一种温敏电阻检测系统及其使用方法
阅读说明：本技术 一种温敏电阻检测系统及其使用方法 (Temperature-sensitive resistor detection system and use method thereof ) 是由 王鸿雪 李鹤群 陶冶 尹治权 张云鹏 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种温敏电阻检测系统及其使用方法,包括可编程电流源模块、通信ID选择模块、主控模块、通信协议转换模块、通信接口模块及相应电路；电流源模块用于将待测温敏电阻转化为电流源输出信号；采样电路、调理电路和滤波电路用于将电流源输出信号转化为待测电压信号；通信ID选择模块通过旋钮获取不同电阻分压值；主控模块结合电阻分压值和待测电压信号,转化为SPI通信信号；通信协议转换模块将SPI通信信号转化为逻辑电平信号；通信接口模块将逻辑电平信号转化为CAN数据电平信号。本系统基于电流源的检测,摒弃了基于电压源的检测方式固有的缺点,如长距离传输压损、小电压幅值容易收到噪声干扰、电压源波动影响测量精度等。(The invention discloses a temperature-sensitive resistor detection system and a using method thereof, wherein the temperature-sensitive resistor detection system comprises a programmable current source module, a communication ID selection module, a main control module, a communication protocol conversion module, a communication interface module and a corresponding circuit; the current source module is used for converting the temperature-sensitive resistor to be detected into a current source output signal; the sampling circuit, the conditioning circuit and the filter circuit are used for converting the current source output signal into a voltage signal to be detected; the communication ID selection module acquires different resistance voltage division values through a knob; the main control module is combined with the resistance voltage division value and the voltage signal to be detected and converted into an SPI communication signal; the communication protocol conversion module converts the SPI communication signal into a logic level signal; the communication interface module converts the logic level signal into a CAN data level signal. The system is based on the detection of the current source, and eliminates the inherent defects of the detection mode based on the voltage source, such as long-distance transmission voltage loss, noise interference easily received by small voltage amplitude, influence of voltage source fluctuation on the measurement precision and the like.)
技术领域
本发明涉及温度检测领域，尤其涉及一种温敏电阻检测系统及其使用方法。
背景技术
在工业控制、电动汽车、轨道交通等诸多领域，使用NTC传感器、PT100、PT1000等(本质为温敏电阻器)进行环境温度、功率模块温度、电机内温度等检测，是极为常见的，所以提高NTC传感器，PT100，PT100等(本质为温敏电阻器)的采集精度和可靠性，可以极大的提高功率模块或电机的使用寿命，预防包括过温、烧毁等一些列故障。
现有的温敏电阻检测系统具有如下缺点：
1、测量精度完全依靠给定电压源的精度，一旦给定电压源存在波动，则检测值跟随产生极大波动；
2、被测设备和检测设备需要距离很近，否则，电压源经过长距离导线，再经过NTC温敏电阻，最后再经过长距离导线回到检测设备时，其导线上会串入很多干扰，这种干扰在给定电压源电压不大时，尤其致命；
4、现有的检测系统没有通信接口，无法作为一个系统的子部件或者终端设备；
5、现有的检测系统往往需要一个控制单元检测多个温敏电阻(NTC\PT100\PT1000)等，需要一个温敏电阻对应一个模拟量检测通路。而控制单元的主控芯片往往很贵，尤其复杂系统中模拟量检测通路个数十分紧张。
发明内容
本发明提供一种温敏电阻检测系统及其使用方法，以克服电压源波动影响测量精度等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种温敏电阻检测系统，其特征在于，包括：可编程电流源模块、通信ID选择模块、主控模块、通信协议转换模块、通信接口模块、采样电路、调理电路和滤波电路，所述可编程电流源模块包括电流源芯片及其外部电阻；
所述电流源芯片根据外部电阻的阻值配比，利用待测温敏电阻的阻值获得电流源输出信号；
所述采样电路、调理电路和滤波电路用于将电流源输出信号转化为待测电压信号；
所述通信ID选择模块通过旋钮获取不同电阻分压值；
所述主控模块结合电阻分压值和待测电压信号，转化为SPI通信信号；
所述通信协议转换模块将SPI通信信号转化为逻辑电平信号；
所述通信接口模块将逻辑电平信号转化为CAN数据电平信号；
所述可编程电流源模块输入端连接待测温敏电阻，所述可编程电流源模块输出端连接采样电路一端，所述采样电路另一端连接所述调理电路输入端，所述调理电路输出端连接所述滤波电路输入端，所述滤波电路输出端连接所述主控模块输入端，所述通信ID选择模块输出端连接所述主控模块输入端，所述主控模块输出端连接所述通信协议转换模块输入端，所述通信协议转换模块输出端连接所述通信接口模块输入端和主控模块输入端，所述通信接口模块输出端连接所述通信协议转换模块输入端。
进一步的，所述电流源芯片为LT3092芯片。
进一步的，通信ID选择模块为DRR3016编码开关。
进一步的，所述主控模块为STC8G1K08A芯片。
进一步的，所述通信协议转换模块为MCP2515芯片。
进一步的，所述通信接口模块为TJA1050芯片。
进一步的，所述STC8G1K08A芯片1引脚、3引脚、7引脚和8引脚连接所述MCP2515芯片的SPI通信接口，所述STC8G1K08A芯片2引脚用于为芯片供电，所述STC8G1K08A芯片4引脚接地，所述滤波电路输出端连接所述STC8G1K08A芯片5引脚，所述通信ID选择模块输出端连接所述STC8G1K08A芯片6引脚。
进一步的，所述电流源输出信号与外部电阻阻值配比关系为：
其中Isource代表电流源输出信号，Rset、Rref为外部电阻，Rx为待测温敏电阻。
同样的目的，本发明还提供一种使用所述温敏电阻检测系统的使用方法，其特征在于：
步骤1：将待测温敏电阻连接到外部电阻Rset引脚两端，LT3092芯片根据外部电阻的阻值配比，输出电流信号；
步骤2：调节DRR3016编码开关表盘，获得不同电阻分压值；
步骤3：将DRR3016编码开关输出端连接STC8G1K08A芯片6引脚，LT3092芯片输出端连接采样电路一端，采样电路另一端连接所述调理电路输入端，调理电路输出端连接滤波电路输入端，滤波电路输出端连接STC8G1K08A芯片5引脚，进而获得SPI通信信号；
步骤4：将STC8G1K08A芯片1引脚、3引脚、7引脚和8引脚连接MCP2515芯片的SPI通信接口，MCP2515芯片的输出端连接TJA1050芯片的输入端，获得CAN数据电平信号。
有益效果：
1、本发明提供了一种基于LT3092电流源的温敏电阻检测方式，其本质是基于电流源的检测，该方式摒弃了基于电压源的检测方式固有的缺点，如长距离传输压损、小电压幅值容易收到噪声干扰、电压源波动影响测量精度等。
2、本发明使用了STC8G1K08A这种8引脚的MCU处理器。其体积很小，例如3mm*3mm、供电5V，也不需要外置晶振，其引脚数目刚刚好满足本产品的各项要求，同时价格极为便宜，市场常见，又是国产芯片，不受外国限制，很容易开发。
3、任意复杂系统可以一次最多集成16个本发明所述温敏电阻检测系统。复杂系统仅用一个CAN接口便可以接收到众多温敏电阻检测结果，不需要再浪费复杂系统中主控芯片紧张精贵的模拟量检测接口。
4、因为本发明的主控单元很小，引脚很少，同时使用CAN通信总线，所以本发明可以放置在复杂系统的各个位置。比如一个电动汽车的油箱边上，功率模块边上，电机边上。越接近被测物，其检测越准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明LT3092芯片及其外部电阻电路图；
图3为本发明电流源输出信号转化为待测电压信号示意图；
图4为本发明DRR3016编码开关的CAN标准数据帧ID配置电路；
图5为本发明DRR3016编码开关的导通逻辑示意图；
图6为本发明STC8G1K08A芯片引脚连接图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例1提供了一种温敏电阻检测系统，基于CAN通信输出时，如图1-6，其特征在于，包括：可编程电流源模块、通信ID选择模块、主控模块、通信协议转换模块、通信接口模块、采样电路、调理电路和滤波电路，所述可编程电流源模块包括电流源芯片及其外部电阻；
所述电流源芯片根据外部电阻的阻值配比，利用待测温敏电阻的阻值获得电流源输出信号；
所述采样电路、调理电路和滤波电路用于将电流源输出信号转化为待测电压信号；
所述通信ID选择模块通过旋钮获取不同电阻分压值；
所述主控模块结合电阻分压值和待测电压信号，转化为SPI通信信号；
所述通信协议转换模块将SPI通信信号转化为逻辑电平信号；
所述通信接口模块将逻辑电平信号转化为CAN数据电平信号；
所述可编程电流源模块输入端连接待测温敏电阻，所述可编程电流源模块输出端连接采样电路一端，所述采样电路另一端连接所述调理电路输入端，所述调理电路输出端连接所述滤波电路输入端，所述滤波电路输出端连接所述主控模块输入端，所述通信ID选择模块输出端连接所述主控模块输入端，所述主控模块输出端连接所述通信协议转换模块输入端，所述通信协议转换模块输出端连接所述通信接口模块输入端和主控模块输入端，所述通信接口模块输出端连接所述通信协议转换模块输入端。
其中可编程电流源模块编程是指通过改变外部电阻的阻值，可对电流源输出信号的大小输出进行编辑、调整。
在具体实施例中，如图2所示，所述电流源芯片为LT3092芯片。LT3092芯片本质是电流源。依靠其外部的电阻配比，就可以对应输出设定的电流。5V为整个温敏电阻检测系统供电。其中Rx是待测温敏电阻，Rset和Rref为引脚外接电阻，Rset和Rref都是为了能满足Rx的测量范围，配合使用的，二者根据温敏电阻的不同，随之改变。
LT3092芯片的SET引脚固定输出10uA的电流。其手册中有如下描述：
SET引脚:该引脚是误差放大器的同相引脚，并设置电路的工作偏置点.固定的10uA电流源从该引脚流出.输出电流范围为0.5mA至最大额定200mA。
所以，即使待测温敏电阻Rx距离检测装置很远，也不会担心走线上的干扰。
待测温敏电阻的阻值变为电流值的公式为：
其中Isource代表电流源输出信号；
LT3092芯片把待测温敏电阻的阻值变为电流值，利用转化公式(1)所示，其中Rset//Rx为电阻并联，其大小为Rset和Rx电阻并联的大小。
电流源输出信号Isource经过采样电路产生电压信号Vout1，经过调理电路产生Vout2，最终通过滤波电路后产生Vout3，其示意图如图3所示。
其中采样电路需要用精密低温漂的电阻。
Vout1的极小值：Vout1min对应着Rx的极小值。
Vout1的极大值：Vout1max对应着Rx的极大值。
Vout1的任意值：一一对应着Rx的值。
IN引脚:供电引脚,为了使设备正常运行和调节，供电的电压值必须高于输出OUT引脚,1.2V至1.4V。又因为基于LT3092的电流源输出最小是0.5mA,所以Vout1min必然大于0,Vout1max必然小于供电电压5V.
所以使用调理电路对Vout1进行调整，经过调理电路后；
Vout2的极小值为0V时，对应着Rx的极小值；
Vout2的极大值为5V时，对应着Rx的极大值；
Vout2的任意值一一对应着Rx的值。
滤波电路只是滤波，不改变其幅值，只是为电压信号稳定而存在。
Vout3的极小值为0V时，对应着Rx的极小值；
Vout3的极大值为5V时，对应着Rx的极大值；
Vout3的任意值一一对应着Rx的值。
在具体实施例中，所述通信ID选择模块为DRR3016编码开关。如图4和图5所示，比如当使用螺丝刀调节DRR3016编码开关表盘为1，则其引脚1与COM相连。当调节其表盘为F时，1、2、4、8引脚同时与COM相连接。令R1表示1引脚连接的电阻；R2表示2引脚连接的电阻；R4表示4引脚连接的电阻；R8表示8引脚连接的电阻。RYN表达经过螺丝刀旋转表盘后1、2、4、8引脚的接入电阻并联值。整个电路结构相当于从VCC始,经过电阻RCOM,在经过电阻RYN,最后进入电源地.可以看到RCOM和RYN构成简单的分压电路,RCOM上分得电压V1,RYN上分得电压V2,V1+V2＝VCC；
则有公式：
其中V2代表串联RCOM与RYN后RYN上两端的VCC分压值，VCC代表5V电压，RYN代表经过螺丝刀旋转表盘后1、2、4、8引脚的接入电阻并联值，RCOM代表COM引脚连接的电阻阻值，N为DRR3016的表盘数码；
DRR3016编码开关螺丝刀旋转表盘不同时,RYN与R1,R2,R4,R8的关系如下文所述:
当DRR3016表盘为0时，RY0＝0；
当DRR3016表盘为1时，RY1＝R1；
当DRR3016表盘为2时，RY2＝R2；
当DRR3016表盘为3时，RY3＝R2//R1；
当DRR3016表盘为4时，RY4＝R4；
当DRR3016表盘为5时，RY5＝R4//R1；
当DRR3016表盘为6时，RY6＝R4//R2；
当DRR3016表盘为7时，RY7＝R4//R2//R1；
当DRR3016表盘为8时，RY8＝R8；
当DRR3016表盘为9时，RY9＝R8//R1；
当DRR3016表盘为A时，RYA＝R8//R2；
当DRR3016表盘为B时，RYB＝R8//R2//R1；
当DRR3016表盘为C时，RYC＝R8//R4；
当DRR3016表盘为D时，RYD＝R8//R4//R1；
当DRR3016表盘为E时，RYE＝R8//R4//R2；
当DRR3016表盘为F时，RYF＝R8//R4//R2//R1；
其中//为并联标志，R1，R2，R3，R4互不相等,例如R1为1k，R2为2k，R4为4k，R8为8k，则RYN的取值如下文所示：
DRR3016表盘为0时，RY0为无穷大；
DRR3016表盘为1时，RY1＝1kΩ；
DRR3016表盘为2时，RY2＝2kΩ；
DRR3016表盘为3时，RY3＝0.66kΩ；
DRR3016表盘为4时，RY4＝4kΩ；
DRR3016表盘为5时，RY5＝0.8kΩ；
DRR3016表盘为6时，RY6＝1.33kΩ；
DRR3016表盘为7时，RY7＝0.571kΩ；
DRR3016表盘为8时，RY8＝8kΩ；
DRR3016表盘为9，RY9＝0.889kΩ；
DRR3016表盘为A时，RYA＝1.6kΩ；
DRR3016表盘为B时，RYB＝0.61kΩ；
DRR3016表盘为C时，RYC＝2.66kΩ；
DRR3016表盘为D时，RYD＝0.727kΩ；
DRR3016表盘为E时，RYE＝1.143kΩ；
DRR3016表盘为F时，RYF＝0.533KΩ；
根据公式(2)，DRR3016编码开关的表盘配置值确定后，V2的电压值也随之确定。
在具体实施例中，所述通信协议转换模块为MCP2515芯片。
在具体实施例中，所述通信接口模块为TJA1050芯片。
在具体实施例中，如图6所示，所述主控模块为STC8G1K08A芯片，STC8G1K08A芯片1引脚、3引脚、7引脚和8引脚连接MCP2515芯片的SPI通信接口，STC8G1K08A芯片2引脚用于为芯片供电，STC8G1K08A芯片4引脚接地，所述滤波电路输出端连接STC8G1K08A芯片5引脚，所述通信ID选择模块输出端连接STC8G1K08A芯片6引脚。STC8G1K08A的5引脚为ADC0检测通道，只需将Vout3信号接入ADC0检测通道，就可以完成电压检测，进而完成待测温敏电阻Rx的检测。STC8G1K08A芯片的6引脚为ADC1检测通道，只需将V2接入ADC1检测通道，就可以完成电压检测，进而完成CAN总线的标准数据帧的ID配置。其中SPI通信接口若与CH395芯片等以太网协议芯片相连，DRR3016编码开关通断选择就可以变为以太网通信地址的选择，则系统可以快速改为以太网输出。也就是说，SPI转某种通信方式的芯片都可以快速的应用在本发明中，其结果就是本发明可以用这种芯片替换的方式,快速的切换通信输出形式。
主控单元STC8G1K08A芯片就只有8引脚。整个系统也刚好就用这8引脚，切合度非常高，也使得整个系统面积极小，很容易集成在小体积系统中。
在具体实施例2中，若本系统基于以太网通信输出时，通信接口模块可为端口变压器，通信协议转换模块可为CH395芯片。
同样的目的，本发明还提供一种温敏电阻检测系统的使用方法，其特征在于：
步骤1：将待测温敏电阻连接到外部电阻Rset引脚两端，LT3092芯片根据外部电阻的阻值配比，输出电流信号；
步骤2：利用螺丝刀调节DRR3016编码开关表盘，获得不同电阻分压值；
步骤3：将DRR3016编码开关输出端连接STC8G1K08A芯片6引脚，LT3092芯片输出端连接采样电路一端，采样电路另一端连接所述调理电路输入端，调理电路输出端连接滤波电路输入端，滤波电路输出端连接STC8G1K08A芯片5引脚，进而获得SPI通信信号；
步骤4：将STC8G1K08A芯片1引脚、3引脚、7引脚和8引脚连接MCP2515芯片的SPI通信接口，MCP2515芯片的输出端连接TJA1050芯片的输入端，获得CAN数据电平信号。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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