专利名称：智能温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种广泛用于温度测量领域的智能型传感器，是计算机技术、通讯技术和测量技术相结合的产物。
背景技术：
汽车与工程车辆使用的各种温度传感器普遍存在精度较低、非线性严重、以模拟方式传送信号干扰大等缺点。以目前车辆上经常使用的温度传感器为例，其原理是将传感器、显示仪表(微安表头)、和汽车电源串联，温度的变化引起传感器电阻变化，使串联电路的阻抗发生变化，从而使流过显示仪表的电流发生变化，达到指示温度的目的。指示精度与传感器特性和电源电压密切相关，这种电路的优点是电路简单。近几年发展起来的集成温度传感器以成本低、精度高而得到了广泛应用，但在汽车及工程车辆上使用较少，主要原因有以下几个方面；其一，集成温度传感器的精度较高，超过了一般显示仪表的指示精度，所以即使采用了高精度的传感器也得不到应有的精度。其二，新型集成温度传感器一般由半导体材料加工，制造成本的限制使其抗电流冲击的能力比较差，所以直接将其用于汽车和工程车辆中比较容易损坏。其三，模拟信号直接进行传输必然引入干扰，特别是在恶劣工作状况下的汽车和工程车辆，经常发生接触不良、强电磁干扰等，导致仪表指示不准确。两种常用传感器均采用模拟信号传送，若一个设备上使用多个温度传感器，势必使用大量的引线，造成设备线束复杂，降低系统可靠性。
申请号为02150406、申请人为株式会社东芝、发明名称为具有调整功能的温度传感器电路的专利申请，其权利要求为“一种温度传感器电路，包括温度检测电路，其被构成为产生与环境温度和电流对应的第1温度电压；设定值保存电路，其以数字值保持与预定的环境温度有关的预先被设定的第2温度电压；以及电流供给电路，其将所述电流供给所述温度检测电路，该电流供给电路供给所述电流，使得所述第2温度电压和所述规定的环境温度中所述温度检测电路产生的所述第1温度电压相等。”
申请号为00239779、申请人为吴旭日、实用新型名称为一种温度传感处理电路装置的专利，其权利要求为“一种温度传感处理电路装置，由分立元件组成的施密特触发器和宽度调整电路及延时电路等构成，其结构特征是；A)普通小功率双极性三极管T1、T2和电阻R1、R2、R3组成施密特触发器电路；B)普通小功率双极性三极管T3和电阻R4、R5、R6组成温度窗口宽度调整电路；C)电解电容C和电阻R7、R8、R9、R10组成延时电路；D)普通小功率双极性三极管T 4组成输出缓冲电路；四个部分的组合方式是施密特触发器电路的输入端接由热敏电阻NTC输出的缓慢变化的电压信号，施密特触发器电路的输出端接延时电路的输入端，延时电路的输出端的一路接输出缓冲电路，另一路接温度窗口宽度调整电路的输入，输出缓冲电路接执行部件，如继电器，温度窗口宽度调整电路接入热敏电阻NTC和其它电阻组成的网络中，用来调整温度窗口的宽度。
申请号为03155919、申请日为2003年8月26日、申请人为精工爱普生株式会社、发明名称为温度传感电路、半导体集成电路及其调整方法的专利中请，提供了一种温度传感电路，其包括基准电压发生电路(110)发生基准电压。熔断电路(调整电路)(120)电阻分割基准电压，输出可调的第一分压。电流发生电路(130)根据作为栅极电压的第一分压发生电流。电压发生电路(140)具有发生与该电流对应的模拟电压的二极管元件。模拟电压可以通过与电压输出器连接的运算放大器(142)输出。模拟电压通过A/D转换电路(150)转换为数字值。A/D转换电路(150)使用计数器(156)的计数值对由可变控制电路(154)控制的第二分压和模拟电压在比较器(152)上进行比较，根据该比较结果，存入寄存器(160)。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种测量精度高、抗干扰能力强的智能温度传感器。
为了实现本实用新型的目的，本实用新型智能温度传感器包括单片计算机、温度传感器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口。单片计算机由单片计算机集成电路、上拉电阻和电源滤波电容组成，它与收发器连接，通过收发器接受从外部接口发送来的指令，根据指令的要求，从温度传感器读取数据、或者对温度传感器进行校准、或者进行系统故障检测，测量的数据暂存于单片计算机内部寄存器中，经过单片计算机处理后，通过收发器发送到外部接口上。温度传感器由传感器和滤波电容组成，它将传感器所处的环境温度变换为与之成正比的电压，该电压输入到单片计算机，进行温度测量。集成稳压器由稳压集成电路和滤波电容组成，它为单片计算机、温度传感器提供稳定的直流工作电源。收发器由收发集成电路、唤醒电路、负载电路、与单片计算机的接口电路组成，系统上电后唤醒电路使收发器处于待命状态，外部接口发送的指令通过收发器转换为单片计算机接受的数字指令，并为单片计算机所执行，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口。电源滤波保护器由保护二极管、电感和电容组成，防止电源反接，滤除外部干扰信号，为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源。外部接口为智能温度传感器提供能源并完成指令的输入和数据。
根据所述的智能温度传感器，其特征在于所述的单片计算机由单片计算机集成电路U2、上拉电阻R3、上拉电阻R4、电容C3组成，集成稳压器送来的稳压直流电Vcc经过电容C 3滤波后，加在单片计算机的电源输入端，Vss端接电源地端；温度传感器输出的电压信号通过TEMP信号线接到单片计算机集成电路U2的GP2端，GP2端是单片计算机的模拟/数字转换输入端；单片计算机集成电路的GP3引脚通过RXD信号线接收收发器发送来的指令；单片计算机集成电路的GP4引脚通过TXD信号线向收发器发送数据；单片计算机集成电路的GP5引脚通过SLP信号线控制收发器，使其进入低功耗状态；电阻R3、R4为上拉电阻，为RXD信号线和TXD信号线提供直流通路。
根据所述的智能温度传感器，其特征在于所述的温度传感器由温度传感集成电路U4和滤波电容C5组成，集成稳压器输出的直流电经过电容C5滤波后，施加于温度传感集成电路U4的Vcc电源引脚，温度传感集成电路U4的GND引脚与电源地线连接，温度传感集成电路U4的Vout引脚输出与温度成正比的电压信号，此电压信号通过TEMP信号线输出到单片计算机的模拟/数字转换输入端GP2。
根据所述的智能温度传感器，其特征在于所述的集成稳压器由稳压集成电路U3和滤波电容C4组成，电源滤波保护器输出的直流电压VBAT施加于稳压集成电路U3引脚Vin，稳压集成电路U3的GND引脚与地线相连，稳压集成电路U3的电压输出引脚输出稳定的电压，经过电容C4滤波后，通过信号线VCC为单片计算机、温度传感器提供工作电压。
根据所述的智能温度传感器，其特征在于所述的收发器电路由收发集成电路U1、二极管D1、电阻R1、R2、电容C1、C2组成，经过电源滤波保护器送来的直流电压VBAT施加到收发集成电路U1的BAT端，为收发集成电路U1提供工作电源；电阻R2和电容C2构成一个上电唤醒电路，与收发集成电路U1的WAKE引脚连接，使收发集成电路U1在电源供电后处于就绪状态；二极管D1和电阻R1构成通讯信号线LIN的负载，电容C1用来控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰；LIN信号线与外部接口相连；信号线RXD、TXD和SLP与单片计算机集成电路U2的GP3、GP4和GP5相连，收发器将外部接口信号线LIN送来的指令信号转换为单片计算机接收的信号，通过RXD信号线传送给单片计算机，单片计算机发送的数据通过TXD信号线送给收发器，收发器将数据信号转换为适合外部接口传送的信号，并通过LIN信号线发送到外部接口上。
根据所述的智能温度传感器，其特征在于所述的电源滤波保护器由保护二极管D2、电感L1、电容C6构成，电感L1和电容C6组成L滤波电路，保护二极管采用肖特基二极管；外部接口的电源经过保护二极管D2施加于电感L1和电容C6组成的L滤波电路，经过滤波的外部电压通过信号线VBAT送到收发器和集成稳压器。
根据所述的智能温度传感器，其特征在于外部接口由输入电源线、收发信号线和地线组成。
本发明与传统的温度传感器相比具有以下显著优点。第一，采用集成温度传感器，测量精度高。第二，利用单片计算机对模拟信号进行数字化，可采用数字滤波消除各种干扰。第三，采用单片计算机后，可以实现对传感器系统的故障检测，也可以实现对传感器的数字校正。第四，采用抗干扰能力强的数字信号收发电路，它可以接收外部接口发送的指令，并根据指令要求完成设定的任务，向外部接口发送采集的数据。第五，采用一种新型的总线接口，使用三条导线作为传感器供电和传送数据的载体，可大大提高传感器可靠性。第六，利用本发明可将最多16个传感器组成一个局域网络，在传感器管理系统控制下实现多传感器数据融合。第七，使用独立的地线，防止电瓶地线接触不良、马达启停、发电机调节器损坏造成的瞬间高压对传感器的冲击。
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型的电路原理图。
图3为单片计算机软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的内容。
本实用新型电路原理框图如图1所示。本实用新型包括单片计算机、温度传感器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口。
通过外部接口为智能温度传感器加12V电源以后，经过电源滤波保护器后，施加于集成稳压器和收发器上，在这个直流电源作用下，收发器唤醒电路工作，使收发器处于就绪状态；集成稳压器输出的稳定5V电压为单片计算机和温度传感器提供工作电源，单片计算机的内部复位电路工作，使其处于就绪状态，温度传感器输出与环境温度成正比的电压信号，温度电压信号接在单片计算机的模拟/数字转换输入端。
通过外部接口向收发器发送一个规定的指令；收发器响应输入的指令，将输入指令转换为单片计算机能够接受的指令，通过与单片计算机的接口电路，将该指令发送给单片计算机；单片计算机接收该指令，根据指令的要求，启动模拟/数字转换电路，将温度传感器的电压信号转换为二进制数字信号，并储存在单片计算机的内部存储器中，单片计算机根据指令对采集的温度数据进行处理，处理完毕后，通过与收发器的接口电路，将数据发送给收发器；收发器接收到单片计算机送来的数据后，将其进行电平转换，然后发送到外部接口上。
利用智能温度传感器可以接收外部命令的特点，可以对传感器进行数字编址，利用三条导线(称为总线)将多个智能温度传感器(或相同结构的其它传感器)的外部接口连接起来，构成一个传感器网络；通过三根导线为所有智能温度传感器提供电源，读取智能温度传感器的指令含有编址信息，只有指令编址信息与智能传感器编址信息相同的传感器才响应指令，其它传感器仍然处于就绪状态。由于收发器驱动能力的限制，在一个传感器网络上最多可以接16个相同结构的智能温度传感器。
本实用新型电路原理图如图2所示，包括单片计算机、温度传感器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口。
单片计算机由单片计算机集成电路U2、上拉电阻R3、上拉电阻R4、电容C3组成，集成稳压器送来的稳压直流电Vcc经过C3滤波后，加在单片计算机的电源输入端，Vss接电源地端；温度传感器输出的电压信号通过TEMP信号线接到单片计算机集成电路U2的GP2端，GP2端是单片计算机的模拟/数字转换输入端；单片计算机集成电路的GP3引脚通过RXD信号线接收收发器发送来的指令；单片计算机集成电路的GP4引脚通过TXD信号线向收发器发送数据；单片计算机集成电路的GP5引脚通过SLP信号线可控制收发器，使其进入低功耗状态；电阻R3、R4为上拉电阻，为RXD和TXD提供直流通路。
温度传感器由温度传感集成电路U4和滤波电容C5组成，集成稳压器输出的5V直流电经过电容C5滤波后，施加于温度传感集成电路U4的Vcc电源引脚，温度传感集成电路U4的GND引脚与电源地线连接，温度传感集成电路U4的Vout引脚输出与温度成正比的电压信号，此电压信号通过TEMP信号线输出到单片计算机的模拟/数字转换输入端GP2。
集成稳压器由稳压集成电路U3和滤波电容C4组成，电源滤波保护器输出的直流电压VBAT施加于稳压集成电路U3引脚Vin，稳压集成电路U3的GND引脚与地线相连，稳压集成电路U3的+5V引脚输出稳定的5V电压，经过电容C4滤波后，通过信号线VCC为单片计算机、温度传感器提供工作电压。
收发器由收发集成电路U1、二极管D1、电阻R1、R2、电容C1、C2组成，经过电源滤波保护器送来的直流电压VBAT施加到收发集成电路U1的BAT端，为收发集成电路U1提供工作电源；电阻R2和电容C2构成一个上电唤醒电路，与收发集成电路U1的WAKE引脚连接，使收发集成电路U1在电源供电后处于就绪状态；二极管D1和电阻R1构成通讯信号线LIN的负载，电容C1用来控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰；LIN信号线与外部接口相连，可接收外部接口送来的指令，也可将单片计算机发送来的数据通过LIN信号线送到外部接口；信号线RXD、TXD和SLP与单片计算机集成电路U2的GP3、GP4和GP5相连，收发器将外部接口信号线LIN送来的指令信号转换为单片计算机接收的信号，通过RXD信号线传送给单片计算机，单片计算机发送的数据通过TXD信号线送给收发器，收发器将数据信号转换为适合外部接口传送的信号，并通过LIN信号线发送到外部接口上。
电源滤波保护器由保护二极管D2、电感L1、电容C6构成，外部接口的+12V电源线经过保护二极管D2施加于电感L1和电容C6组成的L滤波电路，保护二极管D2采用肖特基二极管，如果外部接口电源接反，保护二极管D2处于截止状态，保护智能温度传感器免于损坏，正常状态下D2只有很小的压降；经过电感L 1和电容C6滤波的外部电压通过信号线VBAT送到收发器和集成稳压器。
外部接口J1是一个三芯的接头，分别是+12V电源线、LIN信号线和地线，利用该接口可以读取温度数据，也可以对温度传感器进行校准、或者进行系统故障检测。
权利要求1.一种智能温度传感器，其特征在于包括单片计算机、温度传感器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口；单片计算机由单片计算机集成电路、上拉电阻和电源滤波电容组成，它与收发器连接，通过收发器接受从外部接口发送来的指令，根据指令的要求，从温度传感器读取数据、或者对温度传感器进行校准、或者进行系统故障检测，测量的数据暂存于单片计算机内部寄存器中，经过单片计算机处理后，通过收发器发送到外部接口上；温度传感器由传感器和滤波电容组成，它将传感器所处的环境温度变换为与之成正比的电压，该电压输入到单片计算机，进行温度测量；集成稳压器由稳压集成电路和滤波电容组成，它为单片计算机、温度传感器提供稳定的直流工作电源；收发器由收发集成电路、唤醒电路、负载电路、与单片计算机的接口电路组成，系统上电后唤醒电路使收发器处于待命状态，外部接口发送的指令通过收发器转换为单片计算机接受的数字指令，并为单片计算机所执行，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口；电源滤波保护器由保护二极管、电感和电容组成，防止电源反接，滤除外部干扰信号，为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源；外部接口为智能温度传感器提供能源并完成指令的输入和数据。
2.根据权利要求1所述的智能温度传感器，其特征在于所述的单片计算机由单片计算机集成电路U2、上拉电阻R3、上拉电阻R4、电容C3组成，集成稳压器送来的稳压直流电Vcc经过电容C 3滤波后，加在单片计算机的电源输入端，Vss端接电源地端；温度传感器输出的电压信号通过TEMP信号线接到单片计算机集成电路U2的GP2端，GP2端是单片计算机的模拟/数字转换输入端；单片计算机集成电路的GP3引脚通过RXD信号线接收收发器发送来的指令；单片计算机集成电路的GP4引脚通过TXD信号线向收发器发送数据；单片计算机集成电路的GP5引脚通过SLP信号线控制收发器，使其进入低功耗状态；电阻R3、R4为上拉电阻，为RXD信号线和TXD信号线提供直流通路。
3.根据权利要求1所述的智能温度传感器，其特征在于所述的温度传感器由温度传感集成电路U4和滤波电容C5组成，集成稳压器输出的直流电经过电容C5滤波后，施加于温度传感集成电路U4的Vcc电源引脚，温度传感集成电路U4的GND引脚与电源地线连接，温度传感集成电路U4的Vout引脚输出与温度成正比的电压信号，此电压信号通过TEMP信号线输出到单片计算机的模拟/数字转换输入端GP2。
4.根据权利要求1所述的智能温度传感器，其特征在于所述的集成稳压器由稳压集成电路U3和滤波电容C4组成，电源滤波保护器输出的直流电压VBAT施加于稳压集成电路U3引脚Vin，稳压集成电路U3的GND引脚与地线相连，稳压集成电路U3的电压输出引脚输出稳定的电压，经过电容C4滤波后，通过信号线VCC为单片计算机、温度传感器提供工作电压。
5.根据权利要求1所述的智能温度传感器，其特征在于所述的收发器电路由收发集成电路U1、二极管D1、电阻R1、R2、电容C1、C2组成，经过电源滤波保护器送来的直流电压VBAT施加到收发集成电路U1的BAT端，为收发集成电路U1提供工作电源；电阻R2和电容C2构成一个上电唤醒电路，与收发集成电路U1的WAKE引脚连接，使收发集成电路U1在电源供电后处于就绪状态；二极管D1和电阻R1构成通讯信号线LIN的负载，电容C1用来控制通讯过程中的电压上升沿和下降沿，降低电磁辐射而造成的干扰；LIN信号线与外部接口相连；信号线RXD、TXD和SLP与单片计算机的GP3、GP4和GP5相连，收发器将外部接口信号线LIN送来的指令信号转换为单片计算机接收的信号，通过RXD信号线传送给单片计算机，单片计算机发送的数据通过TXD信号线送给收发器，收发器将数据信号转换为适合外部接口传送的信号，并通过LIN信号线发送到外部接口上。
6.根据权利要求1所述的智能温度传感器，其特征在于所述的电源滤波保护器由保护二极管D2、电感L1、电容C6构成，电感L1和电容C6组成L滤波电路，保护二极管采用肖特基二极管；外部接口的电源经过保护二极管D2施加于电感L1和电容C6组成的L滤波电路，经过滤波的外部电压通过信号线VBAT送到收发器和集成稳压器。
7.根据权利要求1所述的智能温度传感器，其特征在于所述的外部接口由输入电源线、收发信号线和地线组成。
专利摘要一种智能温度传感器，应用于汽车、工程车辆和各种温度测量场合。包括单片计算机、温度传感器、集成稳压器、收发器、电源滤波保护器和外部接口。单片计算机通过收发器接受从外部接口发送来的指令。温度传感器将传感器所处的环境温度变换为与之成正比的电压，输入到单片计算机进行温度测量。集成稳压器提供稳定的直流工作电源；收发器将外部接口发送的指令转换为单片计算机接受的数字指令，执行的结果由单片计算机通过收发器发送到外部接口。电源滤波保护器为集成稳压器和收发器提供平稳的输入电源。外部接口提供能源并完成指令的输入和数据的输出。本实用新型采用集成温度传感器，测量精度高，抗干扰能力强，可实现多传感器数据融合。
文档编号G08C17/00GK2786580SQ200520079908
公开日2006年6月7日 申请日期2005年1月1日 优先权日2005年1月1日
发明者陈胜功, 彭金明, 彭雪洁, 温读夫, 张珊珊, 薛莹 申请人:彭金明