本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域,尤其涉及一種傳感系統(tǒng)及所適用的感應信息確定方法。
背景技術(shù):
傳感器是一種檢測裝置,它能將感受到被測信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。由于傳感器中的器件可能受的被測環(huán)境影響,具有輸出信號不準確等問題。因此,在設計時,傳感器中內(nèi)置有校準電路,來消除上述干擾。這導致傳感器中的硬件電路和計算方式都很復雜。
例如,溫度傳感器中不僅包含用于測量溫度變化的測量器件,還包括用于校準時鐘信號生成器的器件。在測試過程中,需分別對校準器件和測量器件進行測量,以便根據(jù)所得到的兩組數(shù)據(jù)計算所感應的溫度值。顯然,上述方式需要較長的測量時間,同時,傳感器中的硬件電路和計算方式都很復雜。
因此,需要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供一種傳感系統(tǒng)及所適用的感應信息確定方法,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中傳感器中的硬件電路和計算方式都過于復雜的問題。
基于上述目的,本發(fā)明提供一種傳感裝置,包括:由敏感電阻和電容串聯(lián)構(gòu)成的rc電路,所述rc電路的一端連接受控開關(guān)、另一端接地;其中,所述受控開關(guān)受控的在預設電壓和地線之間切換;各輸入端分別與所述rc電路的信號輸出端和所述受控開關(guān)的接地線路側(cè)的受控引腳相連的信號監(jiān)測電路,用于監(jiān)測在所述rc電路充電期間輸出復位信號,監(jiān)測在所述rc電路放電期間不予復位;與所述信號監(jiān)測電路的輸出端相連的計數(shù)電路,用于在未接收到所述復位信號期間對所接收的時鐘信號的周期進行計數(shù);與所述計數(shù)電路的時鐘端相連的、用于輸出所述時鐘信號的晶體振蕩器。
優(yōu)選地,所述信號監(jiān)測電路包括:負輸入端連接所述參考電壓,正輸入端連接所述rc電路的信號輸出端的比較器;邏輯器,其一輸入端與所述比較器的輸出端相連、另一輸入端連接所述受控開關(guān)的接地線路側(cè)的受控引腳;所述邏輯器在所接收的兩電信號電壓不同時,輸出復位信號;在所接收的兩電信號電壓相同時,不予輸出所述復位信號。
優(yōu)選地,所述敏感電阻為熱敏電阻。
基于上述目的,本發(fā)明還提供一種感應信息確定方法,用于檢測如上任一所述的傳感裝置所感應的感應信息,包括:控制所述受控開關(guān)與預設電壓導通,并監(jiān)測所述rc電路在電容充電期間所輸出的電壓;當所監(jiān)測的所述電容充電完成時,控制所述受控開關(guān)與地線導通,以使電容放電;在放電期間,根據(jù)預先標定的與量程相關(guān)的周期數(shù),計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
優(yōu)選地,所述標定的與量程相關(guān)的周期數(shù)包括:所述最小值所對應的周期數(shù)、和所述最大值所對應的周期數(shù)。
優(yōu)選地,所述根據(jù)預先標定的精度單位、標定的與量程相關(guān)的周期數(shù),計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息的方式包括:以所述預先標定的與量程相關(guān)的周期數(shù)為參數(shù)所構(gòu)建的感應信息-周期數(shù)的線性關(guān)系,計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
優(yōu)選地,所述計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息的方式包括:以所述最小值所對應的周期數(shù)為起點、預設的精度單位為步長,對所述最小值所對應的周期數(shù)進行累加,直至所累加的結(jié)果大于等于所述最小值所對應的周期數(shù)與所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量的差值;將所累加的次數(shù)代入預設的感應信息-累加次數(shù)的線性函數(shù),得到所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
基于上述目的,本發(fā)明還提供一種感應信息確定裝置,用于檢測如上任一所述的傳感裝置所感應的感應信息,包括:與所述受控開關(guān)和rc電路的信號輸出端相連的控制單元,用于控制所述受控開關(guān)與預設電壓導通,并監(jiān)測所述rc電路在電容充電期間所輸出的電壓;以及用于當所監(jiān)測的所述電容充電完成時,控制所述受控開關(guān)與地線導通,以使電容放電;與所述計數(shù)電路相連的感應信息確定單元,用于在放電期間,根據(jù)預先標定的與量程相關(guān)的周期數(shù),計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
優(yōu)選地,所述標定的與量程相關(guān)的周期數(shù)包括:預設量程中最小值所對應的周期數(shù)、和預設量程中最大值所對應的周期數(shù)。
優(yōu)選地,所述感應信息確定單元用于以所述標定的與量程相關(guān)的周期數(shù)為參數(shù)所構(gòu)建的感應信息-周期數(shù)的線性關(guān)系,計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
優(yōu)選地,所述感應信息確定單元用于以所述最小值所對應的周期數(shù)為起點、預設標定的精度單位為步長,對所述最小值所對應的周期數(shù)進行累加,直至所累加的結(jié)果大于等于所述最小值所對應的周期數(shù)與所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量的差值;再將所累加的次數(shù)代入預設的感應信息-累加次數(shù)的線性函數(shù),得到所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
基于上述目的,本發(fā)明還提供一種傳感系統(tǒng),包括:如上任一所述的傳感裝置;以及如上任一所述的確定裝置。
如上所述,本發(fā)明的傳感系統(tǒng)及所適用的感應信息確定方法,具有以下有益效果:由于采用了晶體振蕩器,無需在傳感裝置中設置參考電阻來對時鐘信號進行校正,極大的簡化了傳感裝置的結(jié)構(gòu);另外,利用比較器和邏輯器來監(jiān)測放電過程,以便計數(shù)器正確計數(shù)放電期間的時鐘信號周期數(shù)量,能夠為確定裝置提供準確的周期數(shù),明顯提高了檢測精度;還有,利用出廠時標定的周期數(shù)來計算感應信息,有效減少了測量參數(shù),簡化了計算過程;還有,利用加法運算來替代部分除法運算,能有效減少硬件運算過程中的資源占用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案,下面將對本發(fā)明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)本發(fā)明實施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明的傳感裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2是本發(fā)明的傳感裝置的又一個實施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖3是本發(fā)明的傳感系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖4是本發(fā)明的感應信息確定方法的一個實施例的流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達到的技術(shù)效果更加清楚,下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案作進一步的詳細描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
如圖1所示,本發(fā)明提供一種傳感裝置。所述傳感裝置利用敏感電阻隨所感應的信息的變化而改變阻值的方式,來輸出與所感應到的信息相對應的數(shù)據(jù)。所述傳感裝置可以為一集成芯片。具體地,所述傳感裝置1包括:rc電路11、信號監(jiān)測電路12、計數(shù)電路13、晶體振蕩器14。
所述rc電路11由敏感電阻和電容串聯(lián)構(gòu)成。所述rc電路11的一端連接受控開關(guān)、另一端接地;其中,所述受控開關(guān)受控的在預設電壓和地線之間切換。
其中,所述受控開關(guān)可以包括:一刀雙擲開關(guān)器件、或兩個獨立開關(guān)器件。例如,所述受控開關(guān)包括兩個獨立開關(guān)器件m1和m2,該兩個開關(guān)器件m1和m2受控的交替導通和斷開。如圖2所示。
所述敏感電阻可以是受壓力變化而改變阻值的壓力敏感電阻。優(yōu)選地,所述敏感電阻為隨溫度變化而改變阻值的熱敏電阻rntc。
所述電容為一標準電容,其選取方式可與敏感電阻相關(guān)。所述rc電路11由所述敏感電阻和電容的連接處引出一信號輸出端。
所述信號監(jiān)測電路12包含多個輸入端和一個輸出端。其中,一個輸入端連接參考電壓、一個輸入端連接所述信號輸出端。所述信號監(jiān)測電路12的輸出端連接所述計數(shù)電路13的輸入端。
在此,所述信號監(jiān)測電路12用于監(jiān)測在所述rc電路11充電期間輸出復位信號,監(jiān)測在所述rc電路11放電期間不予復位。
其中,所述信號監(jiān)測電路12可通過數(shù)字電路對rc電路11的充放電時間進行監(jiān)測,進而確定在充電期間輸出復位信號,在放電期間不予復位。
優(yōu)選地,所述信號監(jiān)測電路12包括:比較器121、邏輯器122。如圖2所示。
所述比較器121的負輸入端連接所述參考電壓,正輸入端連接所述rc電路11的信號輸出端。其中,所述參考電壓可略大于0。例如,所述參考電壓為0.25vcc,其中vcc為預設電壓。
當所述rc電路11中的受控開關(guān)將敏感電阻和電容與預設電壓導通時,電容充電,在此期間,所述rc電路11的信號輸出端的電壓上升。當所述信號輸出端的電壓小于等于參考電壓時,所述比較器121輸出低電平。當所述信號輸出端的電壓大于參考電壓時,所述比較器121輸出高電平。
所述比較器121將所輸出的電平信號輸至所述邏輯器122。所述邏輯器122的另一輸入端連接所述受控開關(guān)的接地線路側(cè)的受控引腳。
例如,所述邏輯器122的另一端連接開關(guān)器件m2的受控引腳。
所述邏輯器122在所接收的兩電信號電壓不同時,輸出復位信號;在所接收的兩電信號電壓相同時,不予輸出所述復位信號。例如,所述邏輯器122為與門器件、或由多個邏輯器122件構(gòu)成的與門電路。
所述邏輯器122的輸出端連接計數(shù)電路13的使能端。所述計數(shù)電路13還包括:時鐘端。所述計數(shù)電路13在所述使能端接收到復位信號時,執(zhí)行復位操作;在所述使能端未接收到復位信號時,所述計數(shù)電路13對所述時鐘端所接收的時鐘信號的周期進行計數(shù),并將所記周期數(shù)予以輸出。
在此,所述時鐘端連接晶體振蕩器14。所述晶體振蕩器14在上電穩(wěn)定后輸出時鐘信號。所述晶體振蕩器14的優(yōu)點在于其材質(zhì)受溫度、濕度、酸堿度等外界影響較少,能夠輸出穩(wěn)定的時鐘信號。
在此,所述計數(shù)電路13由包含存儲功能的觸發(fā)器和一些控制門等器件所組成。
如圖3所示,本發(fā)明還提供一種感應信息確定裝置2,用于檢測所述傳感裝置1所感應的感應信息。所述感應信息確定裝置2與所述傳感裝置1相連,用于控制所述傳感裝置1中的rc電路11充放電,以及根據(jù)先設定的運算規(guī)則,計算所述計數(shù)電路13所輸出的周期數(shù)所對應的感應信息。其中,所述感應信息確定裝置2為包含cpu的電子裝置,其包括但不限于:單片機、嵌入式設備、移動設備、計算機設備等。
在此,所述感應信息確定裝置2在出廠前先對所述傳感裝置1進行標定處理,以得到與量程相關(guān)的周期數(shù)等參數(shù)。其中,所述量程為所感應的感應信息的量程。例如,所述傳感裝置1用于感應溫度,則所述量程為溫度量程。又如,所述傳感裝置1用于感應壓力,則所述量程為壓力量程。所述與量程相關(guān)的周期數(shù)是指時鐘信號的周期數(shù)量。
在此,所述與量程相關(guān)的周期數(shù)包括:預設量程中最小值所對應的周期數(shù)、和預設量程中最大值所對應的周期數(shù)。
以熱敏電阻為例,所述傳感裝置1利用所述熱敏電阻測量體溫。預設所述傳感裝置1的量程在[37,40℃],通過標定測試,所述感應信息確定裝置2得到在37℃時計數(shù)電路13所輸出的周期數(shù)n37,在40℃時計數(shù)電路13所述出的周期數(shù)n40,并予以保存。
另外,所述感應信息確定裝置2可以與所述傳感裝置1共同內(nèi)置于一傳感系統(tǒng)中。所述傳感系統(tǒng)安裝在如嵌入式設備、移動設備、專用檢測設備等電子設備中。
所述感應信息確定裝置2包括:控制單元21、感應信息確定單元22。
所述控制單元21與所述受控開關(guān)和rc電路11的信號輸出端相連,用于控制所述受控開關(guān)與預設電壓導通,并監(jiān)測所述rc電路11在電容充電期間所輸出的電壓;以及用于當所監(jiān)測的所述電容充電完成時,控制所述受控開關(guān)與地線導通。
具體地,所述控制單元21包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器和處理器。用戶或上位機向所述控制單元21發(fā)送測試指令,則所述控制單元21將所述測試指令轉(zhuǎn)換成所述受控開關(guān)所能識別的電平信號,并輸至所述受控開關(guān),以便所述受控開關(guān)與預設電壓導通。接著,所述控制單元21中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器實時的將所述rc電路11的信號輸出端所輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓值,并傳遞給所述處理器。所述處理器通過執(zhí)行監(jiān)測程序,監(jiān)測所接收的數(shù)字電壓值是否趨于穩(wěn)定,若是,則向所述受控開關(guān)輸出與地線導通的電平信號,并啟動感應信息確定單元22,若否,則繼續(xù)監(jiān)測。
所述感應信息確定單元22與所述計數(shù)電路13相連,用于根據(jù)預先標定的與量程相關(guān)的周期數(shù),計算所述計數(shù)電路13所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
具體地,所述感應信息確定單元22在接收到計數(shù)電路13輸出周期數(shù)量后,利用根據(jù)預設的與量程相關(guān)的周期數(shù)所構(gòu)建的計算公式、或計算模型,實時的計算所接收到的周期數(shù)量所對應的感應信息。
以所述傳感裝置1為體溫傳感器為例,所述感應信息確定單元22中預設有公式:
對于專用溫度計來說,需要盡量降低硬件成本,并能夠快速計算溫度值。所述感應信息確定單元22用于以所述最小值所對應的周期數(shù)為起點、預設標定的精度單位為步長,對所述最小值所對應的周期數(shù)進行累加,直至所累加的結(jié)果大于等于所述最小值所對應的周期數(shù)與所述計數(shù)電路13所提供的周期數(shù)量的差值;再將所累加的次數(shù)代入預設的感應信息-累加次數(shù)的線性函數(shù),得到所述計數(shù)電路13所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
在此,所述精度單位是根據(jù)預設量程的最小值和最大值各自所對應的周期數(shù)而確定的。
例如,若測量體溫,則所述精度單位為0.1℃。此處,所述精度單位可通過
所述感應信息確定單元22逐步增加公式
需要說明的是,上述計算溫度值的方式僅為舉例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述示例將本發(fā)明所述思想引申到如壓力感應信息的確定場景等。
本發(fā)明以利用熱敏電阻來測量體溫為例,描述上述傳感系統(tǒng)的工作過程:
所述感應信息確定裝置2中的控制單元21首先向傳感裝置1發(fā)出用于控制所述受控開關(guān)與預設電壓導通的電平信號,所述受控開關(guān)導通rc電路11與預設電壓之間的通路,所述rc電路11中的電容進入充電過程。由于所述傳感裝置1中的邏輯器122與所述受控開關(guān)的接地線路側(cè)的受控引腳為低電平,則所述邏輯器122在整個充電期間始終輸出復位信號。在此期間,所述控制單元21監(jiān)測所述rc電路11的信號輸出端的電壓,當所述電壓趨于穩(wěn)定時(如,連續(xù)多次監(jiān)測的電壓值的偏差小于預設值),所述控制單元21再輸出用于控制所述受控開關(guān)與地線導通的電平信號,所述受控開關(guān)導通rc電路11與地線之間的通路,所述rc電路11中的電容進入放電過程。
在放電過程的rc電路11的信號輸出端的電壓大于比較器121的參考電壓期間,所述比較器121輸出高電平。同時,由于所述邏輯器122的另一輸入端連接所述受控開關(guān)的接地線路側(cè)的受控引腳也輸出高電平,所述邏輯器122中止輸出復位信號。此時,計數(shù)電路13開始計數(shù)晶體振蕩器14所輸出的時鐘信號周期,直至信號輸出端所輸出的電壓小于等于參考電壓。所述比較器121輸出低電平導致邏輯器122再次輸出復位信號。所述計數(shù)電路13基于所述復位信號將所計數(shù)的周期數(shù)量傳輸給感應信息確定單元22,并執(zhí)行復位操作。
所述感應信息確定單元22根據(jù)預先標定的與量程相關(guān)的周期數(shù)n37、n40,標定的精度單位
如圖4所示,本發(fā)明還提供一種感應信息確定方法,用于檢測所述傳感裝置所感應的感應信息。所述感應信息確定方法主要由上述感應信息確定裝置來執(zhí)行。其中,所述感應信息確定裝置與所述傳感裝置相連,用于控制所述傳感裝置中的rc電路充放電,以及根據(jù)先設定的運算規(guī)則,計算所述計數(shù)電路所輸出的周期數(shù)所對應的感應信息。其中,所述感應信息確定裝置為包含cpu的電子裝置,其包括但不限于:單片機、嵌入式設備、移動設備、計算機設備等。
在此,所述感應信息確定裝置在出廠前先對所述傳感裝置進行標定處理,以得到與量程相關(guān)的周期數(shù)等參數(shù)。其中,所述量程為所感應的感應信息的量程。例如,所述傳感裝置用于感應溫度,則所述量程為溫度量程。又如,所述傳感裝置用于感應壓力,則所述量程為壓力量程。所述與量程相關(guān)的周期數(shù)是指時鐘信號的周期數(shù)量。
在此,所述與量程相關(guān)的周期數(shù)包括:預設量程中最小值所對應的周期數(shù)、和預設量程中最大值所對應的周期數(shù)。
以熱敏電阻為例,所述傳感裝置利用所述熱敏電阻測量體溫。預設所述傳感裝置的量程在[37,40℃],通過標定測試,所述感應信息確定裝置得到在37℃時計數(shù)電路所輸出的周期數(shù)n37,在40℃時計數(shù)電路所述出的周期數(shù)n40,并予以保存。
另外,所述感應信息確定裝置可以與所述傳感裝置共同內(nèi)置于一傳感系統(tǒng)中。所述傳感系統(tǒng)安裝在如嵌入式設備、移動設備、專用檢測設備等電子設備中。
所述感應信息確定裝置具體執(zhí)行以下步驟。
在步驟s1中,所述感應信息確定裝置控制所述受控開關(guān)與預設電壓導通,并監(jiān)測所述rc電路在電容充電期間所輸出的電壓。
具體地,所述感應信息確定裝置與所述受控開關(guān)和rc電路的信號輸出端相連。用戶或上位機向所述感應信息確定裝置發(fā)送測試指令。則所述感應信息確定裝置將所述測試指令轉(zhuǎn)換成所述受控開關(guān)所能識別的電平信號,并輸至所述受控開關(guān),以便所述受控開關(guān)與預設電壓導通。接著,所述感應信息確定裝置實時的將所述rc電路的信號輸出端所輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓值,并監(jiān)測所接收的數(shù)字電壓值是否趨于穩(wěn)定;若是,則確定所監(jiān)測的所述電容充電完成,并執(zhí)行步驟s2;若否,則繼續(xù)監(jiān)測。
在步驟s2中,所述感應信息確定裝置控制所述受控開關(guān)與地線導通,以使電容放電。
具體地,所述感應信息確定裝置向所述受控開關(guān)輸出用于表示受控開關(guān)與地線導通的電平信號,使得所述rc電路中的電容開始放電。同時,所述感應信息確定裝置執(zhí)行步驟s3。
在步驟s3中,所述感應信息確定裝置根據(jù)預先標定的與量程相關(guān)的周期數(shù),計算所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
具體地,所述感應信息確定裝置在接收到計數(shù)電路輸出周期數(shù)量后,利用根據(jù)預設的與量程相關(guān)的周期數(shù)所構(gòu)建的計算公式、或計算模型,實時的計算所接收到的周期數(shù)量所對應的感應信息。
以所述傳感裝置為體溫傳感器為例,所述感應信息確定裝置中預設有公式:
對于專用溫度計來說,需要盡量降低硬件成本,并能夠快速計算溫度值。所述感應信息確定裝置還以所述最小值所對應的周期數(shù)為起點、預設標定的精度單位為步長,對所述最小值所對應的周期數(shù)進行累加,直至所累加的結(jié)果大于等于所述最小值所對應的周期數(shù)與所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量的差值;再將所累加的次數(shù)代入預設的感應信息-累加次數(shù)的線性函數(shù),得到所述計數(shù)電路所提供的周期數(shù)量所對應的感應信息。
在此,所述精度單位是根據(jù)預設量程的最小值和最大值各自所對應的周期數(shù)而確定的。
例如,若測量體溫,則所述精度單位為0.1℃。此處,所述精度單位可通過
所述感應信息確定裝置逐步增加公式
需要說明的是,上述計算溫度值的方式僅為舉例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述示例將本發(fā)明所述思想引申到如壓力感應信息的確定場景等。
綜上所述,本發(fā)明的傳感系統(tǒng)及所適用的感應信息確定方法,由于采用了晶體振蕩器,無需在傳感裝置中設置參考電阻來對時鐘信號進行校正,極大的簡化了傳感裝置的結(jié)構(gòu);另外,利用比較器和邏輯器來監(jiān)測放電過程,以便計數(shù)器正確計數(shù)放電期間的時鐘信號周期數(shù)量,能夠為確定裝置提供準確的周期數(shù),明顯提高了檢測精度;還有,利用出廠時標定的周期數(shù)來計算感應信息,有效減少了測量參數(shù),簡化了計算過程;還有,利用加法運算來替代部分除法運算,能有效減少硬件運算過程中的資源占用。所以,本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效,而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下,對上述實施例進行修飾或改變。因此,舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變,仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。