本發(fā)明涉及嵌入技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度測量電路及采用該電路的高精度溫度測量裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)、科研、醫(yī)療、軍事等諸多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)鞲衅鳒y量技術(shù)提出越來越高的要求。傳感器測量技術(shù)的性能是諸多電子裝置的核心問題，例如，超精密加工機(jī)床對光學(xué)元件加工時，對溫度要求特別嚴(yán)格。LODTM（Large Optic Diamond Turning Machine）機(jī)床的液壓裝置控溫為0.0005℃，機(jī)房空氣控溫為0.003℃；薄膜壓力傳感器適用于高溫工業(yè)過程控制檢測（如電力、冶金、石化等裝置）、高溫地?zé)岚l(fā)電機(jī)的測試、工程和試驗(yàn)站、天然氣、石油輸送管道壓力測控、汽輪機(jī)和發(fā)動機(jī)的壓力測試標(biāo)定等測量。然而線性傳感器由于測量精度低、靈敏度低等缺陷滿足不了發(fā)展需求，而非線性傳感器（如溫度）可以滿足靈敏度高、測量精確等要求，但是存在其R-T特性呈非線性關(guān)系，環(huán)境對測量精度影響大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種溫度測量電路及采用該電路的高精度溫度測量裝置，該電路工作速度快，誤差小，該裝置具有精度高，穩(wěn)定性能好，功耗低，人機(jī)交互界面友好，操作方便的高精度溫度測量裝置。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是：

一種溫度測量電路：包括包括恒流源模塊、恒流源選擇電路、恒流源輸出電路、熱敏電阻傳感器、緩沖電路和A/D轉(zhuǎn)換電路；

恒流源模塊由運(yùn)放放大器U1A的正極與電阻R3的一端連接，運(yùn)算放大器U1A的負(fù)端與電阻R5連接，還與JEFT晶體管Q1的漏極連接，運(yùn)算放大器U1A的輸出與JEFT晶體管Q1的柵極連接，運(yùn)算放大器電源正端與+12V電源相連接并通過電容C2接地，運(yùn)算放大器的電源負(fù)端與-12V電源相連接并通過電容C1接地，

恒流源選擇電路9、由電阻R1、R2、R6、R7并聯(lián)組成，

恒流源輸出電路10、由運(yùn)算放大器U1B的正極與JEFT晶體管Q2的源級連接，還與電阻R4的一端連接，運(yùn)算放大器U1B負(fù)極、JEFT晶體管Q2的漏極和恒流源選擇端的一端相互連接，恒流源選擇端的另一端與電阻R4另一端連接，運(yùn)算放大器U1B的輸出端與JEFT晶體管Q2的柵極連接，JEFT晶體管Q2的源級與恒流源輸出一端連接，

緩沖電路12由運(yùn)算放大器U2的正極電阻R9相連接連接，運(yùn)算放大器U2的負(fù)極、運(yùn)算放大器U2的輸出端和電阻R11一端相互連接，運(yùn)算放大器U2電源正端與+12V電源相連接，運(yùn)算放大器U2的電源負(fù)端與-12V電源相連接，

運(yùn)算放大器U3的正極電阻R10相連接連接，運(yùn)算放大器U3的負(fù)極、運(yùn)算放大器U3的輸出端和電阻R12一端相互連接，運(yùn)算放大器U3電源正端與+12V電源相連接，運(yùn)算放大器U3的電源負(fù)端與-12V電源相連接，

A/D轉(zhuǎn)換電路13由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的CS、SCLK、DOUT、DIN端分別與ARM處理器的PE0、PE1、PE2、PE3連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的模擬、數(shù)字電源端與+5V電源連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的基準(zhǔn)電源輸入端與VCC_REF電源連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的電源地、基準(zhǔn)電源地端與裝置供電電源地連接，

JEFT晶體管Q1的源級、恒流源輸出電路的運(yùn)算放大器U1B的正極、電阻R4的一端相互連接，

JEFT晶體管Q2的源級、熱敏電阻R8的一端、輸入緩沖電路的電阻R9的一端相互連接，

熱敏電阻R8的另一端、輸入緩沖電路的電阻R10的一端、電源地相互連接，

電阻R11的另一端與A/D采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13輸入正端連接，

電阻R12的另一端與A/D采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13輸入負(fù)端連接，

一種高精度溫度測量裝置，包括處理部分、控制部分、測量部分、TFT液晶屏和SD卡；

處理部分包括ARM處理器、晶振、鍵盤輸入、系統(tǒng)電源、I/O接口、SPI接口、SDIO接口和FSMC接口，

ARM處理器分別與晶振、鍵盤輸入、系統(tǒng)電源、I/O接口、SPI接口、SDIO接口和FSMC接口與相連接，

控制部分包括恒流源模塊和通道切換模塊，作用是控制恒流源輸出電流值以及工作時間，

測量部分包括恒流源選擇電路、恒流源輸出電路、熱敏電阻傳感器、緩沖電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，

恒流源選擇電路、恒流源輸出電路、熱敏電阻傳感器、緩沖電路、A/D轉(zhuǎn)換電路依次連接；

恒流源輸出電路的輸出電流通過熱敏電阻傳感器，熱敏電阻傳感器對電壓值進(jìn)行采樣，A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過處理部分的SPI接口將數(shù)據(jù)上傳給處理部分的ARM 處理器，

處理部分的ARM 處理器是整個溫度測量裝置的核心，通過SPI接口接收從測量部分的 A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)，從而獲得測量部分的熱敏電阻傳感器的數(shù)字量，

處理部分的ARM 處理器根據(jù)當(dāng)前數(shù)字量以及控制部分對恒流源模塊的電流值，調(diào)節(jié)控制部分的通道切換模塊，調(diào)節(jié)恒流源模塊的輸出電流值大小以及電流通過測量部分的熱敏電阻傳感器的工作時間，并根據(jù)恒流源模塊的電流與熱敏電阻傳感器的數(shù)字量計(jì)算對應(yīng)的電阻值，通過處理部分的SDIO接口讀取SD卡中電阻對應(yīng)溫度值，利用查表方式，得到具體的測量溫度，通過處理部分的FSMC接口驅(qū)動TFT液晶屏顯示。

所述的處理部分的I/O接口與控制部分的通道切換模塊相連接，

所述的處理部分的SPI接口與測量部分的A/D轉(zhuǎn)換電路相連接，

所述的處理部分的SDIO接口與SD卡相連接，

所述的處理部分的FSMC接口與TFT液晶屏相連接，

所述的控制部分的恒流源模塊通過測量部分的恒流源選擇電路、恒流源輸出電路與測量部分的熱敏電阻傳感器模塊相連接，控制測量部分的熱敏電阻傳感器功耗，降低溫漂對測量精度的影響而選擇合適的恒流源電流接入測量部分的熱敏電阻傳感器。

有益效果：

本實(shí)用新型提供了一種溫度測量電路及采用該電路的高精度溫度測量裝置，該電路工作速度快，誤差小，該裝置具有精度高，穩(wěn)定性能好，功耗低，人機(jī)交互界面友好，操作方便，能準(zhǔn)確采集環(huán)境溫度，具有精度高，穩(wěn)定性能好，功耗低，人機(jī)交互界面友好，工作速度快，操作方便。

附圖說明

圖1為溫度測量電路的電路圖；

圖2為高精度溫度測量裝置框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步的闡述，但不是對本實(shí)用新型的限定

實(shí)施例：

如圖1所示：

一種溫度測量電路：包括恒流源模塊8、恒流源選擇電路9、恒流源輸出電路10、熱敏電阻傳感器11、緩沖電路12和A/D轉(zhuǎn)換電路13；

恒流源模塊8由運(yùn)放放大器U1A的正極與電阻R3的一端連接，運(yùn)算放大器U1A的負(fù)端與電阻R5連接，還與JEFT晶體管Q1的漏極連接，運(yùn)算放大器U1A的輸出與JEFT晶體管Q1的柵極連接，運(yùn)算放大器電源正端與+12V電源相連接并通過電容C2接地，運(yùn)算放大器的電源負(fù)端與-12V電源相連接并通過電容C1接地，

恒流源選擇電路9、由電阻R1、R2、R6、R7并聯(lián)組成，

恒流源輸出電路10、由運(yùn)算放大器U1B的正極與JEFT晶體管Q1的源級連接，還與電阻R4的一端連接，運(yùn)算放大器U1B負(fù)極、JEFT晶體管Q2的漏極和恒流源選擇端的一端相互連接，恒流源選擇端的另一端與電阻R4另一端連接，運(yùn)算放大器U1B的輸出端與JEFT晶體管Q2的柵極連接，JEFT晶體管Q2的源級與恒流源輸出一端連接，

緩沖電路12由運(yùn)算放大器U2的正極電阻R9相連接連接，運(yùn)算放大器U2的負(fù)極、運(yùn)算放大器U2的輸出端和電阻R11一端相互連接，運(yùn)算放大器U2電源正端與+12V電源相連接，運(yùn)算放大器U2的電源負(fù)端與-12V電源相連接，

運(yùn)算放大器U3的正極電阻R10相連接連接，運(yùn)算放大器U3的負(fù)極、運(yùn)算放大器U3的輸出端和電阻R12一端相互連接，運(yùn)算放大器U3電源正端與+12V電源相連接，運(yùn)算放大器U3的電源負(fù)端與-12V電源相連接，

A/D轉(zhuǎn)換電路13由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的CS、SCLK、DOUT、DIN端分別與ARM處理器的PE0、PE1、PE2、PE3連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的模擬、數(shù)字電源端與+5V電源連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的基準(zhǔn)電源輸入端與VCC_REF電源連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13的電源地、基準(zhǔn)電源地端與裝置供電電源地連接，

JEFT晶體管Q1的源級、恒流源輸出電路的運(yùn)算放大器U1B的正極、電阻R4的一端相互連接，

JEFT晶體管Q2的源級、熱敏電阻R8的一端、輸入緩沖電路的電阻R9的一端相互連接，

熱敏電阻R8的另一端、輸入緩沖電路的電阻R10的一端、電源地相互連接，

電阻R11的另一端與A/D采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13輸入正端連接，

電阻R12的另一端與A/D采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片R13輸入負(fù)端連接，

如圖2所示：

一種高精度溫度測量裝置，包括處理部分1、控制部分7、測量部分10、TFT液晶屏19和SD卡20；

處理部分1包括ARM處理器2、晶振3、鍵盤輸入4、系統(tǒng)電源5、I/O接口6、SPI接口16、SDIO接口17和FSMC接口18，

ARM處理器2分別與晶振3、鍵盤輸入4、系統(tǒng)電源5、I/O接口6、SPI接口16、SDIO接口17和FSMC接口18與相連接，

控制部分7包括恒流源模塊8和通道切換模塊9，作用是控制恒流源輸出電流值以及工作時間，

測量部分10包括恒流源選擇電路11、恒流源輸出電路12、熱敏電阻傳感器13、緩沖電路14和A/D轉(zhuǎn)換電路15，

恒流源選擇電路11、恒流源輸出電路12、熱敏電阻傳感器13、緩沖電路14、A/D轉(zhuǎn)換電路15依次連接；

恒流源輸出電路12的輸出電流通過熱敏電阻傳感器13，熱敏電阻傳感器13對電壓值進(jìn)行采樣，A/D轉(zhuǎn)換電路14將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過處理部分1的SPI接口16將數(shù)據(jù)上傳給處理部分1的ARM 處理器2，

處理部分1的ARM 處理器2是整個溫度測量裝置的核心，通過SPI接口16接收從測量部分10的 A/D轉(zhuǎn)換電路15的數(shù)據(jù)，從而獲得測量部分10的熱敏電阻傳感器13的數(shù)字量，

處理部分1的ARM 處理器2根據(jù)當(dāng)前數(shù)字量以及控制部分7對恒流源模塊8的電流值，調(diào)節(jié)控制部分7的通道切換模塊9，調(diào)節(jié)恒流源模塊8的輸出電流值大小以及電流通過測量部分10的熱敏電阻傳感器13的工作時間，并根據(jù)恒流源模塊8的電流與熱敏電阻傳感器13的數(shù)字量計(jì)算對應(yīng)的電阻值，通過處理部分1的SDIO接口17讀取SD卡20中電阻對應(yīng)溫度值，利用查表方式，得到具體的測量溫度，通過處理部分1的FSMC接口18驅(qū)動TFT液晶屏19顯示。

所述的處理部分1的I/O接口6與控制部分7的通道切換模塊9相連接，

所述的處理部分1的SPI接口16與測量部分10的A/D轉(zhuǎn)換電路15相連接，

所述的處理部分1的SDIO接口17與SD卡20相連接，

所述的處理部分1的FSMC接口18與TFT液晶屏19相連接，

所述的控制部分7的恒流源模塊8通過測量部分10的恒流源選擇電路10、恒流源輸出電路12與測量部分10的熱敏電阻傳感器13模塊相連接，控制測量部分10的熱敏電阻傳感器13功耗，降低溫漂對測量精度的影響而選擇合適的恒流源電流接入測量部分10的熱敏電阻傳感器13。

高精度溫度測量裝置工作過程如下：

把熱敏電阻溫度傳感器9置于機(jī)床床體恒溫液體中，將恒流源通過所述熱敏電阻溫度傳感器9，使得所述熱敏電阻溫度傳感器9產(chǎn)生一定壓降，再把所述熱敏電阻溫度傳感器9兩端產(chǎn)生的電壓信號通過緩沖電路10傳送到A/D轉(zhuǎn)換電路12，ARM處理器19通過SPI接口14從A/D轉(zhuǎn)換電路12讀取熱敏電阻的數(shù)字量，ARM處理器19根據(jù)當(dāng)前數(shù)字量以及恒流源大小，調(diào)節(jié)通道切換模塊11并計(jì)算對應(yīng)的電阻值，然后ARM處理器19把計(jì)算的電阻值通過SDIO及接口16讀取SD卡18對應(yīng)溫度值，最后通過FSMC接口15驅(qū)動TFT液晶屏17顯示溫度值，見表1熱敏電阻值與溫度值對照表，

表1熱敏電阻值與溫度值對照表

實(shí)際溫度值（℃） 熱敏電阻值（Ω）

19.03601154 13087.49334

19.03400934 13086.069629

20.01808986 12510.50976

20.01909096 12510.03318

25.49910802 9801.046177

25.49810692 9797.057617

29.98002807 8078.463622

29.98102917 8078.569907

36.48817402 6154.794678

36.48917511 6154.126114

46.50116828 4129.914388

46.50216938 4129.76416

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知，測量溫度值與恒溫槽溫度值相差最大0.01℃，且在20℃~50℃可以達(dá)到0.0005℃以下。

恒流源輸出的電流I，通過熱敏電阻產(chǎn)生壓降U，通過緩沖電路與AD模塊連接。緩沖電路不僅隔離輸入電壓與AD轉(zhuǎn)換芯片，保護(hù)AD轉(zhuǎn)換芯片；還增加采集信號的輸入電阻，減小輸出電阻，更精確將U傳送到AD采集。

熱敏電阻壓降U與AD轉(zhuǎn)換電路的差分輸入通道3連接，AD轉(zhuǎn)換芯片選用24位AD，測量分辨率1uV，可以精確將采集的熱敏電阻電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給ARM處理器模塊。

測量部分包含恒流源模塊、緩沖電路和AD轉(zhuǎn)換電路，其中恒流源是利用微小恒流源電路的設(shè)計(jì)方案，是本發(fā)明的核心創(chuàng)新，通過采樣高精度基準(zhǔn)電壓源ADR4525輸出的2.5V電壓，通過采樣電阻以及運(yùn)放虛短續(xù)斷，將基準(zhǔn)電壓變?yōu)?.25V，運(yùn)用JEFT場效應(yīng)管的漏極和源級電流相等特性，改變采樣電阻R4大小，可以輸出不同的電流大小I如下表：

表2 恒流源輸出電流值：

R4電阻值（Ω） 電流理論值（nA） 實(shí)際測量值（nA） 誤差值（nA）

250 100000 99735 10

2500 10000 9975 1

25000 1000 997 0.1

250000 100 100 0.01

根據(jù)上述電流輸出值可以得出，恒流源電流輸出精度控制在0.01%精度，且恒流源輸出電流最小100nA，最大電流100mA。

恒流源輸出的電流I，通過熱敏電阻產(chǎn)生壓降U，通過緩沖電路與AD模塊連接。緩沖電路不僅隔離輸入電壓與AD轉(zhuǎn)換芯片，保護(hù)AD轉(zhuǎn)換芯片；還增加采集信號的輸入電阻，減小輸出電阻，更精確將U傳送到AD采集。

熱敏電阻壓降U與AD轉(zhuǎn)換電路的差分輸入通道3連接，AD轉(zhuǎn)換芯片選用24位AD，測量分辨率1uV，可以精確將采集的熱敏電阻電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送給ARM處理器模塊。

為了根據(jù)ARM處理器計(jì)算出的電阻值讀取對應(yīng)溫度值以及清晰顯示溫度值。熱敏電阻傳感器的電阻-溫度曲線呈非線性關(guān)系，SD卡存儲的是在恒溫槽中傳感器測量電阻-溫度值，ARM處理器根據(jù)當(dāng)前傳感器電阻值，通過查表的方法，可以讀取對應(yīng)的溫度值。然而，通過TFT液晶顯示屏顯示當(dāng)前溫度值。

轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)如下表

表3溫度測量結(jié)果以及與恒溫槽溫度值對照：

恒溫槽溫度值（℃） 熱敏電阻值（Ω） 測量溫度值（℃）

0.10253121 32643.52140 0.1034125

5.51213424 24785.25683 5. 515451

10.1021242 19810.21543 10.102345

15.5245214 15357.31256 15.524258

20.51163177 12233.0123 20.50958

25.98564224 9592.47489 25.98304

30.9591031 7749.67627 30.956007

35.98261892 6283.98266 35.979021

40.01814993 5333.16267 40.014148

45.50107018 4293.32837 45.496520

50.01808986 3601.69576 50.001308

55.11808986 2974.38754 54.622203

60.51123452 2443.50976 60.504723

65.01424521 2075.31254 64.494130

70.52452454 1722.35097 70.517472

通過上表可知，測量實(shí)際溫度值與恒溫槽溫度值最大誤差為0.01攝氏度，并且在20~50℃時，測量誤差低于0.0005℃。