰電池、太陽能電池板及直流5-24V電源接ロ組成，可通過撥碼開關切換供電模式。在圖2中，高溫度係數振蕩器確定ー個門控周期，然後在此門控周期內通過對低溫度係數振蕩器的時鐘個數進行計數便可測量溫度。在計數器和溫度寄存器內均預置了對應於_55°C的初值，如果在門控周期結束前，計數器的值沒有減到零，就表明當前測量溫度高於_55°C，溫度寄存器中的值要增加。同時，斜率累加器再給計數器預置初值，計數器重新計數到零。若門控周期沒有計數，則重複上述過程。利用下式可計算出高解析度的溫度值T = temp_read-0. 25+(count_per_degree-count_remain)/count_per_degree其中，temp_read DS18B20中讀出的溫度讀數；count_per_degree :姆攝氏度的計數值；count remain :門控周期結束時計數器中的餘數。通過以上方法理論上可以得到O. 1°C範圍內的誤差，但由於受各種因數的影響，往往誤差範圍能達到O. 5°C。通過分析，得知誤差主要來源於晶片內部半導體熱噪聲，其類型為線性誤差，井隨溫度的上升而誤差増大。為了提高估計精度，對於不同的溫度區間應採用不同的修正係數。設該系統的線性誤差模型如下T = KT Y +C其中，T為測量值，T Y為真實值(採用更高精度MS6506測量而得)，K為隨溫度變化的線性誤差修正係數，C為誤差補償參數。建立了 DS18B20的誤差模型後，通過試驗來估計誤差模型的參數。設被估計量X是η維隨機向量，為了得到其估計量，對它進行k次線性觀測得到z = HiX+V, (i = 1,2,…k)該式可寫成
權利要求
1.一種室內溫度智能採集器，由溫度傳感器採集溫度信號並進行處理，送給信號處理器進行信號處理與計算，結果在顯示裝置上顯示出來或通過通訊單元傳給其它設備，其特徵是利用軟體對測溫元件進行修正及補償，採用低功耗電子元器件設計，鋰電池供電，太陽能充電。
2.根據權利要求I所述的室內溫度智能採集器，其特徵是利用DS18B20的測溫原理降低非線性誤差，採用分段線性及最小二乘法降低線性誤差。
3.根據權利要求I所述的室內溫度智能採集器，其特徵是採用低功耗電子元器件設計，鋰電池供電，太陽能充電。
全文摘要
室內溫度智能採集器，一種指示室內溫度的測溫裝置。由溫度傳感器採集溫度信號並進行處理，送給信號處理器進行信號處理與計算，結果在顯示裝置上顯示出來或通過通訊單元傳給其它設備。利用DS18B20的測溫原理降低非線性誤差，採用分段線性及最小二乘法降低線性誤差，提高測溫精確度。採用低功耗電子元器件設計，鋰電池供電，太陽能充電。
文檔編號G01K1/00GK102680121SQ201110055018
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者樊克強 申請人:北京君禾盛世環保科技有限公司