专利名称：电阻测量电路及含此电路的检测、控制、报警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量电阻的电路，尤其是具有线性特性的电阻测量电路，和含此电路的检测、控制、报警装置。
本发明的基本思想是用一个固定恒流源和一个电子开关的串联替代上述受控电流源，同时在待测电阻两端接一个滤波电容，通过调节电子开关闭合与断开的时间，使电阻电压与参考电压相等。通过开关闭合与断开的时间、恒流源及参考电压，就可以计算出电阻。这实际上是用脉冲调制技术实现了受控电流源，用数字化的受控恒流源替代模拟受控电流源。实现脉冲调制思想，需要有电容器、充电电路、放电电路、完成调制的电子开关，可以有多种电路结构。下面详细说明实现本发明基本思想的技术方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是测量电路包含包括调制模块[1]、参考电压�？閇4]、比较器[5]、控制器[6]、脉冲处理模块[7]，如
图1。其中调制�？閇1]由电容器[C1]、充电�？閇2]、放电�？閇3]构成，充电�？閇2]和放电�？閇3]都可为下列4种情形之一1)电阻器2)恒流源3)电阻器与电子开关的串联4)恒流源与电子开关的串联但调制模块中至少有一个电阻器和一个电子开关参考电压�？閇4]可以为下列3种情形之一1)基准电压源2)恒流源与电阻器的串联3)两个电阻器串联构成的串联分压电路其连接关系为电容器[C1]与放电�？閇3]并联，该并联再与充电�？閇2]串联；该串联的充电�？閇2]一端电路连接电源，放电�？閇3]一端接地，中间端电路连接比较器[5]的一个输入端，一般可接正输入端；
参考电压�？閇4]的输出端电路连接比较器[5]的另一个输入端，一般可接负输入端；比较器[5]输出端与控制器[6]电路连接；控制器[6]与脉冲处理�？閇7]连接；控制器[6]分别与充、放电模块中的电子开关连接整个电路结构如图1所示。待测电阻置于充电�？閇2]或放电�？閇3]其一之中，充当充电电阻或放电电阻。如果待测电阻较�。栌靡桓鱿蘖鞯缱杵饔氪獾缱璐螅涞背涞缁蚍诺绲缱�。充电�？楹头诺缒？榈母髦盅≡窨梢孕纬�12种调制模块电路结构，由实施例1～12给出。
参考电压[Vref]可以用基准电压源、恒流源加电阻器、电阻串联分压等3种方法实现。基准电压源法如图2所示，这种方法由基准电压源[Vref]元件提供参考电压，参考电压值就是基准电压源[Vref]的输出电压；恒流源法如图3所示，这种方法由恒流源[I4]与电阻[R4]串联，串联后电阻[R4]端接地、恒流源端接电源，参考电压取自电阻[R4]两端，其值Vref＝I4×R4；电阻串联分压方法如图4所示，这种方法由电阻[R42]与电阻[R4]串联，串联后电阻[R4]端接地、电阻[R42]接电源，参考电压取自电阻[R4]两端，其值Vref＝VC×R4/(R4+R42)。
这3种参考电压方法都可以应用到前述12种调制模块电路结构中，各有其特点，在实施例中有详细说明。
比较器[5]比较其两个输入端的电压，当连接调制�？榈氖淙攵说缪沟陀诹硬慰嫉缪鼓？榈氖淙攵说缪故保冉掀魇涑龀涞缧藕牛瓷鲜龅髦颇？榻诱淙�、参考电压接负输入的接法，比较器输出0为充电信号；反之比较器输出1，代表放电信号。
控制器[6]以一定的频率f周期性地检查比较器[5]的输出，若充电�？閇2]中有电子开关，比较器输出充电信号时闭合该开关、对电容充电，输出放电信号时断开该开关、停止充电；若放电�？閇3]中有电子开关，比较器输出放电信号时闭合该开关、对电容放电，输出充电信号时断开该开关、停止放电。这个操作称为脉冲调制过程，每次检查称为一次采样，采样后得到的比较器输出称为脉冲调制信号，该信号还送到脉冲处理�？閇7]处理。整个测量过程中，控制器一直持续上述脉冲调制过程。每次检查称为一次采样，两次采样的时间间隔称为采样周期T(T＝1/f)，显然，充、放电的时间总是采样周期T的整数倍。
脉冲处理模块[7]处理脉冲调制信号，并结合电路元件参数，计算出待测电阻[RX]的阻值。脉冲处理可以采用各种数字滤波算法，如FIR或IIR数字滤波器。本发明提出一种简单的方法，即在脉冲处理�？閇7]设置充电计数器和放电计数器，用充电计数器记录充电�？榈纪ǖ牟裳芷谑梅诺缂剖骷锹挤诺缒？榈纪ǖ牟裳芷谑�。通过这两个计数器的值，结合电路参数，就可以计算出待测电阻[RX]的阻值。具体如下测量过程由两段构成第一段是稳定期，控制器持续脉冲调制若干采样周期，使电路达到稳定状态，此时电容器[C1]上的电压围绕参考电压微幅波动。第二段是测量期，控制器先清零各计数器，用充电计数器记录充电�？榈纪ǖ牟裳芷谑梅诺缂剖骷锹挤诺缒？榈纪ǖ牟裳芷谑�。测量若干采样周期后测量结束，控制器根据充电计数器计数值NC和放电计数器计数值NF、及电路元件参数，计算出待测电阻[RX]的阻值。一般有；若待测电阻在充电�？橹校琑X＝(NC/NF)×常数若待测电阻在放电�？橹校琑X＝(NF/NC)×常数测量时固定分母的计数值，待测电阻的阻值就与分子的计数值成正比，可以得到线性化的测量装置。特别是有4种情况(如实施例3、4、5、6)，分母的计数值就是测量过程中测量期的采样周期数，测量时固定测量期的采样周期数，就实现了线性化测量如果是连续测量，从第二次测量起，后续测量过程可以直接进入测量期，不必先经过稳定期。对于采用数字滤波算法(如FIR或IIR数字滤波器)的情况，每次采样后，还可以连续输出电阻值。
调制�？閇1]、参考电压模块[4]、比较器[5]、控制器[6]、脉冲处理�？閇7]、及后面将用到的多路开关[8]等的部分或全部可以集成为一片集成电路；该集成电路可以是定制集成电路，也可以是通用单片机(MCU)加上软件程序。
用分立元件、多块集成电路来实现当然可以，但更好的办法是将其集成到一块集成电路中，甚至把基准电压源、恒流源也集成进去，使用时只需外接电容器[C1]和待测电阻[RX]即可。事实上，许多单片机如AT89C2051、AT90S1200、P87LPC762等都集成了比较器，其数字I/O端口可以作为充、放电开关使用，计数器可用寄存器或RAM担任，控制器、脉冲处理�？樵虿荒淹ü砑绦蚶词迪�。
待测电阻通常在一定范围内变化，这个范围的中点称中间值；往往也有一个最可能的取值，称最可几值。如房间空调器用热敏电阻测温度，房间温度通�？刂圃�20～30℃，25℃时热敏电阻的阻值可视为中间值，夏天通�？刂圃�27℃，27℃时的阻值可视为最可几值。当待测电阻为最可几值或中间值时，通过合理选择调制�？榈缏分懈髟问沟缛莸某涞绲缌饔敕诺绲缌飨嗟龋商岣卟饬康木龋馐钡牡缌髦党贫疃ǔ浞诺缌鱅c。
当充、放电电流等于额定充放电流Ic时，每个采样周期T内电容器[C1]两端的电压变化值为ΔVc＝Ic×T/C1，使ΔVc与比较器的输入失调电压VOFF满足关系(VOFF/2)＜ΔVc＜VOFF，可以充分利用比较器的分辨率，提高测量的精度。于是有ICf×VOFF<C1<2ICf×VOFF---(1)]]>f是采样频率，理论上越高越好，使用单片机作控制器时通常取几到几百KHz，最好在10～100KHz，专用定制集成电路时可以更高。太小时要求电容过大，而且测量时间太长，太大则对控制器要求高，增加功耗，而且可能产生辐射问题。
测量的精度主要与测量期的长度有关，增加测量期的周期数——即计数器的字长——有助于测量的精度的提高，字长可选8～12位，根据需要而定。减少字长当然是可以的，只要能满足需要；增加字长，则要求减小比较器的输入失调电压VOFF、减小电子开关断开、闭合的抖动时间、提高开关速度等措施配合，这往往需要专用集成电路实现。
充电�？楹头诺缒？榈�12种电路结构中，有8种(如实施例3、4、5、6、9、10、11、12)有一个共同的特点待测电阻都与电子开关串联。在这类方案中，可以让多个待测电阻分别与电子开关串联，各串联体再并联，并联体置于充电�？閇2]或放电�？閇3]中，接到比较器的正输入端。各串联体不同时工作，控制器轮流对每个电阻进行上述测量过程，从而实现多通道的电阻测量电路。这是本发明提出的一个改进技术方案，充电�？榈亩嗤ǖ赖缏方峁谷缤�5所示，放电�？榈亩嗤ǖ赖缏方峁谷缤�6所示。
对这个改进技术方案，每个测量过程只测量一个电阻，多个电阻需要同样多个测量过程。为实现并行测量，提出以下改进技术方案。
本发明提出的又一改进技术方案是电路中设置多个调制�？閇1]、相同数量的脉冲处理�？閇7]、以及一个单刀多掷电子多路开关[8]，该多路开关具有相同数量的输入端和一个输出端；各个调制�？榉直鹩攵嗦房豙8]的输入端电路连接，多路开关[8]的输出端与比较器[5]正输入端电路连接。如图7所示。
控制器[6]在每个采样周期内切换多路开关，依次把每个调制�？榱拥奖冉掀鳎觳楸冉掀鹘峁蘸匣蚨峡玫髦颇？槟诘牡缱涌兀⒂枚杂Φ穆龀宕砟？閇7]处理各自的脉冲调制信号，计算该调制�？槟诘拇獾缱柚�。
本方案一个测量过程可以测量多个电阻。但是，每次切换时，比较器需要有一段时间才能稳定，如果测量路数较多，势必加大采样周期T，降低采样频率f。为此，提出以下改进技术方案。
本发明提出的再一改进技术方案是电路中设置多个调制�？閇1]、相同数量的比较器[5]和脉冲处理�？閇7]；各个调制�？榉直鹩攵杂Φ谋冉掀髡淙攵说缏妨樱鞅冉掀魇涑龆擞肟刂破鱗6]电路连接。如图8所示。各个比较器的的另一个输入端电路连接参考电压�？椋梢苑直鹆硬煌牟慰嫉缪鼓？椋缤�8；也可以连接到同一个参考电压�？�。
控制器[6]在每个采样周期内检查各比较器结果，闭合或断开对应调制�？槟诘牡缱涌兀⒂枚杂Φ穆龀宕砟？閇7]处理各自的脉冲调制信号，计算该调制模块内的待测电阻值。
前面提到，使电容的充电电流与放电电流相等或相近，可提高测量的精度，在待测电阻变化范围较大或有多个待测电阻时，上述条件往往难以满足。为此，本发明提出的再一改进技术方案是在不包含待测电阻的充电�？閇2]或放电�？閇3]之中，设置多个电阻和/或恒流源，及相同数量的开关，各个电阻、恒流源分别与一个开关串联，各串联电路再并联；通过分别闭合或断开一个或多个开关，改变充电电流或放电电流的大�。钩涞绲缌饔敕诺绲缌飨嗟然蛳嘟Ｕ馐迪稚鲜橇砍萄≡瘛８每乜梢允腔悼兀部梢允堑缱涌�。对于电子开关，不难用控制器进行控制，实现量程自动转换。充电�？橹械亩嗔砍痰缏啡缤�9，放电模块中的多量程电路如图10。
改变量程时，可能使电容器[C1]的电容量C1、采样频率f、额定充放电流Ic、比较器的输入失调电压VOFF之间的关系无法满足前述不等式(1)，这时可以同时改变采样频率f，使不等式得以满足。事实上，可以用切换量程类似的方法接入多个电容器，即多个电容器分别与开关串联，各串联电路再并联，通过分别闭合或断开一个或多个开关，改变接入的总电容量，从而使不等式得以满足。不过，改变频率f显得更为简单，在频率f无法改变或频率改变无法满足要求时，可以使用改变电容量的办法。
这几种技术方案各自实现了一种功能扩展，它们之间是相容的，可以两种或多种相互结合，同时使用，构成功能更完善的电路。这也是本发明提出的再一改进技术方案。实施例13、14就是两种或多种应用的例子，如图23、24所示的。
应用前述电路，本发明提出了一种线性化电阻测量装置的技术方案它包含前述电路中除待测电阻外的全部电路，该装置加上外部的待测电阻，就构成了前述电路。它有线性化的电阻测量特性。
应用前述电路，本发明提出了一种温度、湿度、光强度的测量、显示、控制、报警装置，它包含前述电路，待测电阻选择一个或多个热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻；它还包括存有上述热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻分度表的存储器，存有温度、湿度或光强度控制、报警条件的存储器，及显示、控制、报警装置。控制器[6]分别测量热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻的电阻值，根据上述分度表和所测电阻值直接计算出温度、湿度、光强度值，进行显示，当满足控制、报警条件时，执行控制操作或报警。
本发明的有益效果是，采用脉冲调制技术，用廉价的数字电路，实现了电阻的线性化、多通道、多量程测量，结构简单。
图1是本发明的基本电路原理框图。
图2是参考电压为基准电压源的电路原理图。
图3是参考电压为恒流源加电阻的电路原理图。
图4是参考电压为电阻串联分压的电路原理图。
图5是第一种多通道电阻测量电路待测电阻在充电模块的原理框图。
图6是第一种多通道电阻测量电路待测电阻在放电模块的原理框图。
图7是第二种多通道电阻测量电路原理框图。
图8是第三种多通道电阻测量电路原理框图。
图9是多量程电阻测量电路量程选择电阻在充电�？榈脑砜蛲�。
图10是多量程电阻测量电路量程选择电阻在放电�？榈脑砜蛲肌�
图11是实施例1的电路原理图。
图12是实施例2的电路原理图。
图13是实施例3的电路原理图。
图14是实施例4的电路原理图。
图15是实施例5的电路原理图。
图16是实施例6的电路原理图。
图17是实施例7的电路原理图。
图18是实施例8的电路原理图。
图19是实施例9的电路原理图。
图20是实施例10的电路原理图。
图21是实施例11的电路原理图。
图22是实施例12的电路原理图。
图23是实施例13的电路原理图。
图24是实施例14的电路原理图。
图中1.调制�？椋�2.充电�？椋�3.放电�？椋�4.参考电压�？椋�5.比较器，6.控制器，7.充电计数器，8.放电计数器，9.多路开关，C1、C11、C12、C13、C14电容器RX、RX1、RX2、RX3、RX4、RX5 待测电阻R2、R21、R22、R23 充电电阻R3、R31、R32、R33、R34放电电阻R4、R42 参考电压�？榉盅沟缱�
I2充电恒流源 I3放电恒流源K2、K21、K22、K23 充电开关K3、K31、K32、K33 放电开关D21、D22充电恒流二极管 J继电器
RX＝(N/NC)×(Vref/I2)， 当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(N/NC)×(I4/I2)×R4， 当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(N/NC)×(VC/I2)×R4/(R4+R42)， 当参考电压模块是电阻串联分压(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎没嫉缪乖春秃懔髟捶ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。
图12是根据本发明提出的实施例2的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱璐缱涌�、放电�？槭堑缱璧那榭�。如图12，本实施例中充电�？橛沙涞缈豙K2]和充电电阻[R2]串联构成，放电模块由待测电阻[RX]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是开关导通的周期数，放电计数器计数值NF实际上是测量期的总周期数N。
RX＝(N/NC)×(Vref/(VC-Vref))×R2，当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(N/NC)×(I4×R4/(VC-I4×R4))×R2，当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(N/NC)×(R4/R42)×R2， 当参考电压模块是电阻串联分压(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎玫缱璐盅狗ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。
图13是根据本发明提出的实施例3的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱璐缱涌�、放电模块是电阻的情况。如图13，本实施例中充电模块由充电开关[K2]和待测电阻[RX]串联构成，放电�？橛煞诺绲缱鑋R3]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是开关导通的周期数，放电计数器计数值NF实际上是测量期的总周期数N。
RX＝(NC/N)×((VC-Vref)/Vref)×R3，当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NC/N)×(VC-I4×R4)/(I4×R4)×R3，当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NC/N)×(R42/R4)×R3， 当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎玫缱璐盅狗ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。而且，分母是总周期数N，更易实现线性测量。
图14是根据本发明提出的实施例4的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱璐缱涌�、放电�？槭呛懔髟吹那榭�。如图14，本实施例中充电模块由充电开关[K2]和待测电阻[RX]串联构成，放电�？橛煞诺绾懔髟碵I3]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是开关导通的周期数，放电计数器计数值NF实际上是测量期的总周期数N。
RX＝(NC/N)×((VC-Vref)/I3)， 当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NC/N)×((VC-I4×R4)/I3)， 当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NC/N)×(VC/I3)×(R42/(R42+R4))，当参考电压模块是电阻串联分压(如图4)可见这种电路中无论参考电压�？椴捎媚侵址绞剑际艿缭吹缪筕C的影响。
图15是根据本发明提出的实施例5的电路原理图，本实施例展示充电�？槭呛懔髟�、放电模块是电阻串联电子开关的情况。如图15，本实施例中充电�？橛沙涞绾懔髟碵I2]构成，放电模块由放电开关[K3]和待测电阻[RX]串联构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是测量期的总周期数N，放电计数器计数值NF实际上是开关导通的周期数。
RX＝(NF/N)×(Vref/I2)， 当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NF/N)×(I4/I2)×R4， 当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NF/N)×(VC/I2)×R4/(R4+R42)， 当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎没嫉缪乖春秃懔髟捶ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。而且，分母是总周期数N，更易实现线性测量。
图16是根据本发明提出的实施例6的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱琛⒎诺缒？槭堑缱璐缱涌氐那榭�。如图16，本实施例中充电�？橛沙涞绲缱鑋R2]构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]和待测电阻[RX]串联构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是测量期的总周期数N，放电计数器计数值NF实际上是开关导通的周期数。
RX＝(NF/N)×(Vref/(VC-Vref))×R2， 当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NF/N)×(I4×R4/(VC-I4×R4))×R2， 当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NF/N)×(R4/R42)×R2， 当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎玫缱璐盅狗ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。而且，分母是总周期数N，更易实现线性测量。
图17是根据本发明提出的实施例7的电路原理图，本实施例展示充电模块是电阻、放电模块是电阻串联电子开关的情况。如图17，本实施例中充电模块由待测电阻[RX]构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]和放电电阻[R3]串联构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是测量期的总周期数N，放电计数器计数值NF实际上是开关导通的周期数。
RX＝(N/NF)×((VC-Vref)/Vref)×R3，当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(N/NF)×(VC-I4×R4)/(I4×R4)×R3，当参考电压模块是恒流源加电阻(如图3)RX＝(N/NF)×(R42/R4)×R3， 当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎玫缱璐盅狗ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。
图18是根据本发明提出的实施例8的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱琛⒎诺缒？槭呛懔髟创缱涌氐那榭�。如图18，本实施例中充电�？橛纱獾缱鑋RX]构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]和放电恒流源[I3]串联构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC实际上是测量期的总周期数N，放电计数器计数值NF实际上是开关导通的周期数。
RX＝(N/NF)×((VC-Vref)/I3)，当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(N/NF)×((VC-I4×R4)/I3)，当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(N/NF)×(VC/I3)×(R42/(R42+R4))，当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中无论参考电压�？椴捎媚侵址绞剑际艿缭吹缪筕C的影响。
图19是根据本发明提出的实施例9的电路原理图，本实施例展示充电�？槭呛懔髟创缱涌亍⒎诺缒？槭堑缱璐缱涌氐那榭觥Ｈ缤�19，本实施例中充电�？橛沙涞缈豙K2]和充电恒流源[I2]串联构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]串联待测电阻[RX]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC是充电开关导通的周期数，放电计数器计数值NF是放电开关导通的周期数。
RX＝(NF/NC)×(Vref/I2)， 当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NF/NC)×(I4/I2)×R4， 当参考电压模块是恒流源加电阻(如图3)RX＝(NF/NC)×(VC/I2)×R4/(R4+R42)，当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中参考电压模块采用基准电压源和恒流源法较好，因为测量不受电源电压VC的影响。
图20是根据本发明提出的实施例10的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱璐缱涌�、放电模块是电阻串联电子开关的情况。如图20，本实施例中充电�？橛沙涞缈豙K2]和充电电阻[R2]串联构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]串联待测电阻[RX]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC是充电开关导通的周期数，放电计数器计数值NF是放电开关导通的周期数。
RX＝(NF/NC)×(Vref/(VC-Vref))×R2，当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NF/NC)×(I4×R4/(VC-I4×R4))×R2，当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NF/NC)×(R4/R42)×R2， 当参考电压模块是电阻串联分压(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎玫缱璐盅狗ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。
图21是根据本发明提出的实施例11的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱璐缱涌�、放电�？槭堑缱璐缱涌氐那榭�。如图21，本实施例中充电�？橛沙涞缈豙K2]和待测电阻[RX]串联构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]串联放电电阻[R3]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC是充电开关导通的周期数，放电计数器计数值NF是放电开关导通的周期数。
RX＝(NC/NF)×((VC-Vref)/Vref)×R3，当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NC/NF)×(VC-I4×R4)/(I4×R4)×R3，当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NC/NF)×(R42/R4)×R3， 当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中参考电压�？椴捎玫缱璐盅狗ń虾茫蛭饬坎皇艿缭吹缪筕C的影响。
图22是根据本发明提出的实施例12的电路原理图，本实施例展示充电�？槭堑缱璐缱涌�、放电模块是恒流源串联电子开关的情况。如图22，本实施例中充电�？橛沙涞缈豙K2]和待测电阻[RX]串联构成，放电�？橛煞诺缈豙K3]串联放电恒流源[I3]构成，其余部分与基本原理图(图1)相同。这种电路中，充电计数器计数值NC是充电开关导通的周期数，放电计数器计数值NF是放电开关导通的周期数。
RX＝(NC/NF)×((VC-Vref)/I3)， 当参考电压�？槭腔嫉缪乖�(如图2)RX＝(NC/NF)×((VC-I4×R4)/I3)， 当参考电压�？槭呛懔髟醇拥缱�(如图3)RX＝(NC/NF)×(VC/I3)×(R42/(R42+R4))，当参考电压�？槭堑缱璐盅�(如图4)可见这种电路中无论参考电压�？椴捎媚侵址绞剑际艿缭吹缪筕C的影响。
由上述讨论可以看出，实施例1、5、9结构采用基准电压源法或恒流源法，实施例2、3、6、7、10、11结构采用电阻串联分压法，效果更佳，因为可以消除电源电压Vc对测量的影响。实施例1、5、9结构采用恒流源法时，还可以采用背景技术提到的菲利浦公司专利中描述的集成电路制造技术，使方案中两恒流源相等或保持固定比例，以减少元器件的制造误差和温度漂移，同时得到更简洁的计算式。
实施例3、5、6具有不受电源电压VC的影响、更易实现线性测量的优点，应优先采用。实施例9、10、11实现线性测量需要使NC或NF保持不变，实现稍复杂，但因充、放电分离，有节能的效果，也可以优先采用。
各实施例中，电容充、放电电流相等的等价条件不尽相同实施例1、2、3、4为NC＝N/2，实施例5、6、7、8为NF＝N/2，实施例9、10、11、12为NC＝NF＝N/2。电路设计时，可以将等价条件代入待测电阻表达式，以确定电路参数。
图23所示的实施例13，是根据本发明提出的温度、湿度、光强度的测量、控制、报警装置的电路原理图。本实施例提供了多通道、多量程测量的示例。本实施例中，采用了单片机AT90S1200，用内部RC振荡方式工作；它有一个比较器，AIN0口是正输入端，AIN1口是负输入端；PD0、PD1、PD3、PD4、PD5是输入输出口，用作电子开关，开关断开时，端口配置为高阻输入模式，开关闭合时，端口配置为输出模式，输出0或1；RX1、RX2、RX3分别是热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻，与PD3、PD4、PD5口一起构成放电�？椋迪侄嗤ǖ啦饬浚籖21、R22、是量程选择电阻，与PD1、PD2口一起构成充电�？椋迪侄嗔砍滩饬浚籆1是滤波电容，与充、放电�？橐黄鸸钩傻髦颇？椋涫涑隽颖冉掀髡淙攵薃IN0口；R4、R42构成串联分压电路，形成参考电压模块，其输出连接比较器负输入端AIN1口，其上还接有滤波电容C4，以滤掉干扰；PB2口还接有继电器J，执行控制、报警动作。充、放电计数器由单片机内部寄存器实现，控制器用软件实现，存储器内还包含了热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻的分度表和控制、报警条件。测量RX1、RX2时，选择R21量程电阻，并以f＝20KHz采样；测量RX3时，选择R22量程电阻选择，并以f＝10KHz采样。控制器计算出温度、湿度、光强度后，查询控制、报警条件，满足条件则驱动继电器J动作，实现控制、报警。
图24所示的实施例14，是根据本发明提出的电阻测量装置的电路原理图。本实施例提供了本发明提出的三种多通道测量方案综合使用的示例。本实施例中，采用了单片机P87LPC762，用内部RC振荡方式工作。该单片机有两个比较器，每个比较器前有一个单刀双掷电子开关，共4个正输入端，即CIN1A、CIN1B、CIN2A、CIN2B，负输入端都接内部的1.23伏基准电压。本实施例也用单片机的I/O口作电子开关。D21、D22是恒流二极管，RX1、RX2、RX3、RX4、RX5是待测电阻。第一个调制�？橛傻缛軨11、恒流二极管D21、待测电阻RX1和RX5、端口P1.7和P1.4构成，其输出连接第一比较器第一正输入端CIN1A，形成实施例5所述电路；其中待测电阻RX1和RX5、端口P1.7和P1.4还构成本发明提出的第一种多通道测量电路(图6)。第二个调制�？橛傻缛軨12、恒流二极管D22、待测电阻RX2、端口P0.0和P1.6构成，其输出连接第一比较器第二正输入端CIN1B，形成实施例9所述电路。第三个调制模块由电容C13、充电电阻R23、待测电阻RX3、端口P0.6和P0.7构成，其输出连接第二比较器第一正输入端CIN2A，形成实施例10所述电路。第四个调制�？橛傻缛軨14、放电电阻R34、待测电阻RX4、端口P0.5构成，其输出连接第二比较器第二正输入端CIN2B，形成实施例3所述电路。第一个调制�？�、第二个调制�？�、第一单刀双掷开关、第一比较器构成本发明提出的第二种多通道测量电路。第三个调制模块、第四个调制�？�、第二单刀双掷开关、第二比较器也构成本发明提出的第二种多通道测量电路。第一、第二比较器及其前端的四个调制�？�、两个开关构成本发明提出的第三种多通道测量电路。
控制器在一个测量周期内，可以同时测量RX1、RX2、RX3、RX4是，也可以同时测量RX2、RX3、RX4、RX5，而RX1与RX5在一个测量周期内只能测量其一。测量结果送显示电路显示。
本实施例中，因各个调制�？榭梢缘ザ郎杓疲菀鬃龅铰闱笆霾坏仁�(1)，一般以相同的采样频率工作，不需改变。如有必要采用不同的采样频率，只要几个采样频率有整数比例关系，也可以实现同时测量。例如第一、第三调制�？樾枰�20KHz采样，第二、第四调制�？樾枰�30KHz采样，控制器只需以其最小公倍数60KHz的节拍运行，每3个节拍对第一、第三调制�？椴裳�2个节拍对第二、第四调制�？椴裳湍苁迪滞辈饬�。不过，这样的控制器相对复杂一些，但仍是可以实现的。
权利要求
1.一种测量电阻的电路，其特征在于包括调制模块[1]、参考电压�？閇4]、比较器[5]、控制器[6]、脉冲处理�？閇7]；其中调制�？閇1]由电容器[C1]、充电�？閇2]、放电�？閇3]构成；充电�？閇2]和放电�？閇3]都可为下列4种情形之一1)电阻器2)恒流源3)电阻器与电子开关的串联4)恒流源与电子开关的串联但调制�？橹兄辽儆幸桓龅缱杵骱鸵桓龅缱涌卮獾缱鑋RX]置于调制�？橹校娲髦颇？橹械囊桓龅缱�。如果待测电阻较小，用限流电阻与待测电阻串联，以该串联替代调制�？橹械囊桓龅缱璨慰嫉缪鼓？閇4]可以为下列3种情形之一1)基准电压源2)恒流源与电阻器的串联3)两个电阻器串联构成的串联分压电路连接关系为电容器[C1]与放电�？閇3]并联，该并联再与充电�？閇2]串联；该串联的充电�？閇2]一端电路连接电源，放电�？閇3]一端接地，中间端电路连接比较器[5]的一个输入端；参考电压�？閇4]的输出端电路连接比较器[5]的另一个输入端；比较器[5]输出端与控制器[6]电路连接；控制器[6]与脉冲处理�？閇7]连接；控制器[6]分别与充、放电�？橹械牡缱涌亓庸ぷ魇北冉掀鱗5]比较其两个输入端的电压，当连接调制�？榈氖淙攵说缪沟陀诹硬慰嫉缪鼓？榈氖淙攵说缪故保冉掀魇涑龀涞缧藕牛粗涑龇诺缧藕牛豢刂破鱗6]以一定的频率f周期性地检查比较器[5]的输出，若充电�？閇2]中有电子开关，比较器输出充电信号时闭合该开关、对电容充电，输出放电信号时断开该开关、停止充电；若放电模块[3]中有电子开关，比较器输出放电信号时闭合该开关、对电容放电，输出充电信号时断开该开关、停止放电；脉冲处理�？閇7]处理脉冲调制信号，并结合电路元件参数，计算出待测电阻[RX]的阻值；
2.根据权利要求1所述电路，其特征在于脉冲处理模块[7]中包括充电计数器和放电计数器；测量时，脉冲处理�？橛贸涞缂剖骷锹汲涞缒？榈纪ǖ闹芷谑⒂梅诺缂剖骷锹挤诺缒？榈纪ǖ闹芷谑⒂昧郊剖鞯募剖�、及电路元件参数，计算出待测电阻[RX]的阻值；
3.根据权利要求1所述电路，其特征在于当待测电阻为最可几值或中间值时，电容的充电电流与放电电流相等，都等于额定充放电流Ic；电容值C1、电容的额定充放电流Ic、频率f、比较器输入失调电压VOFF满足ICf×VOFF<C1<2ICf×VOFF]]>
4.根据权利要求1所述电路，其特征在于还包含多个待测电阻、相同数量的电子开关；各个待测电阻分别与一个电子开关串联，各串联电路再并联；该并联置于充电模块[2]或放电�？閇3]其一之中；控制器[6]分别测量每个待测电阻的阻值。
5.根据权利要求1所述电路，其特征在于还包含多个调制�？閇1]、相同数量的脉冲处理�？閇7]、以及一个单刀多掷电子多路开关[8]，该多路开关具有相同数量的输入端和一个输出端；各个调制�？榉直鹩攵嗦房豙8]的输入端电路连接，多路开关[8]的输出端与比较器[5]一个输入端电路连接；控制器[6]在每个采样周期内切换多路开关，依次把每个调制�？榱拥奖冉掀鳎觳楸冉掀魇涑觯蘸匣蚨峡玫髦颇？槟诘牡缱涌兀⒂枚杂Φ穆龀宕砟？閇7]处理该调制�？榈某�、放电信号，计算该调制�？槟诘拇獾缱柚担�
6.根据权利要求1所述电路，其特征在于还包含多个调制模块[1]、相同数量的比较器[5]、以及相同数量的脉冲处理模块[7]；每个调制�？榉直鹩胍桓霰冉掀鞯囊桓鍪淙攵说缏妨樱鞲霰冉掀鞯牡牧硪桓鍪淙攵说珲哿硬慰嫉缪鼓？椋涑龆擞肟刂破鱗6]电路连接；控制器[6]在每个采样周期内检查各个比较器的输出，闭合或断开对应调制�？槟诘牡缱涌兀⒂枚杂Φ穆龀宕砟？閇7]处理对应调制模块的充、放电信号，计算对应调制�？槟诘拇獾缱柚�。
7.根据权利要求1所述电路，其特征在于还包含多个电阻和/或恒流源，及相同数量的开关；各个电阻、恒流源分别与一个开关串联，各串联电路再并联；该并联置于不含待测电阻的充电模块或放电�？橹校煌ü直鸨蘸匣蚨峡桓龌蚨喔隹兀谋涑�、放电电流，实现量程选择；改变量程时，可以同时改变采样频率f。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7所述电路，其特征在于组合了权利要求1、2、3、4、5、6、7所述电路，形成的一个具有权利要求1、2、3、4、5、6、7所述各项特征的部分或全部的电路。
9.一种电阻测量装置，其特征在于包含权利要求8所述电路中除待测电阻外的全部电路，该装置加上外部的待测电阻，实际构成了权利要求8所述电路。
10.一种温度、湿度、光强度的测量、控制、报警装置，其特征在于包含权利要求8所述电路；待测电阻为一个或多个热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻；还包括存有上述热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻分度表的存储器，存储器与控制器连接；还包括存有温度、湿度或光强度控制、报警条件的存储器，存储器与控制器连接；还包括显示、控制、报警装置，显示、控制、报警装置与控制器连接；控制器[6]分别测量热敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻的电阻值；控制器[6]根据上述分度表和所测电阻值计算出温度、湿度、光强度值；控制器[6]用显示装置显示测量出的温度、湿度、光强度值；控制器[6]检查温度、湿度、光强度值，当满足控制、报警条件时，执行控制操作或报警。
全文摘要
本发明提供了一种用脉冲调制技术测量电阻的电路，由电容[C1]、充电电路[2]、放电电路[3]、比较器[5]、控制器[6]、脉冲处理模块[7]等构成。以比较器的输出控制充、放电电路的通断，通过测量充、放电周期数，计算出电阻值。该方法输出与电阻值呈线性关系，可以实现多通道、多量程、高精度测量，易于用带比较器的单片机实现。接热敏、湿敏、光敏电阻，可构成温度、湿度、光强度的测量、控制、报警装置。
文档编号G01R27/14GK1455262SQ0211827
公开日2003年11月12日 申请日期2002年5月4日 优先权日2002年5月4日
发明者朱筱杰 申请人:朱筱杰
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
