技术领域
[0001] 本
发明涉及
传感器测量技术领域，具体涉及一种电阻测量电路、方法及环境参数测量装置。
背景技术
[0002] 在测量技术中电阻型传感器被广泛应用，例如，
温度传感器、
湿度传感器、压阻式传感器等等，由于电阻型传感器的阻值随着环境的变化而变化，通过测量其电阻值，则能够测得当时的环境参数，例如，温度、湿度、压
力等等。
[0003] 测量电阻型传感器电阻值的方法主要有为电阻分压方式，即通过
单片机测量传感器的电阻分得的
电压，从而计算传感器的电阻值。
[0004]
发明人在实现本发明
实施例的过程中发现，目前的测量电阻型传感器电阻值的方法，当传感器的电阻值变化量较小时，分得的电压值也很微小，单片机无法精测其变化，从而导致测量出来的传感器的电阻值有误差。
发明内容
[0005] 为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种电阻测量电路、方法及环境参数测量装置，能够有效提高传感器的电阻值的测量
精度。
[0006] 为了实现上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：
[0007] 本发明提供了一种电阻测量电路，用于测量待测电阻，所述电阻测量电路包括：待测电阻子电路，用于连接所述待测电阻，并根据所述待测电阻，输出测量
电流；充放
电子电路，包括第一电容，所述第一电容与所述待测电阻子电路连接，所述第一电容用于根据所述测量电流进行充电和放电，并输出测量电压值；比较子电路，与所述充放
电子电路连接，用于在所述第一电容充电的情况下，将所述测量电压值与第一预设电压值进行比较，并输出第一电平
信号，在所述第一电容放电的情况下，将所述测量电压值与第二预设电压值进行比较，并输出第二电平信号；
控制器，与所述比较子电路连接，用于在接收到所述第一电平信号的情况下，获取第一时长，在接收到所述第二电平信号的情况下，获取第二时长，从而根据所述第一时长和所述第二时长确定所述待测电阻的阻值。
[0008] 在一些实施例中，所述待测电阻子电路包括：第一连接端、第二连接端和第二电容；所述第二电容的一端用于连接电源，所述第二电容的另一端接地，所述第一连接端与所述第二电容的一端连接，所述第二连接端与所述充放电子电路连接，所述第一连接端和所述第二连接端用于连接所述待测电阻。
[0009] 在一些实施例中，所述充放电子电路还包括：第一电阻和第一
二极管；所述第一电阻的一端与所述第二连接端连接，所述第一电阻的另一端通过所述第一电容接地，所述第一电阻的另一端还与所述比较子电路的第一输入端连接，所述第一二极管的正极与所述第一电阻的一端连接，所述第一二极管的负极与所述比较子电路的输出端连接。在一些实施例中，所述比较子电路包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一比较器；所述第二电阻的一端用于连接电源，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一二极管的负极连接，所述第二电阻的另一端还与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第一比较器的第一输入端与所述第一电阻的另一端连接，所述第一比较器的第二输入端与所述第四电阻的一端连接，所述第一比较器的输出端与所述第一二极管的负极连接，所述第一比较器的输出端还与所述控制器连接。
[0010] 在一些实施例中，所述电阻测量电路还包括整形子电路；所述控制器通过所述整形子电路与所述比较子电路连接，所述整形子电路用于对所述第一电平信号和所述第二电平信号进行滤波，并输出至所述控制器。
[0011] 在一些实施例中，所述整形子电路包括：第六电阻、第七电阻、第三电容和第二比较器；所述第二比较器的第一输入端接地，所述第二比较器的第二输入端与所述比较子电路的输出端连接，所述第二比较器的输出端与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述控制器连接，所述第六电阻的一端用于连接电源，所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端连接，所述第三电容的一端与所述第七电阻的另一端连接，所述第三电容的另一端接地。
[0012] 在一些实施例中，所述整形子电路还包括：光耦隔离器和第八电阻；所述光耦隔离器的第一输入端与所述第六电阻和所述第二比较器的共同连接端连接，所述光耦隔离器的第二输入端接地，所述光耦隔离器的第一输出端分别与所述第八电阻的一端、所述第七电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端用于连接电源，所述光耦隔离器的第二输出端接地。
[0013] 本发明还提供了一种电阻测量方法，用于测量待测电阻，所述方法包括：根据所述待测电阻，输出测量电流；根据所述测量电流，对第一电容进行充电和放电，并输出测量电压值；在所述第一电容充电的情况下，将所述测量电压值与第一预设电压值进行比较，并输出第一电平信号，在所述第一电容放电的情况下，将所述测量电压值与第二预设电压值进行比较，并输出第二电平信号；在接收到第一电平信号的情况下，获取第一时长，在接收到第二电平信号的情况下，获取第二时长，从而根据所述第一时长和所述第二时长确定所述待测电阻的阻值。
[0014] 在一些实施例中，所述根据所述第一时长和所述第二时长确定所述待测电阻的阻值Rs，具体为： 其中，R1、K1、K2为常数，t1为第一时长，t2为第二时长。
[0015] 本发明还提供了一种环境参数测量装置，包括电阻型传感器和上述的电阻测量电路，所述电阻型传感器与所述电阻测量电路连接。
[0016] 本发明实施例的有益效果是：区别于
现有技术的情况下，本发明实施例提供的一种电阻测量电路通过控制器测量充放电子电路的充电时间和放电时间，从而计算待测电阻的阻值，无需单片机控制充电过程，检测得到的时间精度高，从而能够有效提高传感器的电阻值的测量精度。
附图说明
[0017] 一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0018] 图1为本发明实施例提供的电阻测量电路的结构示意图；
[0019] 图2为图1的电阻测量电路的结构示意图；
[0020] 图3为图1的电阻测量电路的另一结构示意图；
[0021] 图4为本发明实施例提供的电阻测量方法的流程示意图；
[0022] 图5为本发明实施例提供的环境参数测量装置的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025] 现有的许多传感器都是电阻型传感器，例如，温度传感器、湿度传感器、压阻式的
压力传感器等等，这些传感器的电阻的阻值是随着环境和工作状态而变化，通过测量其电阻值，则能够得到当时的环境参数，例如，温度、湿度、压力等等。
[0026] 目前测量电阻型传感器电阻值的方法主要有：电阻分压方式，即通过单片机测量传感器的电阻分得的电压，从而计算传感器的电阻值。
[0027] 但是，由于电阻型传感器的阻值变化不是线型变化，而且变化范围大，从几百欧阻值变化到几百千欧。而分压电阻R1的阻值只能是一个固定值，这样当传感器的电阻值远远大于分压电阻R1的阻值时，或传感器的电阻值远远小于分压电阻R1的阻值时，这时传感器的电阻阻值变化量较小时，分得的电压值V1也很微小，导致单片机无法检测出其它变化，从而导致检测出来的传感器电阻阻值有误差；并且，由于分压电路的供电与单片机检测的供电必须是同一电源供电，当由于安全原因而要求传感器供电采用安全的隔离电源供电时，无法直接采用光耦隔离的方法来解决，只能另外增加单片机控制及通讯电路来实现安全隔离供电方案，从而增加了成本需求。
[0028] 基于此，本发明实施例提供一种电阻测量电路、方法及环境参数测量装置，采用计算充放电时间的方法来算出电阻阻值，充放电过程由
硬件电路自动完成，充放电的截止电压恒定，时间的长短直接与电阻成正比关系，通过单片机检测出来，无需单片机控制充电过程，检测得到的时间精度高，从而能够有效提高传感器的电阻值的测量精度。
[0029] 本发明实施例的电阻测量电路可以作为其中一个功能单元，独立设置在环境参数测量装置中，也可以作为整合成一个功能模
块进行使用。
[0030] 具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
[0031] 图1为本发明实施例提供的电阻测量电路的结构示意图。如图1所示，电阻测量电路100用于测量待测电阻200，电阻测量电路100包括待测电阻子电路110、充放电子电路120、比较子电路130、整形子电路140和控制器150。
[0032] 其中，待测电阻子电路110用于连接待测电阻200，充放电子电路120与待测电阻至电路110连接，比较子电路130与充放电子电路120连接，控制器150通过整形子电路140与比较子电路130连接。待测电阻子电路110用于根据待测电阻200，输出测量电流；充放电子电路120用于根据待测电阻子电路110输出的测量电流，进行充电和放电，并输出测量电压值；比较子电路130用于当充电时，将测量电压值与第一预设电压值进行比较，并输出第一电平信号，当放电时，将测量电压值与第二预设电压值进行比较，并输出第二电平信号；整形子电路140用于对第一电平信号和第二电平信号进行滤波，并输出至控制器140；控制器140用于当接收到第一电平信号时，获取第一时长，当接收到第二电平信号时，获取第二时长，从而根据第一时长和第二时长确定待测电阻200的阻值。
[0033] 需要说明的是，待测电阻200可以为阻值可变的电阻(例如电阻型传感器等等)或者阻值不变的电阻，在本实施例中，待测电阻200为电阻型传感器，待测电阻200的两端与待测电阻子电路110连接，从而当待测电阻200的阻值变化时，待测电阻子电路110输出的测量电流也相应变化。
[0034] 在本实施例中，电阻测量电路100通过控制器150测量充放电子电路120的充电时间和放电时间，从而计算待测电阻200的阻值，无需单片机控制充电过程，检测得到的时间精度高，从而能够有效提高传感器的电阻值的测量精度。
[0035] 具体地，请参阅图2，待测电阻子电路110包括第一连接端J1、第二连接端J2和第二电容C2。其中，第二电容C2的一端用于连接电源Vcc，第二电容C2的另一端接地，第一连接端J1与第二电容C2的一端连接，第二连接端J2与充放电子电路120的输入端连接，第一连接端J1和第二连接端J2用于连接待测电阻200。
[0036] 其中，第一连接端J1和第二连接端J2可以制作在同一个壳体内，作为一个连接端口，待测电阻200与连接端口连接，使得待测电阻200的两端分别与第一连接端J1、第二连接端J2连接。
[0037] 在本实施例中，电源Vcc输出电流依次通过第一连接端J1、待测电阻200、第二连接端J2，从而输出测量电流至充放电子电流120。当待测电阻200的阻值改变时，测量电流的大小也相应改变。
[0038] 充放电子电路120包括第一电容C1、第一电阻R1和第一二极管D1。其中，第一电阻R1的一端与第二连接端J2连接，第一电阻R1的另一端通过第一电容C1接地，第一电阻R1的另一端还与比较子电路130的第一输入端连接，第一二极管D1的正极与第一电阻R1的一端连接，第一二极管D1的负极与比较子电路130的输出端连接。
[0039] 在本实施例中，测量电流流经第一电阻R1后对第一电容C1进行充电，当第一电容C1充电结束时，第一电容C1经过第一电阻R1、第一二极管D1后，流入比较子电路130的输出端，从而进行放电，第一电阻R1的另一端将在第一电容C1测得的测量电压值输出至比较子电路130的第一输入端。
[0040] 比较子电路130包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一比较器U1A。其中，第二电阻R2的一端用于连接电源Vcc，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第一二极管D1的负极连接，第二电阻R2的另一端还与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地，第一比较器U1A的第一输入端与第一电阻R1的另一端连接，第一比较器U1A的第二输入端与第四电阻R4的一端连接，第一比较器U1A的输出端与第一二极管D1的负极连接，第一比较器U1A的输出端还通过整形子电路140与控制器150连接。
[0041] 其中，第一比较器U1A可以为LM393等能够对
输入信号进行
鉴别与比较的芯片。在本实施例中，如图2所示，第一比较器U1A的第6引脚为第一比较器U1A的第一输入端(
反相输入端)，第一比较器U1A的第5引脚为第一比较器U1A的第二输入端(同相输入端)，第一比较器U1A的第7引脚为第一比较器U1A的输出端，第一比较器U1A的第4引脚接地，第一比较器U1A的第8引脚连接电源Vcc。
[0042] 在本实施例中，当第一比较器U1A的第二输入端的电压值高于第一输入端的电压值时，第一比较器U1A的输出端为开漏高阻状态；当第一比较器U1A的第二输入端的电压值低于第一输入端的电压值时，第一比较器U1A的输出端为低电平。
[0043] 因此，当第一比较器U1A的输出端为开漏高阻状态时，第一比较器U1A的第二输入端通过第四电阻R4和第五电阻R5与第二电阻R2分压，得到第一预设电压值V1，有：
[0044]
[0045] 其中，R2、R4、R5分别为第二电阻、第四电阻和第五电阻的阻值，Vcc为电源的电压值。
[0046] 当第一比较器U1A的输出端为低电平时，由于第三电阻R3与第一比较器U1A的输出端连接，此时第一比较器U1A的第二输入端由第四电阻R4和第五电阻R5与第三电阻R3并联后再与第二电阻R2进行分压，得到第二预设电压值V2，有：
[0047]
[0048] 其中，R2、R3、R4、R5分别为第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻的阻值，Vcc为电源的电压值。
[0049] 值得注意的是，第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻为定值电阻，电压Vcc的电压值恒定，则第一预设电压值V1和第二预设电压值V2也恒定。
[0050] 整形子电路140包括第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3和第二比较器U1B。其中，第二比较器U1B的第一输入端接地，第二比较器U1B的第二输入端与比较子电路130的输出端连接，第二比较器U1B的输出端与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与控制器150连接，第六电阻R6的一端用于连接电源，第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端连接，第三电容C3的一端与第七电阻R7的另一端连接，第三电容C3的另一端接地。
[0051] 其中，第二比较器U1B的第二输入端与比较子电路130的输出端连接，具体为：第二比较器U1B的第二输入端与第一比较器U1A的输出端连接。
[0052] 其中，第二比较器U1B的第一输入端接地，具体为：第二比较器U1B的第一输入端连接第四电阻R4的另一端，通过第五电阻R5接地。
[0053] 其中，第二比较器U1B可以为LM393等能够对输入信号进行整形滤波的芯片。在本实施例中，如图2所示，第二比较器U1B的第2引脚为第二比较器U1B的第一输入端(反相输入端)，第二比较器U1B的第3引脚为第二比较器U1B的第二输入端(同相输入端)，第二比较器U1B的第1引脚为第二比较器U1B的输出端，第二比较器U1B的第4引脚接地，第二比较器U1B的第8引脚连接电源Vcc。
[0054] 在本实施例中，通过设置整形子电路140将比较子电路130输出的
波形(包括第一电平信号和第二电平信号)进行整形，能够得到标准的矩形波。
[0055] 可选地，在一些其他实施例中，为了提高电阻测量电路的安全性，如图3所示，整形子电路140还包括光耦隔离器U2和第八电阻R8。其中，光耦隔离器U2的第一输入端与第六电阻R6和第二比较器U1B的共同连接端连接，光耦隔离器U2的第二输入端接地，光耦隔离器U2的第一输出端分别与第八电阻R8的一端、第七电阻R7的一端连接，第八电阻R8的另一端用于连接电源，光耦隔离器U2的第二输出端接地。通过设置光耦隔离器U2来传播波形信号，能够在光耦隔离器U2的两侧使用不同的电源进行供电，例如在待测电阻侧使用安全可靠的隔离电源供电，能够实现隔离安全电源供电而无需额外增加保护装置的作用。
[0056] 控制器150可以为包括处理器、具有控制处理功能的
专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编辑
门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、单片机等。在本实施例中，控制器150为单片机，控制器150的输入输出引脚与整形子电路140的输出端(即第七电阻R7的另一端)连接。控制器150用于：当接收到整形子电路140输出的第一电平信号时，获取第一时长，当接收到整形子电路140输出的第二电平信号时，获取第二时长，从而根据第一时长和第二时长确定待测电阻200的阻值。
[0057] 其中，整形子电路140输出的信号为经过整形的矩形波，包含第一电平信号和第二电平信号，在本实施例中，第一电平信号为
高电平信号，第二电平信号为低电平信号。第一时长为在一个周期内第一电平信号持续的时间长度，第二时长为在同一个周期内第二电平信号持续的时间长度。控制器150在接收到第一电平信号时，开始计算第一时长，当接收到第二电平信号时，第一时长计算结束并触发计算第二时长，当再接收到第一电平信号时，第二时长计算结束并触发重新计算第一时长，不断重复。控制器150根据同一个周期内的第一时长和第二时长计算出待测电阻200的阻值。
[0058] 可以理解的是，在一些其他实施例中，整形子电路140可以省略，第一比较器U1A的输出端直接与控制器150连接，控制器150通过接收第一比较器U1A的输出端输出的波形信号，并获取第一时长和所述第二时长，从而确定待测电阻200的阻值。
[0059] 在本实施例中，电阻测量电路100的工作过程大致为：当对第一电容C1初次充电时，由于第一电容C1上的电压为0V，第一比较器U1A的第二输入端的电压值大于第一比较器U1A的第一输入端的测量电压值，第一比较器U1A的输出端为开漏高阻状态，此时第一比较器U1A的第二输入端的电压值为第一预设电压值；电源Vcc供电，测量电流经过待测电阻200和第一电阻R1向第一电容C1充电，第一电容C1的测量电压值不断上升，当测量电压值达到第一预设电压值时，第一比较器U1A的输出端输出低电平，则第一电容C1充电结束，第一电容C1开始放电。
[0060] 当第一电容C1放电时，由于第一比较器U1A的输出端输出低电平，则第一比较器U1A的第二输入端的电压值为第二预设电压值，放电电流经过第一电阻R1、第一二极管D1流入第一比较器U1A的输出端，测量电压值下降，当测量电压值下降到第二预设电压值时，第一比较器U1A的输出端为开漏高阻状态，第一电容C1无法向第一比较器U1A的输出端继续放电，则第一电容C1的放电过程结束，第一电容C1再次充电。
[0061] 当第一电容C1再次充电时，第一比较器U1A的输出端为开漏高阻状态，此时，第一比较器U1A的第二输入端的电压值为第一预设电压值，测量电压值从第二预设电压值开始上升，当测量电压值达到第一预设电压值时，第一比较器U1A的输出端输出低电平，第一电容C1充电结束，第一电容C1开始放电……如此反复，进入稳定的振荡状态，经过整形子电路140的整形后，控制器150接收到稳定的矩形波。
[0062] 根据第一时长和第二时长确定待测电阻的阻值，具体为：
[0063] 第一时长
[0064] 第二时长
[0065] 其中，Rs、R1分别为待测电阻、第一电阻的阻值，C2为第二电容的电容值，V1、V2分别为第一预设电压值、第二预设电压值，Vcc为
电源电压值，VF-D1为第一二极管D1的正向压降。
[0066] 假设. 则K1、K2为恒定值，则
[0067]
[0068] 即
[0069]
[0070] 将第一时长t1、第二时长t2的值代入上述公式，则可得到待测电阻200的阻值。
[0071] 在本实施例中，电阻测量电路100通过充放电子电路120进行充电和放电，输出测量电压值与第一预设电压值和第二预设电压值进行比较，分别输出第一电平信号和第二电平信号，控制器150获取第一电平信号的第一时长和第二电平信号的第二时长，从而计算待测电阻的阻值，硬件电路自动进行充放电，产生充电截止电压和放电截止电压，无需单片机控制充电过程，检测得到的时间精度高，且检测的数据与电容的精度无关，从而能够有效提高传感器的电阻值的测量精度。
[0072] 图4为本发明实施例提供的电阻测量方法的流程示意图。如图4所示，该电阻测量方法应用于上述实施例的电阻测量电路100，电阻测量电路100用于测量待测电阻200，该电阻测量方法包括：
[0073] 310、根据所述待测电阻，输出测量电流；
[0074] 320、根据所述测量电流，进行充电和放电，并输出测量电压值；
[0075] 330、当充电时，将所述测量电压值与第一预设电压值进行比较，并输出第一电平信号，当放电时，将所述测量电压值与第二预设电压值进行比较，并输出第二电平信号；
[0076] 340、当接收到第一电平信号时，获取第一时长，当接收到第二电平信号时，获取第二时长，从而根据所述第一时长和所述第二时长确定所述待测电阻的阻值。
[0077] 其中，根据所述第一时长和所述第二时长确定所述待测电阻的阻值，具体为：
[0078] 计算得出待测电阻的阻值，有：
[0079]
[0080] 其中，R1、K1、K2为常数，t1为第一时长，t2为第二时长。
[0081] 上述方法可应用于本发明实施例所提供的电阻测量电路100，具备电阻测量电路的有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电阻测量电路。
[0082] 图5为本发明实施例提供的环境参数测量装置的结构示意图。如图5所示，该环境参数测量装置400包括电阻型传感器410和电阻测量电路100，电阻型传感器410与电阻测量电路100连接。
[0083] 其中，电阻测量电路100与上述实例中的相同，此处不再赘述。
[0084] 其中，电阻型传感器410可以为温度传感器、湿度传感器等用于测量环形参数的传感器。
[0085] 可选地，该环境参数测量装置400还可以包括控
制模块420，
控制模块420接收电阻测量电路100测得的环境参数，并根据该环境参数，进行控制工作。
[0086] 本实施例中的环境参数测量装置400包括测量精度高的电阻测量电路100，从而能够有效提高传感器的电阻值的测量精度，进而提高控制精度。
[0087] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
