一种可自动调节量程的传感器及用电设备

技术领域

本发明涉及传感器，特别是一种可自动调节量程的传感器及用电设备。

背景技术

传感器在人们的生活中应用得越来越普遍，传感器的精度一直是使用者考虑的重要因素。如温度传感器中，传感器的测量量程对温度精度有很大影响，量程越大，测量精度越低，反之越高。因为使用场景、使用人群的不同，例如安装在南方和北方需要的测温范围有很大的差异，如果还是使用同一量程的传感器就导致温差较小的区域测得的精度较低。

目前市面已有的温度传感器的温度测量量程大部分都是固定的，或者通过手动调节传感器自身装置来改变量程，手动切换具有盲目性和不准确性，而且频繁切换量程开关，时间久了容易造成切换开关的机械故障。

发明内容

针对现有技术中，传感器量程固定，会对检测精度造成影响的问题，本发明提出了一种可自动调节量程的传感器及用电设备。

本发明的技术方案为，提出了一种可自动调节量程的传感器，所述传感器具有多个量程通道，所述传感器还包括：用于采样待测参数的采样电路、与所述采样电路连接并可确定所述待测参数所处的量程区间的量程选择电路、以及用于根据所述待测参数所处的量程区间切换所述量程通道的主控单元。

进一步，所述量程选择电路包括：

一比较电路，其与所述采样电路连接，用于将所述待测参数与基准参数进行比较，并生成比较信号；

一逻辑电路，其与所述比较电路连接，用于根据所述比较信号确定所述待测参数所处的量程区间；

一基准参数给定电路，其与所述比较电路连接，用于提供所述基准参数。

进一步，所述基准参数包括匹配所述量程区间设置的第一基准参数、第二基准参数、以及第三基准参数；

其中，所述第三基准参数大于所述第二基准参数，所述第二基准参数大于所述第一基准参数，且所述第一基准参数、所述第二基准参数、以及所述第三基准参数将所述量程区间划分为第一量程区间、第二量程区间、以及第三量程区间。

进一步，所述比较电路包括：比较器U1、比较器U2、比较器U3、比较器U4、比较器U5、比较器U6；

其中，所述比较器U1的反相输入端连接到所述基准电压给定电路获取所述第二基准参数、同相输入端连接到所述采样电路获取所述待测参数；

所述比较器U2的反相输入端连接到所述基准电压给定电路获取所述第一基准参数、同相输入端连接到所述采样电路获取所述待测参数；

所述比较器U3的反相输入端接地、同相输入端连接到所述采样电路获取所述待测参数；

所述比较器U4的同相输入端连接到所述基准电压给定电路获取所述第三基准参数、反相输入端连接到所述采样电路获取所述待测参数；

所述比较器U5的同相输入端连接到所述基准电压给定电路获取所述第二基准参数、反相输入端连接到所述采样电路获取所述待测参数；

所述比较器U6的同相输入端连接到所述基准电压给定电路获取所述第一基准参数、反相输入端连接到所述采样电路获取所述待测参数。

进一步，所述基准参数给定电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4；

其中，所述电阻R1一端接入电源VCC、另一端依次串联所述电阻R2、电阻R3、电阻R4后接地；

所述电阻R3与所述电阻R4之间作为所述基准参数给定电路的第一输出端，用于输出所述第一基准参数；

所述电阻R2与所述电阻R3之间作为所述基准参数给定电路的第二输出端，用于输出所述第二基准参数；

所述电阻R1与所述电阻R2之间作为所述基准参数给定电路的第三输出端，用于输出所述第三基准参数。

进一步，所述逻辑电路包括：与门A1、与门A2、与门A3；

其中，所述与门A1的第一输入端连接到所述比较器U3的输出端、第二输入端连接到所述比较器U6的输出端；

所述与门A2的第一输入端连接到所述比较器U2的输出端、第二输入端连接到所述比较器U5的输出端；

所述与门A3的第一输入端连接到所述比较器U1的输出端、第二输入端连接到所述比较器U4的输出端。

进一步，当所述与门A1输出高电平信号时，所述待测参数处于第一量程区间；

当所述与门A2输出高电平信号时，所述待测参数处于第二量程区间；

当所述与门A3输出高电平信号时，所述待测参数处于第三量程区间。

进一步，所述传感器还包括：一用于对所述待测参数进行补偿的补偿电路、以及用于显示所述待测参数的显示模块。

本发明还提出了一种用电设备，所述用电设备具有用于检测其工作参数的传感器，该传感器采用上述可自动调节量程的传感器。

进一步的，所述用电设备为空调、加湿器、冰箱中的至少一种。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明通过设计量程选择电路，能够确定待测参数所处的量程区间，并通过主控单元将其切换至对应的量程通道，解决了传统方案中固定量程检测存在精度低的问题；

2、本发明通过硬件电路实现了量程通道的自动切换，避免了手动调节量程准确度低，且容易造成机械故障的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中传感器的采集系统图；

图2为本发明中传感器的采集流程图；

图3为本发明中传感器的量程区间划分示意图；

图4为本发明中量程选择电路的电路拓扑图；

图5为本发明另一实施例中量程通道自适应调节的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

目前的传感器，如温度传感器的量程大部分都是固定的，在不同的使用场景下，由于测温范围的差异，使用同一量程的传感器容易导致检测精度的降低。部分传感器通过手动调节量程，其具有盲目性和不确定性，而且频繁切换量程开关，时间久了容易造成切换开关的机械故障。本发明的思路在于，通过设计量程选择电路，与主控单元配合，实现量程的自动切换，从而解决上述问题。

具体的，本发明提出的可自动调节量程的传感器，其包括：用于采样待测参数的采样电路、与采样电路连接并可确定待测参数所处的量程区间的量程选择电路、以及用于根据待测参数所处的量程区间切换量程通道的主控单元。

这里，上述传感器设置有多个量程通道，每个量程通道所测量的量程区间均不相同，本发明中通过设计量程选择电路，其能够确定目前检测的待测参数所处的量程区间，并在确定量程区间后，通过主控单元切换至对应的量程通道，实现了量程的自动切换，既能够提高传感器的检测精度，又避免了因手动切换量程而造成的机械故障的问题。

如图2所示，除上述采样电路、量程选择电路、以及主控单元外，本发明所提出的可自动调节量程的传感器还包括补偿电路和显示模块，其工作流程为，采样电路先随机选取一量程通道对待测参数进行采样(优选为最大量程区间下的量程通道)，然后将采样得到的待测参数传输给量程选择电路，量程选择电路能够确定出待测参数所处的量程区间，并发送给主控单元，主控单元直接切换量程通道为最匹配当前量程区间的量程通道上，并通过采样电路再次采样获得精度更高的待测参数，补偿电路能够依据当前选择的量程通道对待测参数进行补偿，以进一步提高检测精度，显示模式用于显示检测出的待测参数。

其中，上述量程选择电路包括：

一比较电路，其与采样电路连接，用于将待测参数与基准参数进行比较，并生成比较信号；

一逻辑电路，其与比较电路连接，用于根据比较信号确定待测参数所处的量程区间；

一基准参数给定电路，其与比较电路连接，用于提供基准参数。

其工作原理为，先通过基准参数给定电路为比较电路提供基准参数，比较电路从采样电路获取待测参数，并将待测参数与基准参数进行比较，输出相应的比较信号，逻辑电路接收比较信号后，根据自身判断逻辑确定出待测参数所处的量程区间。

其中，为实现具体的量程选择，上述基准参数给定电路所提供的基准参数需要匹配量程区间进行设置，具体的，上述基准参数包括第一基准参数、第二基准参数和第三基准参数；

且上述第一基准参数、第二基准参数、以及第三基准参数满足第三基准参数大于第二基准参数、第二基准参数大于第一基准参数，其将量程区间划分为第一量程区间、第二量程区间、以及第三量程区间；

其中，第一量程区间为0至第一基准参数，第二量程区间为第一基准参数至第二基准参数，第三量程区间为第二基准参数至第三基准参数。

比较电路中设置有多个比较器，并分别接入上述第一基准参数、第二基准参数以及第三基准参数，逻辑电路可以设置三个输出口，每个输出口对应一个量程区间，使逻辑电路能够工作于，在待测参数处于第一量程区间时，与第一量程区间对应的输出口输出高电平；

在待测参数处于第二量程区间时，与第二量程区间对应的输出口输出高电平；

在待测参数处于第三量程区间时，与第三量程区间对应的输出口输出高电平。

通过上述设计后，只用确定逻辑电路输出高电平的输出口，即可确定出待测参数所处的量程区间。

其中，第一基准参数、第二基准参数、以及第三基准参数通过基准参数给定电路提供，如图5所示，基准参数给定电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4；

其中，电阻R1一端接入电源VCC、另一端依次串联电阻R2、电阻R3、电阻R4后接地；

电阻R3与电阻R4之间作为基准参数给定电路的第一输出端，用于输出第一基准参数；

电阻R2与电阻R3之间作为基准参数给定电路的第二输出端，用于输出第二基准参数；

电阻R1与电阻R2之间作为基准参数给定电路的第三输出端，用于输出第三基准参数。

这里，第一基准参数、第二基准参数、以及第三基准参数通过电阻R1、电阻R2、电阻R3、以及电阻R4的分压确定，根据电路原理，第一基准参数处的电压为R4/(R1+R2+R3+R4)，第二基准参数处的电压为(R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)，第三基准参数处的电压为(R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4)，因此，在实际应用中，只需要根据具体的量程区间和待测参数调整电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的阻值，即可确定出上述第一基准参数、第二基准参数、以及第三基准参数。

如图5所示，本发明提出的比较电路包括：比较器U1、比较器U2、比较器U3、比较器U4、比较器U5、比较器U6；

其中，比较器U1的反相输入端连接到基准电压给定电路获取第二基准参数、同相输入端连接到采样电路获取待测参数；

比较器U2的反相输入端连接到基准电压给定电路获取第一基准参数、同相输入端连接到采样电路获取待测参数；

比较器U3的反相输入端接地、同相输入端连接到采样电路获取待测参数；

比较器U4的同相输入端连接到基准电压给定电路获取第三基准参数、反相输入端连接到采样电路获取待测参数；

比较器U5的同相输入端连接到基准电压给定电路获取第二基准参数、反相输入端连接到采样电路获取待测参数；

比较器U6的同相输入端连接到基准电压给定电路获取第一基准参数、反相输入端连接到采样电路获取待测参数。

其中，比较器的工作原理为，当比较器的同相输入端的电压高于反相输入端的电压时，比较器输出高电平。这里以第一基准参数为V1、第二基准参数为V2、第三基准参数为V3，且V3大于V2、V2大于V1为例，比较器U1在其同相输入端接入的电压大于V2时输出高电平；

比较器U2在其同相输入端接入的电压大于V1时输出高电平；

比较器U3在其同相输入端接入的电压大于0时输出高电平；

比较器U4在其反相输入端接入的电压小于V3时输出高电平；

比较器U5在其反相输入端接入的电压小于V2时输出高电平；

比较器U6在其反相输入端接入的电压小于V1时输出高电平；

由于第一量程区间对应的范围为(0，V1)，第二量程区间对应的范围为(V1，V2)，第三量程区间对应的范围为(V2，V3)，因此通过设计相应的逻辑电路，与六个比较器的输出相互配合，能够实现对应量程区间确定。

请参见图5，本发明中提出的逻辑电路包括：与门A1、与门A2、与门A3；

其中，与门A1的第一输入端连接到比较器U3的输出端、第二输入端连接到比较器U6的输出端；

与门A2的第一输入端连接到比较器U2的输出端、第二输入端连接到比较器U5的输出端；

与门A3的第一输入端连接到比较器U1的输出端、第二输入端连接到比较器U4的输出端。

与门的运算逻辑为，其只有在第一输入端和第二输入端均为高电平时，才会输出高电平信号，这里与门A1同时连接到比较器U3的输出端和比较器U6的输出端，由于比较器U3输出高电平信号的条件为其同相输入端接入的电压大于0，而比较器U6输出高电平信号的条件为其反相输入端接入的电压小于V1，由于比较器U3同相输入端接入的信号和比较器U6反相输入端接入的信号均是待测参数，因此只有在待测参数同时满足比较器U3和比较器U6输出高电平的条件时，与门A1才会输出高电平信号，也即在待测参数的电压处于(0，V1)内，也即第一量程区间内时，与门A1输出高电平信号；

同理，与门A2同时连接到比较器U2和比较器U5的输出端，由于比较器U2输出高电平信号的条件为其同相输入端接入的电压大于V1，而比较器U5输出高电平信号的条件为其反相输入端接入的电压小于V2，因此，只有在待测参数的电压处于(V1，V2)内，也即第二量程区间内时，与门A2输出高电平信号；

与门A3同时连接到比较器U1和比较器U4的输出端，由于比较器U1输出高电平信号的条件为其同相输入端接入的电压大于V2，而比较器U4输出高电平信号的条件为其反相输入端接入的电压小于V3，因此，只有在待测参数的电压处于(V2，V3)内，也即第三量程区间内时，与门A3输出高电平信号。

综上，本发明所提出的量程切换电路的真值表为：

综上可知，本发明整体的工作逻辑为：

当与门A1输出高电平信号时，待测参数处于第一量程区间，主控单元切换控制器的量程通道为第一量程通道(与第一量程区间匹配)；

当与门A2输出高电平信号时，待测参数处于第二量程区间，主控单元切换控制器的量程通道为第二量程通道(与第二量程区间匹配)；

当与门A3输出高电平信号时，待测参数处于第三量程区间，主控单元切换控制器的量程通道为第三量程通道(与第三量程区间匹配)。

其中，上述待测参数通过图4中电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8分压后输入，分别连接到比较器U1、比较器U2、比较器U3、比较器U4、比较器U5、以及比较器U6的输入端，以实现上述控制逻辑。

综上，本发明可以采用上述量程选择电路，与主控单元相互配合，实现量程通道的自动切换，从而提高测量的精度。

如图3所示，其为本发明的量程区间划分的示意图，本发明中设置有补偿电路，确定对应的量程通道后，可以通过补偿电路进行相应的参数补偿，其工作流程为，先将待测参数划分为多个量程区间，且每个量程区间均对应一个量程通道，补偿电路匹配每个量程通道设置，在确定相应的量程通道后，进行对应的参数补偿。

显示模块连接到补偿电路，在补偿电路进行参数补偿后，能够通过显示模块显示出相应的待测参数。

如图1所示，其为本发明中传感器的采集系统图，传感器可以设置多个，通过总线连接，实现待测参数的检测。

如图5所示，在本发明其他实施例中，也可以直接通过主控单元设置相应的判断逻辑实现量程的自动切换，其工作原理为：

在传感器首次工作时，选用预设量程对待测参数进行采集，将得到的待测参数传输到主控单元中，这里以d为当前采样数值、D为当前的量程挡位、M为传感器的最大量程、N为传感器的最小量程；

主控单元开始判断d与D的关系，1、当D＜d＜M时，即当前采样数值超出当前的量程挡位但没有超过传感器的最大量程挡位，则将档位调高一档为D+1，使用新量程重新进行待测参数的采集；

2、当D＜M＜d时，即当前采样数值超出传感器的最大量程挡位，则进行过载报警；

3、当N＜d＜D时，即当前采样数值小于当前的量程挡位但没有超过传感器的最小量程挡位，则将档位调低一档为D-1，使用新量程重新进行待测参数的采集；

4、当d＜N＜D时，即当前采样数值超出传感器的最小量程挡位，则进行过载报警。

这里，该控制方法可以与量程切换电路的使用方案分开进行，同时设置在传感器中，当其中一种方案异常时，可以采用另一方案替代，从而提高传感器的检测可靠性。

进一步的，本发明还提出了一种用电设备，其具有用于检测工作参数的传感器，该传感器采用上述可自动调节量程的传感器。

进一步的，上述用电设备为空调、加湿器、冰箱中的至少一种。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明通过设计量程选择电路，能够确定待测参数所处的量程区间，并通过主控单元将其切换至对应的量程通道，解决了传统方案中固定量程检测存在精度低的问题；

2、本发明通过硬件电路实现了量程通道的自动切换，避免了手动调节量程准确度低，且容易造成机械故障的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。