一种高精度温度采集电路的制作方法

1.本实用新型属于温度采集电路技术领域，尤其是涉及一种高精度温度采集电路。


背景技术：

2.温度在家用电器、安全生产和汽车工业、工业自动化、环境保护等方面，都是最重要、最基本的检测参数之一，也是最核心的衡量指标和测温系统中最为重要的被控参数。随着科学技术的飞速发展，工业生产、科研、医疗等领域对传感器测量精度的要求越来越高。
3.在渗透压仪温度采集系统中，虽然温度采集范围比较小(0～-10℃)，但要求温度精度为0.001℃，分辨率0.0005℃，且同时需要两路温度采集通道。而ntc作为负温度系数温度传感器，其精度完全无法满足高精度温度采集的要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种高精度温度采集电路，以解决现有技术中存在的ntc温度传感器不能满足渗透压仪温度采集系统精度要求的技术问题。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种高精度温度采集电路，包括：
7.差分ntc温度传感器组，包括：至少两个ntc温度传感器和与所述至少两个ntc温度传感器一一对应的电桥分压电路，用于分别输出测量温度对应的电压值；
8.基准稳压源，所述基准稳压源用于为所述电桥分压电路提供符合精度要求的稳定电压；
9.a/d转换单元，所述a/d转换单元用于对每个电桥分压电路输出的测量温度对应的电压值进行差分运算，得到差分测量温度，并将差分测量温度对应的电压值转换为数字量码值，所述a/d转换单元包括：至少两个a/d转换器，所述至少两个a/d转换器与所述电桥分压电路一一对应；
10.低压差线性稳压单元，所述低压差线性稳压单元包括：两个低压差线性稳压器，其中一个低压差线性稳压器用于为所述基准稳压源提供电源，并且为每个a/d转换器的数字电路部分分别提供电源，另一个低压差线性稳压器用于为每个a/d转换器的模拟电路部分分别提供电源。
11.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：mcu控制器，所述mcu控制器用于将a/d转换单元输出的数字量码值根据公式转换成ntc的电阻值，并根据ntc的rt报告，输出温度值。
12.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：隔离单元，所述隔离单元用于在mcu控制器和ad转换器在数据和信息交换的前提下实现电路隔离，所述隔离单元分别与所述mcu控制器和ad转换器电连接。
13.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：对外接口电路，所述对外接口电路与所述mcu控制器电连接，用于传输温度值。
14.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：
15.ac/dc转换模块，所述ac/dc转换模块用于将市电ac220经过变压、整流和滤波后，输出稳定的直流电源。
16.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：
17.共模/差模滤波模块，所述共模/差模滤波模块用于降低ac/dc转换模块输出的直流电源中的噪声及干扰。
18.进一步的，所述共模/差模滤波模块包括：共模滤波器、电容c5、c6、c7和电阻r1,所述共模滤波器的1端口与所述电容c7的正输入端电连接，所述共模滤波器的2端口与所述电容c7的负输入端电连接；所述共模滤波器的4端口与所述电容c5的正输入端电连接，所述共模滤波器的3端口与所述电容c5的负输入端电连接，所述电容c6的正输入端与所述电容c5的正输入端和低压差线性稳压单元正输入端分别电连接。所述电容c6的负输入端与所述电容c5的负输入端和低压差线性稳压单元负输入端分别电连接，所述电阻r1的一端与ac/dc转换模块的正输出端电连接，另一端与所述电容c7的正输入端电连接。
19.更进一步的，所述低压差线性稳压单元，包括：
20.ldo芯片，所述ldo芯片的vin端口与二极管d1的第二端电连接，所述二极管d1的第一端与所述共模/差模滤波模块的输入端电连接，所述ldo芯片的vout端口分别与所述基准稳压源和a/d转换器电连接。
21.相对于现有技术，本实用新型所述的高精度温度采集电路具有以下优势：
22.(1)本实用新型所述的高精度温度采集电路，通过设定至少两个ntc温度传感器和与所述至少两个ntc温度传感器一一对应的电桥分压电路，用于分别输出测量温度对应的电压值，以及将a/d转换单元设定为进行差分运算，可以使用差分方式对ntc数据进行采集，利用差分模拟电路差分运算优势进一步消除电源中的噪声对真实数据的干扰，有效提高了温度测量精度。
23.(2)本实用新型所述的高精度温度采集电路，通过采用使用ldo线性稳压元器件，能够进一步滤除掉电路10khz以内的干扰噪声；并通过使用基准电压芯片，得到一个2.5v噪声很小的稳压源，为ntc和分压电阻共同组成的电桥电路供电，以使得测量得到的温度对应的电压更加准确，且分辨率更高，进一步提升了温度测量精度。
24.(3)本实用新型所述的高精度温度采集电路，通过ac/dc转换模块，可以有效避除开关电源高频噪声和纹波；对电源使用共模/差模滤波技术，进一步滤除差模和共模的噪声，也进一步提升了温度测量精度。
附图说明
25.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
26.图1为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路的结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中电桥电路的示意图；
28.图3为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中基准稳压源的电路示意图；
29.图4为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中a/d转换单元的电路示意图；
30.图5为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中低压差线性稳压单元的电路示意图；
31.图6为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中ac/dc转换模块的电路示意图；
32.图7为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中共模/差模滤波模块的电路示意图；
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
37.图1为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路的结构示意图，参见图1，所述高精度温度采集电路包括：差分ntc温度传感器组，包括：至少两个ntc温度传感器和与所述至少两个ntc温度传感器一一对应的电桥分压电路，用于分别输出测量温度对应的电压值；基准稳压源，所述基准稳压源用于为所述电桥分压电路提供符合精度要求的稳定电压；a/d转换单元，所述a/d转换单元用于对每个电桥分压电路输出的测量温度对应的电压值进行差分运算，得到差分测量温度，并将差分测量温度对应的电压值转换为数字量码值，所述a/d转换单元包括：至少两个a/d转换器，所述至少两个a/d转换器与所述电桥分压电路一一对应；低压差线性稳压单元，所述低压差线性稳压单元包括：两个低压差线性稳压器，其中一个低压差线性稳压器用于为所述基准稳压源提供电源，并且为每个a/d转换器的数字电路部分分别提供电源，另一个低压差线性稳压器用于为每个a/d转换器的模拟电路部分分别提供电源。
38.在本实施例中，ntc(negative temperature coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。在温度发生变化时，其电阻值会
变化，进而使得测量的电压随温度发生变化。本实施例提供的高精度温度采集电路正是利用上述原理进行测量。由于单一的ntc可能会存在温漂的可能，因此，在本实施例中，采用差分方式，利用多个ntc温度传感器同时进行测量，以减少温漂产生的误差，进而实现提升测量温度精度的作用。
39.示例性的，所述差分ntc温度传感器组，包括：至少两个ntc温度传感器和与所述至少两个ntc温度传感器一一对应的电桥分压电路共同形成完整的电桥电路。所述电桥电路如图2所示。图1中的r1、r2、r3、r4、r5、r6是固定电阻，rt1和rt2是ntc温度传感器，vref是2.5v基准电压，agnd还模拟电路电源负极。当rt1和rt2所测量的温度发生变化时，其电阻值也会随之发生变化，这时ain1+和ain2+的电压值也会随之变化。
40.在本实施例中，采用基准稳压源为差分ntc温度传感器组进行供电。可将5v稳压成2.5v基准电压，为电桥分压电路提供一个干净标准的2.5v电源，用于驱动电桥分压电路。图3为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中基准稳压源的电路示意图。如图3所示，u4可采用adr441brz芯片，所述adr441brz芯片通过在u4的输出端加入电容滤波后的参考电源，能够稳定输出差分ntc温度传感器组所需的干净标准的2.5v电源。
41.a/d转换单元，所述a/d转换单元用于对每个电桥分压电路输出的测量温度对应的电压值进行差分运算，得到差分测量温度，并将差分测量温度对应的电压值转换为数字量码值，所述a/d转换单元包括：至少两个a/d转换器，所述至少两个a/d转换器与所述电桥分压电路一一对应。图4为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中a/d转换单元的电路示意图。参见图4，所述u6可采用ad7714ar-5芯片，所述ad7714ar-5芯片的ain1和ain2引脚分别与差分ntc温度传感器组的in1+和ain2+分别电连接，用于实现差分功能。并可通过din、dout、drdy和cs引脚输出数字码量值，其它引脚可根据芯片设计手册设置相应的电路连接。可以去除电源中的噪声对真实数据的干扰，有效提高了温度测量精度。
42.图5为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中a/d转换单元中低压差线性稳压单元的电路示意图，参见图5，所述低压差线性稳压单元，包括：ldo芯片，所述ldo芯片的vin端口与二极管d1的第二端电连接，所述二极管d1的第一端与所述共模/差模滤波模块的输入端电连接，所述ldo芯片的vout端口分别与所述基准稳压源和a/d转换器电连接。输出的dc12v电源稳压成dc5v。低压差线性稳压单元主要有两个目的：一是利用半导体工作在线性模式下的特点可以将电压降低值dc5v且不引入其他噪声；二是在这种ldo线性稳压模式下，可以再次抑制10khz以下的噪声。图5中的d1是一个单向导通二极管，可以有效的防止后级电路的噪声通过电源反向影响上级电源的电源质量。
43.本实用新型所述的高精度温度采集电路，通过设定至少两个ntc温度传感器和与所述至少两个ntc温度传感器一一对应的电桥分压电路，用于分别输出测量温度对应的电压值，以及将a/d转换单元设定为进行差分运算，可以使用差分方式对ntc数据进行采集，利用差分模拟电路差分运算优势进一步消除电源中的噪声对真实数据的干扰，有效提高了温度测量精度。
44.通常，ntc是负温度系数温度传感器，且温度与其电阻值并非线性关系。因此还需利用r-t报告(电阻-温度对照表)获取对应的温度值。因此，在本实施例中，所述高精度温度采集电路还包括：mcu控制器，所述mcu控制器用于将a/d转换单元输出的数字量码值根据公式转换成ntc的电阻值，并根据ntc的rt报告，输出温度值。
45.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：隔离单元，所述隔离单元用于在mcu控制器和ad转换器在数据和信息交换的前提下实现电路隔离，所述隔离单元分别与所述mcu控制器和ad转换器电连接。可以使得mcu控制电路和ad转换电路在有数据和信息交换的前提下实现电路不连接，防止mcu数字电路的脉冲信号通过串扰的方式干扰ad转换模块的转换精度。可选的，所述隔离单元可选用adum1410芯片，adum1410芯片为四通道数字隔离器芯片。利用adum1410芯片实现spi接口和数字转换器之间的隔离。adum1410芯片两侧分别按照设计手册中的管脚与对应的spi接口和ad接口电连接。实现有效隔离。
46.可选的，所述高精度温度采集电路还包括：对外接口电路，所述对外接口电路与所述mcu控制器电连接，用于传输温度值。所述对外接口电路可采用标准的rs232接口电路，这样可以方便与外界模块连接并将最终转换出来的结果传送出去，供外界设备使用。
47.进一步的，所述高精度温度采集电路还包括：ac/dc转换模块，所述ac/dc转换模块用于将市电ac220经过变压、整流和滤波后，输出稳定的直流电源。图6为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中ac/dc转换模块的电路示意图，参见图6，ac/dc转换模块可将市电ac220经过变压、整流、滤波和ldo线性稳压后，输出dc12v电源。可以包括：变压单元，通过变压器实现变压；整流单元，用于将变压后的电源进行整流，使之成为单向脉波电流。并可通过多组并联电容实现将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分的作用。同时，还可设有稳压单元，所述稳压单元可以采用lm7812芯片，lm7812芯片分别与电容的两端电连接，实现稳压功能。此外，还可设有指示灯，所述指示灯与分压电阻串联后与所述电容并联，用于指示ac/dc转换模块是否正常工作。
48.为了进一步降低直流电源中的噪声和干扰，所述高精度温度采集电路还包括：共模/差模滤波模块，所述共模/差模滤波模块用于降低ac/dc转换模块输出的直流电源中的噪声及干扰。图7为本实用新型实施例所述的高精度温度采集电路中共模/差模滤波模块的电路示意图，参见图7，所述模/差模滤波模块包括：共模滤波器、电容c5、c6、c7和电阻r1,所述共模滤波器的1端口与所述电容c7的正输入端电连接，所述共模滤波器的2端口与所述电容c7的负输入端电连接；所述共模滤波器的4端口与所述电容c5的正输入端电连接，所述共模滤波器的3端口与所述电容c5的负输入端电连接，所述电容c6的正输入端与所述电容c5的正输入端和低压差线性稳压单元正输入端分别电连接。所述电容c6的负输入端与所述电容c5的负输入端和低压差线性稳压单元负输入端分别电连接，所述电阻r1的一端与ac/dc转换模块的正输出端电连接，另一端与所述电容c7的正输入端电连接。r1和c7组成rc低通滤波器，用于衰减高频率噪声和干扰是共模滤波器，用于衰减外部同时引入到电源正极和负极的噪声；c5和c6是两个不同量级的电容，用于衰减高频和低频率的噪声。
49.本实用新型所述的高精度温度采集电路，通过采用使用ldo线性稳压元器件，能够进一步滤除掉电路10khz以内的干扰噪声；并通过使用基准电压芯片，得到一个2.5v噪声很小的稳压源，为ntc和分压电阻共同组成的电桥电路供电，以使得测量得到的温度对应的电压更加准确，且分辨率更高，进一步提升了温度测量精度。以及通过ac/dc转换模块，可以有效避除开关电源高频噪声和纹波；对电源使用共模/差模滤波技术，进一步滤除差模和共模的噪声，也进一步提升了温度测量精度。
50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型
的保护范围之内。