最大化電阻感測(cè)的分辨率的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)一般地涉及在建筑自動(dòng)化或工業(yè)控制應(yīng)用中感測(cè)大范圍的基于電阻的傳 感器值。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多建筑自動(dòng)化或工業(yè)過(guò)程需要針對(duì)受控過(guò)程內(nèi)的多種過(guò)程變量值感測(cè)信號(hào)。通 常被感測(cè)的信號(hào)由感測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)換成電壓、電流、電阻或其他接口信號(hào)值并且信號(hào)值通常與 被感測(cè)的值(線性地、非線性地或另外地)成比例。
[0003] 盡管存在用于電壓(諸如0-1￥、0-2￥、0-5￥、0-10￥、2-10￥)和用于電流(0-111^、0-2滅、〇-1〇11^、〇-2〇11^、4-20滅)的許多標(biāo)準(zhǔn)值，但電阻值在一系列值上變化。諸如熱敏電阻器 的溫度傳感器例如可以是100 Ohm、1000 0hm、2000 Ohm、10000 Ohm以及甚至100000 Ohm。 通常在參考溫度處的參考電阻處指定溫度傳感器，并且溫度傳感器然后以與電阻相關(guān)聯(lián)的 等式形式提供改變溫度的影響。100000 ohm熱敏電阻器取決于傳感器溫度從33000到超過(guò) 2200000 ohm變動(dòng)。附加地，許多位置傳感器基本上是電位計(jì)（"pot"或可變電阻），其中被感 測(cè)的運(yùn)動(dòng)改變電位計(jì)電阻。這些傳感器通常是0-100 011111、0-1000 011111、0-2000 011111、0-10000 0hm、0-100000 Ohm或0-1000000 Ohm，但實(shí)質(zhì)上可以是任何其他開(kāi)始/結(jié)束值。某些 傳感器是非線性的，意味著在傳感器的低和高端處的被感測(cè)的值的固定改變不導(dǎo)致電阻值 的相等改變。設(shè)計(jì)解決方案可以針對(duì)每個(gè)類(lèi)型的傳感器范圍使用不同的輸入電路，但可以 擴(kuò)展電路以允許多個(gè)輸入類(lèi)型。硬件、軟件和或人工控制的開(kāi)關(guān)可以被用來(lái)選擇/取消選擇 各種部件或參考值。
[0004] 當(dāng)電路設(shè)計(jì)使用允許更大范圍的這些電阻類(lèi)型的技術(shù)時(shí)，結(jié)果通常是在針對(duì)任 何/大部分/所有單獨(dú)的范圍的被感測(cè)的值的分辨率中的損失。即，用于感測(cè)0-1000和〇-2000 ohm值的單個(gè)電路可以使用相對(duì)于(verse)用于0-2000 ohm傳感器的全范圍的模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的全標(biāo)度范圍的僅一半。
[0005] 鑒于前述內(nèi)容，存在針對(duì)用于在寬的電阻范圍上確定電阻值而沒(méi)有感測(cè)值分辨率 的損失的系統(tǒng)、設(shè)備和方法的持續(xù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上文，提供了一種用于最大化電阻感測(cè)傳感器的分辨率的系統(tǒng)。在可變電阻 器中改變電阻值并且將穿過(guò)該電阻的電流轉(zhuǎn)換成電壓。電壓經(jīng)由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成 數(shù)字值，所述數(shù)字值被控制器處理?？刂破鬟€向數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器提供反饋，所述數(shù)模(D/A) 轉(zhuǎn)換器能夠調(diào)整可變電流源以便提供最佳準(zhǔn)確性和增加的分辨率，其中可以從存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)訪問(wèn)反饋。
[0007] 在對(duì)以下圖和詳細(xì)描述檢驗(yàn)時(shí)，本發(fā)明的其他設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)勢(shì) 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是清楚的或?qū)⒆兊们宄Ｒ鈭D使所有這樣的附加系統(tǒng)、方法、特征 和優(yōu)勢(shì)被包括在該描述內(nèi)、在本發(fā)明的范圍內(nèi)并且得到所附權(quán)利要求書(shū)保護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖中的部件不一定按比例，代之以施加強(qiáng)調(diào)于圖示本發(fā)明的原理。在圖中，相同的 參考數(shù)字指定貫穿不同的視圖的相應(yīng)的部分。
[0009] 圖1圖示了根據(jù)示例實(shí)現(xiàn)的用于最大化基于電阻的傳感器值的范圍的處理器控制 的(processor-controlled)可變電流方法的框圖； 圖2圖示了圖1的A/D轉(zhuǎn)換器的標(biāo)度范圍和相對(duì)電阻值的圖； 圖3圖示了圖1的A/D轉(zhuǎn)換器的范圍； 圖4a圖示了根據(jù)示例實(shí)現(xiàn)的具有滑環(huán)(traveler)的圖1的可變電阻器的框圖； 圖4b圖示了可變電阻設(shè)備的示例； 圖5圖不了圖1的不例可變電流源的電路圖； 圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)現(xiàn)的用于最大化電阻感測(cè)的分辨率的方法的流程圖； 圖7和8是根據(jù)示例實(shí)現(xiàn)的煙罩(fume hood)的示例的透視圖示，其中可以通過(guò)如在圖1 中的感測(cè)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)用于確定窗扇開(kāi)口面積(area)的示例實(shí)現(xiàn)； 圖9圖示了根據(jù)示例實(shí)現(xiàn)的具有電阻帶和附接于圖7的窗扇面板的滑環(huán)的煙罩的透視 剖面圖； 圖10圖示了對(duì)圖7的煙罩的控制的框圖；以及 圖11圖示了用于最大化窗扇開(kāi)口的分辨率的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】 [0010] I.電阻感測(cè) 在圖1中，圖示了用于最大化基于電阻的傳感器值的范圍的處理器控制的可變電流方 法的框圖100。諸如電位計(jì)1〇2(通常被稱(chēng)作"pot"）的可變電阻設(shè)備被耦合到可變電流源104 和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器106的輸入?？刂破?08被耦合到A/D轉(zhuǎn)換器106的輸出和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換 器110的輸入。D/A轉(zhuǎn)換器110的輸出被耦合到可變電流源104的輸入?？勺冸娏髟?04確實(shí)如 它的名字暗示的那樣將電流值提供到電位計(jì)或可變電阻器102中。流動(dòng)通過(guò)電位計(jì)102電阻 的電流使得電壓跨電位計(jì)電阻102發(fā)展。根據(jù)歐姆定律，電壓將等于電位計(jì)102的電阻乘流 動(dòng)通過(guò)電位計(jì)10 2的電流。
[0011] D/A轉(zhuǎn)換器110被示出向可變電流源104供應(yīng)設(shè)定點(diǎn)值，使得輸出電流與設(shè)定點(diǎn)值 成比例地改變。D/A轉(zhuǎn)換器110可以具有任何位分辨率6、8、10、12、14、16或其他值，其分別產(chǎn) 生64、256、1024、4096、16384或65356個(gè)電流電平。當(dāng)在當(dāng)前的示例中使用10位0/^轉(zhuǎn)換器 110時(shí)，1024個(gè)不同的電流值可以由可變電流源104采用，導(dǎo)致從可變電流源104可獲得1024 個(gè)不同的電流，并且還導(dǎo)致跨電位計(jì)102的1024個(gè)不同的電壓。D/A轉(zhuǎn)換器110值可以由在控 制器108中執(zhí)行的算法設(shè)置。
[0012] 例如，算法在被執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致1〇位D/A轉(zhuǎn)換器110被配置成在0計(jì)數(shù)值處驅(qū)動(dòng)1微安培 (uA)電流并且針對(duì)每個(gè)附加步驟驅(qū)動(dòng)1附加微安培電流，然后電流值1、2、3、4、5……1021、 1022U023微安培是可能的，并且每個(gè)電流發(fā)展跨電位計(jì)102的不同電壓。算法可以在控制 器108中被實(shí)現(xiàn)為查找表、數(shù)學(xué)映射函數(shù)、導(dǎo)致用于控制器108的類(lèi)似的輸入和輸出值的其 他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0013]在圖1中還有讀取跨電位計(jì)104發(fā)展的電壓的A/D轉(zhuǎn)換器106。得到的電壓值被供應(yīng) 到控制器108?？刂破?08包含算法和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)確定傳入的電壓值是否在A/D轉(zhuǎn)換器 106的期望范圍內(nèi)并且如果被感測(cè)的電壓過(guò)低則使來(lái)自D/A轉(zhuǎn)換器110的電流設(shè)定點(diǎn)增加或 者如果電壓過(guò)高則使D/A轉(zhuǎn)換器110電流值減小。所期望的是不超過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器106的最大電 壓輸入。
[0014]當(dāng)電壓在期望的范圍內(nèi)時(shí)，控制器1〇8可以根據(jù)支配(command)到A/D轉(zhuǎn)換器110的 值來(lái)確定通過(guò)電位計(jì)102的電流并且根據(jù)在A/D轉(zhuǎn)換器106的期望范圍中的電壓讀數(shù)來(lái)確定 跨電位計(jì)102的電壓。使用歐姆定律，控制器108可以確定電位計(jì)102的電阻值。
[0015]轉(zhuǎn)向圖2,圖示了A/D轉(zhuǎn)換器的標(biāo)度范圍202和圖1的A/D轉(zhuǎn)換器106及可變電阻器 102的相對(duì)電阻值204的圖200。存在許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)上面的方法，但解決方案落入由如下組 成的類(lèi)別中：1)最大電阻是已知的嗎(是/否）以及2)讀數(shù)是"最準(zhǔn)確"或"最線性"的嗎。如果 最大電阻是已知的(通過(guò)人工設(shè)置它或通過(guò)電位計(jì)的激活），則方法可以計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換器110 需要什么電流值，該值可以被發(fā)送到D/A轉(zhuǎn)換器110并且可以做出A/D轉(zhuǎn)換器106讀數(shù)并且計(jì) 算電阻。這導(dǎo)致"最線性的"結(jié)果206?？蛇x地，當(dāng)電阻從最大值減少時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器110可以被 支配到較高的電流設(shè)置，導(dǎo)致更佳的A/D轉(zhuǎn)換器106讀數(shù)。該選項(xiàng)導(dǎo)致電阻的較高分辨率 208，但針對(duì)在A/D轉(zhuǎn)換器106計(jì)數(shù)（電壓值)的數(shù)量中的相同改變不具有測(cè)量值的改變的恒 定速率。A/D轉(zhuǎn)換器106的操作范圍可以將線性縮放(scaling)限制到不可用的范圍210和可 用范圍212。
[0016] 如果最大電阻值不是已知的，則D/A轉(zhuǎn)換器110可以由控制器108的輸出支配到它 的最小值并且A/D轉(zhuǎn)換器電壓值讀數(shù)可以被做出。目前的電阻值可以根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器110電 流值和A/D轉(zhuǎn)換器106電壓值來(lái)計(jì)算。在控制器108內(nèi)的查找表可以被用來(lái)轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換器 106電壓值(或在其他實(shí)現(xiàn)中的電阻)并且確定針對(duì)該電阻的最佳的D/A轉(zhuǎn)換器110電流值設(shè) 置。該電流值被支配到D/A轉(zhuǎn)換器110并且然后可以以最佳分辨率做出第二讀數(shù)。通過(guò)保持 對(duì)發(fā)現(xiàn)的最大值的跟蹤，控制器108可以學(xué)習(xí)最大值并且切換到"最大值已知"方法。
[0017] 在圖3中，描繪了圖1的A/D轉(zhuǎn)換器106的范圍的圖示300。許多設(shè)計(jì)考慮可以影響期 望的電壓范圍在全部A/D轉(zhuǎn)換器106內(nèi)位于何處。例如，將期望的電壓帶放置在全部A/D轉(zhuǎn)換 器106范圍的頂部302附近最大化了通過(guò)感測(cè)電路的電流，從而最小化電噪聲。如果可變電 阻器102改變值（由于被感測(cè)的值/位置改變），則將感測(cè)范圍放置在全部范圍的中間304中 給出較寬的"恢復(fù)"范圍。而將感測(cè)范圍放置在底部306處提供用于A/D轉(zhuǎn)換器106的最小范 圍。
[0018] II.電位計(jì)感測(cè) 轉(zhuǎn)向圖4a，圖示了根據(jù)示例實(shí)現(xiàn)的具有滑環(huán)的可變電阻器(電阻帶402)的框圖。這里電