一种低成本高精度的温湿压测量电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种低成本高精度的温湿压测量电路，其技术特点是：包括微控制器、实时时钟、温度采集单元、湿度采集单元、气压采集单元和供电电池，供电电池为整个测量电路供电，微控制器与时钟单元相连接，微控制器通过两个定时器捕获通道分别与温度采集单元、湿度采集单元相连接实现温度采集和湿度采集功能，微控制器与气压采集单元相连接实现大气压力采集功能。本实用新型专利技术设计合理，尤其是将对温度传感器阻值的测量转换为对RC电路充电时间的测量；同时充分利用微控制器的片上资源及其运算能力，满足了高精度温度测量要求，提高了温湿压测量电路的抗干扰能力和温湿压测量电路的性价比，可广泛地应用在成本敏感型的温湿压测量应用中。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高精度的温湿压测量电路
本技术属于电子测量
，尤其是一种低成本高精度的温湿压测量电路。
技术介绍
在大气探测领域，通常需要监测环境温度、环境湿度和大气压力等环境要素。而对于某些特定应用，在要求采集系统具有较好的采集精度的前提下还要严格控制成本，因而对采集系统的方案设计和器件选型都具有很高的要求。通常情况下，通过对特定传感器阻值(如热敏电阻)的测量可以得到环境温度，通过对特定传感器输出信号的频率的测量可以得到湿度。而精确地测得传感器阻值是这一系列测量中的重点和难点。由于对测量传感器阻值精度的要求较高，因此，首先采集电路本身必须具有较高的分辨率，必须具有较高的精度保证，其次在电路设计过程中要进行合理的布局与布线，把外界干扰给采集电路带来的影响降低到最小。在测量温度时，往往采用的是“分压法”先测出电阻，然后再间接得到被测温度。传感器电阻在前端电路中进行“分压”会产生一个电压。测得这个电压后，按照一定的比例即可换算出被测电阻值。然后根据修正公式即可换算成此时测量的温度值。为了获得较好的采集精度，采集电路往往是采用具有较高精度的A/D转换器芯片，如图2所示，该温度测量电路主要由温度传感器、信号调理电路和高精度A/D转换器组成，其中信号调理电路负责将传感器输出的信号经过转换和降噪，调整为适合A/D转换器采样的信号，以保证A/D转换器采样过程中工作在最佳状态，而A/D转换器自身的精度也是该方案中的重要一环。由于目前高精度A/D转换器的成本普遍较高，以致拉高了上述技术方案的总体成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本高精度的温湿压测量电路，解决高精度环境温度、湿度及大气压力测量电路的成本问题。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种低成本高精度的温湿压测量电路，包括微控制器、实时时钟、温度采集单元、湿度采集单元、气压采集单元和供电电池，所述供电电池为整个测量电路供电，所述微控制器与时钟单元相连接，所述微控制器通过两个定时器捕获通道分别与温度采集单元、湿度采集单元相连接实现温度采集和湿度采集功能，所述微控制器与气压采集单元相连接实现大气压力采集功能。所述温度采集单元由温度传感器、标准电阻、温度采集控制电路、阻值时间转换电路和第一定时器捕获通道构成，所述温度采集控制电路包括电子开关S1、电子开关S2和电子开关S3，所述阻值时间转换电路包括电容和电压比较器，所述第一定时器捕获通道为微控制器片上所集成；温度传感器和标准电阻分别接到电子开关S1和电子开关S2的两个触点，电子开关S1和电子开关S2的另一触点与电容连接后再接至一个电压比较器，电容的另一端接地，电子开关S3并联到电容两端，电压比较器输出端接入第一定时器捕获通道。所述湿度采集单元由湿度传感器、湿度采集控制电路和第二定时器捕获通道构成，所述湿度采集控制电路由电子开关S4构成，所述第二定时器捕获通道为微控制器片上所集成，所述电子开关S4的一端连接湿度传感器，电子开关S4的另一端连接第二定时器捕获通道。所述气压采集单元由气压传感器及微控制器片上SPI通信接口构成，所述气压传感器连接到微控制器SPI通信接口。所述微控制器还通过三个A/D接口连接电池电压监测单元、板上温度监测单元和1路模拟量采集接口。所述微控制器还通过SPI接口或UART数据接口与外部设备相连接。所述微控制器还通过调试接口连接调试设备。本技术的优点和积极效果是：1、本技术在环境温度测量方面通过微控制器片内的定时器捕获通道进行测量，片外使用低成本元件组成的简单电路进行采集控制的方案，利用“RC充放电”电路中“充电时间”与阻值之间的关系，把“阻值测量”转化为“时间测量”，通过测得充电时间，间接得到阻值及温度值，与传统方案相比，虽然增加了部分元器件数量，但这些器件均为低成本元件，却仍可以保持相同等级的数据采集精度，提高了测量电路的性价比；在环境湿度测量方面，通过微控制器片内所集成定时器的“捕获”通道，测量出相应传感器输出信号的频率，进而计算得出湿度值；在大气压力测量方面，利用低成本的气压传感器可以独立完成气压测量工作，而后通过SPI数据通讯接口将数据传输至电路板上的微控制器，从而实现了低成本高精度的环境温度、湿度及大气压力的测量功能，在保持较高精度的条件下，合理有效地降低成本。2、本技术采集速度较快，在测量过程中可以对单个采集过程进行多次采样，进而通过取其平均值的方法提高有用信号与噪音信号的比例(信噪比)，提高了信号的抗干扰能力。3、本技术对温度传感器的测量具有较大的动态范围，在整个量程内可以保持相对较高的精度，能够满足大量程温度测量的要求。4、本技术设计合理，尤其是将对温度传感器阻值的测量转换为对“RC电路充电时间”的测量；同时充分利用微控制器的片上资源及其运算能力，满足了高精度温度测量的设计分辨率的要求，提高了温湿压测量电路的抗干扰能力和温湿压测量电路的性价比，可广泛地应用在成本敏感型的温湿压测量应用中。附图说明图1是本技术的整体结构示意图；图2是现有的温度采集电路原理图；图3是本技术的温度采集单元电路原理图；图4是本技术的湿度采集单元电路原理图。具体实施方式以下结合附图对本技术实施例做进一步详述：一种低成本高精度的温湿压测量电路，如图1所示，包括微控制器、实时时钟、温度采集单元、湿度采集单元、气压采集单元、电池电压监测单元、板上温度监测单元、1路模拟量采集接口及供电电池。所述微控制器与时钟单元相连接实现时钟计时功能，供电电池为整个测量电路供电，所述微控制器分别通过捕获通道与温度采集单元、湿度采集单元相连接实现温度采集和湿度采集功能，所述微控制器通过SPI接口与气压采集单元相连接实现大气压力采集功能，所述微控制器通过三个A/D接口与电池电压监测单元、板上温度监测单元、1路模拟量采集接口相连接，所述微控制器通过SPI接口或UART数据接口与外部设备相连接，所述微控制器还通过调试接口连接电脑或调试设备实现微控制器软件的调试及升级功能。整个温湿压测量电路集成到电路板上能够实现低成本、高精度的环境温度、环境湿度及大气压力的测量功能。如图3所示，所述温度采集单元由温度传感器R1、标准电阻R0、温度采集控制电路、阻值时间转换电路和定时器捕获通道组成。所述温度采集控制电路包括三个电子开关S1、S2、S3，所述阻值时间转换电路由一个电容器C1和电压比较器构成；所述定时器捕获通道为微控制器片上所集成。温度传感器R1和标准电阻R0分别接到电子开关S1和S2的两个触点，S1、S2的另一触点和电容C1连接后再接至一个电压比较器，电容C1的另一端接地。电子开关S3并联到电容C1两端，S3作用是泄放掉电容C1上的电荷。电压比较器输出的脉冲信号接入定时器的捕获通道。如图4所示，所述湿度采集单元由湿度传感器、湿度采集控制电路和定时器捕获通道构成，湿度采集控制电路由一个电子开关S4构成；定时器捕获通道为微控制器片上所集成，电子开关S4的一端连接湿度传感器，电子开关S4的另一端连接定时器捕获通道相连接。所述气压采集单元由气压传感器及微控制器片上SPI通信接口组成。气压传感器在独立完成测量后，再通过SPI接口将采集数据传输至微控制器。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本高精度的温湿压测量电路，其特征在于：包括微控制器、实时时钟、温度采集单元、湿度采集单元、气压采集单元和供电电池，所述供电电池为整个测量电路供电，所述微控制器与时钟单元相连接，所述微控制器通过两个定时器捕获通道分别与温度采集单元、湿度采集单元相连接实现温度采集和湿度采集功能，所述微控制器与气压采集单元相连接实现大气压力采集功能。

【技术特征摘要】
1.一种低成本高精度的温湿压测量电路，其特征在于：包括微控制器、实时时钟、温度采集单元、湿度采集单元、气压采集单元和供电电池，所述供电电池为整个测量电路供电，所述微控制器与时钟单元相连接，所述微控制器通过两个定时器捕获通道分别与温度采集单元、湿度采集单元相连接实现温度采集和湿度采集功能，所述微控制器与气压采集单元相连接实现大气压力采集功能。2.根据权利要求1所述的一种低成本高精度的温湿压测量电路，其特征在于：所述温度采集单元由温度传感器、标准电阻、温度采集控制电路、阻值时间转换电路和第一定时器捕获通道构成，所述温度采集控制电路包括电子开关S1、电子开关S2和电子开关S3，所述阻值时间转换电路包括电容和电压比较器，所述第一定时器捕获通道为微控制器片上所集成；温度传感器和标准电阻分别接到电子开关S1和电子开关S2的两个触点，电子开关S1和电子开关S2的另一触点与电容连接后再接至一个电压比较器，电容的另一端接地，电子开关S3并联到电容两端，电压比较器输出端接入第一定时器捕获通道。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨加春，朱立超，
申请(专利权)人：天津华云天仪特种气象探测技术有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12