一種基于石英晶體溫度傳感器的多通道溫度測量電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及溫度測量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于石英晶體溫度傳感器的多通 道溫度測量電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代社會中，溫度測量普遍而又重要，傳統(tǒng)的溫度傳感器有熱敏電阻，銷電阻，熱 電偶等等，它們都是作為一種模擬式傳感器，在數(shù)字化的今天需要進(jìn)行ADC采樣，會在一定 程度上降低精度，石英晶體諧振式傳感器vibrating silicon crys1:al hansducer W石 英晶體諧振器作為敏感元件的諧振式傳感器。石英晶體諧振器是用石英晶體經(jīng)過適當(dāng)切割 后制成，當(dāng)被測參量發(fā)生變化時，它的固有振動頻率隨之改變，用基于壓電效應(yīng)(見壓電式 傳感器)的激勵和測量方法就可獲得與被測參量成一定關(guān)系的頻率信號。石英晶體諧振式 傳感器的精度高，響應(yīng)速度較快，常用于測量溫度和壓力，有著高精度，高穩(wěn)定性，高分辨率 的優(yōu)點。而且其功耗小，體積小，適用于便攜式和可穿戴式的應(yīng)用。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于石英晶體溫度傳感器的多通道 溫度測量電路，W解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004] 本實用新型所解決的技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種基于石英晶體溫度 傳感器的多通道溫度測量電路，包括:石英晶體溫度傳感器電路、MCU數(shù)據(jù)處理電路，MCU數(shù) 據(jù)處理電路通訊連接多個石英晶體溫度傳感器電路，多個石英晶體溫度傳感器電路和一個 MCU數(shù)據(jù)處理電路通過屏蔽線構(gòu)成星形接法連接，每個石英晶體溫度傳感器電路附著于待 測處，MCU數(shù)據(jù)處理電路接收并處理多個石英晶體溫度傳感器電路的信息，處理之后的數(shù)據(jù) 通過藍(lán)牙和上位機通信，上位機根據(jù)多處的溫度測量形成溫度場模型并顯示在上位機中。
[0005] 進(jìn)一步地，所述石英晶體溫度傳感器電路包括皮爾斯晶體振蕩器電路、485電平發(fā) 送電路;MCU數(shù)據(jù)處理電路包括485電平接收電路、多選一電路、同相緩沖電路、高精度TCX0 時鐘電路、等精度頻率測量電路、藍(lán)牙通信電路、電池電量指示電路，485電平接收電路的輸 出連接到多選一電路，多選一電路的輸出連接到同相緩沖電路，同相緩沖電路的輸出連接 到等精度頻率測量電路，高精度TCX0時鐘電路也連接到等精度頻率測量電路，藍(lán)牙通信電 路和電池電量指示電路連接至主控MCU。
[0006] 進(jìn)一步地，所述皮爾斯晶體振蕩器電路由內(nèi)部集成反相器的忍片U1，電阻R1、R2、 R3、R4,電容(：1、〔3、〔4、05組成，電阻1?1、1?2、1?、1?4共同構(gòu)成偏置電阻，使得反相器工作在高 增益放大狀態(tài)，石英晶體與電容C3，C4構(gòu)成31型網(wǎng)絡(luò)形式的帶通濾波器。
[0007] 進(jìn)一步地，所述485電平發(fā)送電路由內(nèi)部帶有485電平轉(zhuǎn)換功能的忍片U1完成，石 英晶體溫度傳感器采用特殊切割工藝制作，晶體的振蕩頻率對溫度敏感，而且在一定范圍 內(nèi)呈現(xiàn)高精度的線性關(guān)系，利用該關(guān)系進(jìn)行溫度測量。485電平發(fā)送電路主要進(jìn)行振蕩波形 的傳輸，振蕩信號通過屏蔽雙絞線傳送至MCU數(shù)據(jù)處理電路。整個系統(tǒng)有多個石英晶體溫度 傳感器電路，用W測量多處的溫度。所述U1的型號是LTC1480,所述電容C1、C3、C4、C5需采用 溫度性能穩(wěn)定的NK)電容。
[0008] 進(jìn)一步地，所述的每個485電平接收電路和每個石英晶體溫度傳感器電路相對應(yīng)， 用來將接收的振蕩信號的485電平轉(zhuǎn)為TTL電平，采用時分復(fù)用的原則，利用多選一模擬開 關(guān)U2選擇多路信號中的一路，模擬開關(guān)的地址位連接到MCU的端口，多選一電路的輸出連接 到同相緩沖電路，所述485電平接收電路采用的是低功耗忍片LTC1480,多選一模擬開關(guān)U2 的型號是74肥4051，所述MCU忍片U7的型號是低功耗系列的忍片STM32L151C8T6,該MCU內(nèi)部 集成32M主頻，多個定時計數(shù)器，12位ADC，串行通信接口，而且基于低功耗架構(gòu)，適合可穿戴 和便攜式的應(yīng)用。
[0009] 進(jìn)一步地，所述高精度TCX0時鐘電路由高精度溫補晶振振蕩器U9、反相器式放大 器和時鐘分頻器U8構(gòu)成，為了使諧波成分少，市場上大多數(shù)高精度TCX0輸出的是削峰正弦 波，而系統(tǒng)需求的是CMOS電平時鐘波形，通過反相器式放大器的整形作用輸出符合要求的 CMOS電平時鐘波形，C7為隔直電容，R7為偏置電阻，然后經(jīng)過二進(jìn)制計數(shù)器忍片U8分頻，U8 第12腳輸出TCX0的二分頻頻率，該頻率作為MCU忍片U7的外部時鐘信號，U8第9腳輸出TCX0 的八分頻頻率，該頻率作為等精度測頻的標(biāo)準(zhǔn)信號，所述高精度溫補振蕩器U9的型號是 DSB535SG-10M，所述二進(jìn)制計數(shù)器忍片U8的型號是高速CMOS系列的74肥4024。
[0010] 進(jìn)一步地，所述等精度頻率現(xiàn)慢電路包括同步Π 控電路、計數(shù)Π 1和計數(shù)化，預(yù)閩 口信號由MCU的GPI02發(fā)出，同步口控電路利用D觸發(fā)器忍片U4的同步作用將預(yù)閩口信號變 換成與待測信號同步的同步閩口信號，MCU的GPI01端口連接至D觸發(fā)器的清零端，同相緩沖 電路輸出的待測信號連接到計數(shù)口 1，高精度TCX0時鐘電路的八分頻輸出作為標(biāo)準(zhǔn)信號連 接到計數(shù)口2,計數(shù)Π 1和計數(shù)口2的輸出連接至IjMCU的定時計數(shù)器端口，待測信號與標(biāo)準(zhǔn)信 號在同步閩口信號的控制下計數(shù)。并在同步閩口信號關(guān)閉時停止計數(shù)，MCU讀取計數(shù)器的數(shù) 值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所述D觸發(fā)器忍片U4帶有清零端，每次測量前MCU發(fā)出信號將其清零處 理，所述D觸發(fā)器忍片U4的型號是SN7化VC1G74。
[0011] 進(jìn)一步地，所述電池電量指示電路利用裡電池工作的電壓曲線來分析出系統(tǒng)電池 的容量，裡電池的電壓曲線由生產(chǎn)商給出，裡電池電壓Vbat經(jīng)過電阻R11，R12的分壓，連接 到運放的輸入，C8起到濾波作用，運放作為跟隨器模式連接到MCU的ADC采樣端口，利用12位 ADC進(jìn)行高精度電壓檢測，根據(jù)裡電池在工作狀下的電壓曲線模擬得出電池容量，且有5個 發(fā)光二極管01、02、03、04、05連接在]\〇]的5個端口上，用^指示電量，電阻1?5、1?6、1?8、1?9、尺10 用作限流電阻。
[0012] 進(jìn)一步地，所述藍(lán)牙通信電路用W和上位機通信，將數(shù)據(jù)上傳到上位機中并顯示 出來，室內(nèi)環(huán)境下，通信性能穩(wěn)定而且功耗低，所述藍(lán)牙通信電路采用的電路型號是HC-08。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：
[0014] (1)本實用新型適合可穿戴式和便攜式的應(yīng)用，所用的石英晶體溫度傳感器體積 小，功耗小，穩(wěn)定性優(yōu)，主控忍片采用STM3化151C8T6，屬于低功耗系列單片機，所用藍(lán)牙電 路肥-08也是基于低功耗的設(shè)計。
[0015] (2)測溫精度高，石英晶體溫度傳感器屬于數(shù)字式器件，抗干擾能力強，而且不必 進(jìn)行ADC采樣，等精度測頻的標(biāo)準(zhǔn)信號和MCU的時鐘信號采用高精度TCX0生成，485通信方式 最大限度的降低了傳輸途中的信號崎變。
[0016] (3)本實用新型可W測量多處的溫度，多處的溫度信息匯集后，能夠形成溫度場， 比起單一的溫度測量信息量更多。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018] 圖2為本實用新型的石英晶體溫度傳感器電路的電路原理圖。
[0019] 圖3為本實用新型的MCU數(shù)據(jù)處理電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本實用新型的實現(xiàn)技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0021] 實施例1
[0022] 如圖1~3所示，一種基于石英晶體溫度傳感器的多通道溫度測量電路，包括:石英 晶體溫度傳感器電路、MCU數(shù)據(jù)處理電路，MCU數(shù)據(jù)處理電路通訊連接多個石英晶體溫度傳 感器電路，多個石英晶體溫度傳感器電路和一個MCU數(shù)據(jù)處理電路通過屏蔽線構(gòu)成星形接 法連接，每個石英晶體溫度傳感器電路附著于待測處，MCU數(shù)據(jù)處理電路接收并處理多個石 英晶體溫度傳感器電路的信息，處理之后的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙和上位機通信，上位機根據(jù)多處 的溫度測量形成溫度場模型并顯示在上位機中。所述石英晶體溫度傳感器電路包括皮爾斯 晶體振蕩器電路、485電平發(fā)送電路;MCU數(shù)據(jù)處理電路包括485電平接收電路、多選一電路、 同相緩沖電路、高精度TCX0時鐘電路、等精度頻率測量電路、藍(lán)牙通信電路、電池電量指示 電路，485電平接收電路的輸出連接到多選一電路，多選一電路的輸出連接到同相緩沖電 路，同相緩沖電路的輸出連接到等精度頻率測量電路，高精度TCX0時鐘電路也連接到等精 度頻率測量電路，藍(lán)牙通信電路和電池電量指示電路連接至主控MCU。
[0023] 實施例2
[0024] -種基于石英晶體溫度傳感器的多通道溫度測量電路，包括:石英晶體溫度傳感 器電路、MCU數(shù)據(jù)處理電路，MCU數(shù)據(jù)處理電路通訊連接多個石英晶體溫度傳感器電路，多個 石英晶體溫度傳感器電路和一個MCU數(shù)據(jù)處理電路通過屏蔽線構(gòu)成星形接法連接，每個石 英晶體溫度傳感器電路附著于待測處，MCU數(shù)據(jù)處理電路接收并處理多個石英晶體溫度傳 感器電路的信息，處理之后的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙和上位機通信，上位機根據(jù)多處的溫度測量形 成溫度場模型并顯示在上位機中。所述石英晶體溫度傳感器電路包括皮爾斯晶體振蕩器電 路、485電平發(fā)送電路;MCU數(shù)據(jù)處理電路包括485電平接收電路、多選一電路、同相緩沖電 路、高精度TCX0時鐘電路、等精度頻率測量電路、藍(lán)牙通信電路、電池電量指示電路，485電 平接收電路的輸出連接到多選一電路，多選一電路的輸出連接到同相緩沖電路，同相緩沖 電路的輸出連接到等精度頻率測量電路，高精度TCX0時鐘電路也連接到等精度頻率測量電 路，藍(lán)牙通信電路和電池電量指示電路連接至主控MCU。
[0025] 具體的，所述皮爾斯晶體振蕩器電路由內(nèi)部集成反相器的忍片U1，電阻R1、R2、R3、 R4,電容(：1^3、〔4、05組成，電阻1?1、1?2、1?3、1?4共同構(gòu)成偏置電阻，使得反相器工作在高增益 放大狀態(tài)，石英晶體與電容C3，C4構(gòu)成31型網(wǎng)絡(luò)形式的帶通濾波器。
[0026] 具體的，所述485電平發(fā)送電路由內(nèi)部帶有485電平轉(zhuǎn)換功能的忍片U1完成，石英 晶體溫度傳感器采用特殊切割工藝制作，晶體的振蕩頻率對溫度敏感，而且在一定范圍內(nèi) 呈現(xiàn)高精度的線性關(guān)系，利用該關(guān)系進(jìn)行溫度測量。485電平發(fā)送電路主要進(jìn)行振蕩波形的 傳輸，振蕩信號通過屏蔽雙絞線傳送至MCU數(shù)據(jù)處理電路。整個系統(tǒng)有多個石英晶體溫度傳 感器電路，用W測量多處的溫度。所述U1的型號是LTC1480,所述電容(：1^3