一種手機(jī)準(zhǔn)確測(cè)量環(huán)境溫度的方法

摘要：智能手機(jī)已經(jīng)在人們生活中得到廣泛的應(yīng)用，很多應(yīng)用程序可以在手機(jī)上進(jìn)行安裝運(yùn)行。應(yīng)用之一就是人們獲得外界溫度，目前多數(shù)方式是通過(guò)應(yīng)用程序，直接或者間接地通過(guò)國(guó)家氣象局獲得外界溫度。但是由于數(shù)據(jù)更新較慢并且溫度是一個(gè)較大地域范圍內(nèi)的溫度，不能實(shí)時(shí)反應(yīng)使用者周?chē)鷾囟龋€需要數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)暢通。本文介紹一種通過(guò)手機(jī)上的溫度傳感器對(duì)使用者周?chē)h(huán)境溫度實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量方法。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/273 262.htm

關(guān)鍵字：環(huán)境溫度；測(cè)量精度；溫度傳感器D01：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.4.003

引言

本文提供一種利用手機(jī)溫度傳感器（后文的圖、表中簡(jiǎn)稱(chēng)為溫感）比較精確測(cè)量環(huán)境溫度的方法，利用手機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)溫度傳感器，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)測(cè)試，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量環(huán)境溫度的目的。用此方法在部分終端設(shè)備中可用晶體代替溫補(bǔ)振蕩器。

1.目前手機(jī)測(cè)量環(huán)境溫度現(xiàn)狀

目前市面上多數(shù)手機(jī)不具備環(huán)境溫度測(cè)量功能。經(jīng)過(guò)試用發(fā)現(xiàn)，帶溫度測(cè)量功能的手機(jī)測(cè)試結(jié)果也不夠準(zhǔn)確，而且隨著手機(jī)運(yùn)行應(yīng)用程序的不同，測(cè)量的結(jié)果也會(huì)發(fā)生變化，說(shuō)明手機(jī)本身的發(fā)熱對(duì)溫度傳感器的測(cè)量有影響。如果需要比較準(zhǔn)確的測(cè)量外界環(huán)境溫度，則需要考慮手機(jī)本身發(fā)熱對(duì)溫度傳感器的影響。如何消除這種影響，將是本文討論的重點(diǎn)。

2.手機(jī)主板結(jié)構(gòu)

目前市面上常見(jiàn)主板結(jié)構(gòu)分為兩種。

2.1單一主板結(jié)構(gòu)

手機(jī)所有的器件、傳感器均放在同一電路板上，由于手機(jī)印制電路板具有良好的導(dǎo)熱性，手機(jī)處理器等器件工作時(shí)發(fā)熱，熱量通過(guò)印制板向四周輻射，對(duì)溫度傳感器測(cè)量結(jié)果的影響尤為明顯。

2.2主板+板結(jié)構(gòu)

目前多數(shù)較大屏幕尺寸的手機(jī)、平板電腦采用此方式，子板上有天線連接器等與主板之間通過(guò)柔性連接器或者射頻電纜等相連接。如果將測(cè)量環(huán)境溫度的溫度傳感器放在子板上，則可以很大程度降低主板的影響，但是由于主板、子板是在同一手機(jī)殼中，主板的熱量會(huì)輻射到手機(jī)殼內(nèi)的空氣中，導(dǎo)致手機(jī)殼內(nèi)的溫度上升，手機(jī)殼內(nèi)的溫度又會(huì)影響子板上溫度傳感器的測(cè)量，故主板的影響仍然不能忽略。

3.主板對(duì)溫度傳感器測(cè)量的影響

由于主板上有處理器、電源管理等芯片。在手機(jī)運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，比如看視頻、玩手機(jī)游戲等，這些芯片將會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。如果想消除這些芯片發(fā)熱對(duì)溫度傳感器的影響，必須測(cè)量出主板溫度與溫度傳感器測(cè)量誤差間的關(guān)系。

假設(shè)溫度傳感器放置在主板上（如果放在子板上，分析方法相同。），相對(duì)位置見(jiàn)圖l。

圖l僅畫(huà)出部分器件的示意圖及相對(duì)位置。溫度傳感器2用來(lái)進(jìn)行使用者周?chē)h(huán)境溫度的測(cè)量，故其要盡量遠(yuǎn)離單板上的熱源。溫度傳感器1用來(lái)進(jìn)行主板溫度的測(cè)量，這樣可以確定出主板溫度對(duì)環(huán)境溫度測(cè)量的影響。手機(jī)中某些芯片（如：射頻接收機(jī)芯片）內(nèi)部帶有溫度檢測(cè)單元，可以用來(lái)替代溫度傳感器l。

3.1校準(zhǔn)溫度傳感器1與溫度傳感器2

在溫度傳感器上貼熱電偶（熱電偶1貼在溫感1上，熱電偶2貼在溫度傳感器2上。），放置在溫箱中，改變溫箱的溫度，讀出各熱電偶的值與溫度傳感器的值進(jìn)行比較，對(duì)溫度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償。溫度傳感器的補(bǔ)償以熱電偶讀數(shù)為基準(zhǔn)。溫度傳感器在不同溫度的讀數(shù)見(jiàn)表1。

根據(jù)表1求出溫度傳感器l、溫度傳感器2在不同溫箱溫度的補(bǔ)償值，見(jiàn)表2。

根據(jù)表2可以得到不同溫度范圍的補(bǔ)償值，在同一溫度區(qū)間的每一溫度，認(rèn)為溫度補(bǔ)償值相同。根據(jù)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，不同溫度范圍的補(bǔ)償值相差甚微，可以采取平均值方法，對(duì)所有溫度范圍的補(bǔ)償值用一個(gè)平均補(bǔ)償值，即：溫度傳感器1補(bǔ)償值：

此補(bǔ)償值也即是溫度傳感器測(cè)量誤差，測(cè)試結(jié)果為測(cè)試值加上該補(bǔ)償值，即為實(shí)際的溫度值。

3.2測(cè)試主板溫度對(duì)溫度傳感器2的影響

整機(jī)上電，溫箱溫度為一確定溫度，此處不考慮整機(jī)對(duì)溫箱溫度的影響，實(shí)際中選擇較大體積的溫箱，此影響完全可忽略。在手機(jī)上運(yùn)行專(zhuān)用性能測(cè)試軟件，傳感器l在不同穩(wěn)態(tài)溫度時(shí)，記錄溫度傳感器2的讀數(shù)。

溫箱溫度可以一個(gè)固定的間隔進(jìn)行設(shè)置，比如以五攝氏度或者十?dāng)z氏度為間隔。同樣主板溫度也以一個(gè)固定的間隔進(jìn)行測(cè)試，通常兩個(gè)間隔相同。記錄參數(shù)如見(jiàn)表3。

通過(guò)表3，可以計(jì)算出在不同主板溫度時(shí)，不同環(huán)境溫度（即為溫箱溫度）時(shí)溫度傳感器2的補(bǔ)償量。補(bǔ)償量見(jiàn)表4。

通過(guò)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)主板溫度區(qū)間（間隔為5、10攝氏度）內(nèi)，不同溫箱溫度區(qū)間（間隔為5、10攝氏度）內(nèi)，溫度傳感器2的補(bǔ)償值是固定的。

4.補(bǔ)償表的使用方法

表4中給出溫度傳感器2的補(bǔ)償量。前面假設(shè)在不同溫箱溫度區(qū)間內(nèi)、溫度2的補(bǔ)償值是固定的，同時(shí)溫度傳感器2的溫度變化區(qū)間值與溫箱溫度區(qū)間值相同。假設(shè)：Tel溫箱溫度的區(qū)間大小為a，則對(duì)應(yīng)溫度傳感器2的測(cè)量溫度值的區(qū)間也為a。由于每個(gè)溫度區(qū)間的補(bǔ)償值不一樣，可能會(huì)出現(xiàn)相鄰兩個(gè)溫度傳感器2的區(qū)間會(huì)出現(xiàn)部分重疊。下面分別舉

例說(shuō)明溫補(bǔ)表的使用方法。

4.1溫度傳感器2區(qū)間不重疊

假設(shè)溫度傳感器l的測(cè)量值為A，溫度傳感器2的測(cè)量值為B，則：溫度傳感器1根據(jù)（1）式的誤差補(bǔ)償，補(bǔ)償后其值為A+A1；溫度傳感器2根據(jù)（1）式的誤差補(bǔ)償，補(bǔ)償后其值為B+A：。假設(shè)：溫度傳感器1補(bǔ)償后對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間為T(mén)112；溫度傳感器2補(bǔ)償后對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間為T(mén)m22，則對(duì)應(yīng)溫度傳感器2的補(bǔ)償值為△2m，則對(duì)應(yīng)的溫箱溫度Tt（環(huán)境溫度）為：Tt=B+Δ2+Δ2

4.2溫度傳感器2區(qū)間重疊

重疊區(qū)間的補(bǔ)償值為相鄰兩個(gè)區(qū)間補(bǔ)償值的平均值。假設(shè)溫度傳感器1的測(cè)量值為A，溫度傳感器2的測(cè)量值為B則：溫度傳感器1根據(jù)（1）式的誤差補(bǔ)償，其值為A+Δ1；溫度傳感器2根據(jù)（1）式的誤差補(bǔ)償，其值為B+Δ1。假設(shè)溫度傳感器1補(bǔ)償后對(duì)應(yīng)的溫度區(qū)間為T(mén)112；溫度傳感器2補(bǔ)償后的值在T1、Tc2：的重疊區(qū)，則用T122、T222：對(duì)應(yīng)溫感補(bǔ)償值的平均值作為溫度傳感器2的補(bǔ)償值，則補(bǔ)償值ΔN為：

則溫度傳感器2對(duì)應(yīng)的溫箱溫度T1（環(huán)境溫度）為：

5.實(shí)際應(yīng)用舉例

5.1溫度傳感器2補(bǔ)償表實(shí)例

應(yīng)用本文中提到的方法，對(duì)一款大屏幕手機(jī)測(cè)量外界溫度的溫度傳感器進(jìn)行了相應(yīng)的補(bǔ)償測(cè)量實(shí)驗(yàn)，由于中間測(cè)量數(shù)據(jù)非常龐大，本例中只給出溫感1、溫感2的校準(zhǔn)值與最終的溫感2的測(cè)量補(bǔ)償數(shù)據(jù)（即表4對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)）。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5（溫度間隔為10℃1。

注：表中的溫度值均為溫度區(qū)間的中間值：由于手機(jī)工作時(shí)其電路板上的器件會(huì)發(fā)熱，此款手機(jī)在非待機(jī)狀態(tài)下其主板的溫度不低于20℃，故此表中溫度傳感器l的最低溫度區(qū)間為25℃。

溫度傳感器1測(cè)量校準(zhǔn)值為0.4℃：溫度傳感器2測(cè)量校準(zhǔn)值為0.2℃。

5.2實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證

用已完成補(bǔ)償表測(cè)試的手機(jī)進(jìn)行實(shí)際溫度測(cè)量：專(zhuān)業(yè)溫度測(cè)量設(shè)備讀取值為28攝氏度：溫度傳感器l的讀數(shù)值為35℃，補(bǔ)償校準(zhǔn)值后為35.4℃，溫度傳感器2的讀數(shù)值為29.3℃，補(bǔ)償校準(zhǔn)值后為29.5℃。則根據(jù)表5查詢可得到補(bǔ)償值為-1.1攝氏度，則補(bǔ)償后溫度傳感器2的值為：

T2=29.5+（-1.1）=28.4C

經(jīng)過(guò)多次測(cè)量補(bǔ)償計(jì)算后，溫度測(cè)量的誤差均在±1℃內(nèi)。能夠滿足日常使用要求。

6結(jié)論

由于測(cè)量溫度的溫度傳感器對(duì)外界的影響較敏感，比如手握可能導(dǎo)致測(cè)量誤差較大：并且與整機(jī)的器件布局相關(guān)。本文提供的方法，在部分產(chǎn)品上已進(jìn)行應(yīng)用，均能獲得較準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試精度能達(dá)到±1℃，滿足日常測(cè)量要求。