一种手机准确测量环境温度的方法

摘要：智能手机已经在人们生活中得到广泛的应用，很多应用程序可以在手机上进行安装运行。应用之一就是人们获得外界温度，目前多数方式是通过应用程序，直接或者间接地通过国家气象局获得外界温度。但是由于数据更新较慢并且温度是一个较大地域范围内的温度，不能实时反应使用者周围温度，还需要数据网络畅通。本文介绍一种通过手机上的温度传感器对使用者周围环境温度实时准确测量方法。
引言
本文提供一种利用手机温度传感器(后文的图、表中简称为温感) [1]比较精确测量环境温度的方法，利用手机内部的两个温度传感器，通过一系列实验室校准测试，达到准确测量环境温度的目的。用此方法在部分终端设备中可用晶体[2]代替温补振荡器[2] 。
1 目前手机测量环境温度现状
目前市面上多数手机不具备环境温度测量功能。经过试用发现，带温度测量功能的手机测试结果也不够准确，而且随着手机运行应用程序的不同，测量的结果也会发生变化，说明手机本身的发热对温度传感器的测量有影响。如果需要比较准确的测量外界环境温度，则需要考虑手机本身发热对温度传感器的影响。如何消除这种影响，将是本文讨论的重点。
2 手机主板结构
目前市面上常见主板结构分为两种。2.1 单一主板结构
手机所有的器件、传感器均放在同一电路板上，由于手机印制电路板[3]具有良好的导热性，手机处理器等器件工作时发热，热量通过印制板向四周辐射，对温度传感器测量结果的影响尤为明显。2.2 主板+板结构
目前多数较大屏幕尺寸的手机、平板电脑采用此方式，子板上有天线连接器等与主板之间通过柔性连接器或者射频电缆等相连接。如果将测量环境温度的温度传感器放在子板上，则可以很大程度降低主板的影响，但是由于主板、子板是在同一手机壳中，主板的热量会辐射到手机壳内的空气中，导致手机壳内的温度上升，手机壳内的温度又会影响子板上温度传感器的测量，故主板的影响仍然不能忽略。
3 主板对温度传感器测量的影响
由于主板上有处理器、电源管理等芯片。在手机运行应用程序时，比如看视频、玩手机游戏等，这些芯片将会产生大量的热量。如果想消除这些芯片发热对温度传感器的影响，必须测量出主板温度与温度传感器测量误差间的关系。
假设温度传感器放置在主板上(如果放在子板上，分析方法相同。)，相对位置见图1。


图1仅画出部分器件的示意图及相对位置。温度传感器2用来进行使用者周围环境温度的测量，故其要尽量远离单板上的热源。温度传感器1用来进行主板温度的测量，这样可以确定出主板温度对环境温度测量的影响。手机中某些芯片(如：射频接收机芯片)内部带有温度检测单元，可以用来替代温度传感器1。3.1 校准温度传感器1与温度传感器2
在温度传感器上贴热电偶[1](热电偶1贴在温感1上，热电偶2贴在温度传感器2上。)，放置在温箱中，改变温箱的温度，读出各热电偶的值与温度传感器的值进行比较，对温度传感器进行补偿。温度传感器的补偿以热电偶读数为基准。温度传感器在不同温度的读数见表1。



根据表1求出温度传感器1、温度传感器2在不同温箱温度的补偿值，见表2。
根据表2可以得到不同温度范围的补偿值，在同一温度区间的每一温度，认为温度补偿值相同。根据实际测试发现，不同温度范围的补偿值相差甚微，可以采取平均值方法[4]，对所有温度范围的补偿值用一个平均补偿值，即：温度传感器1补偿值：

　(1)
温度传感器2补偿值：

(2)
此补偿值也即是温度传感器测量误差，测试结果为测试值加上该补偿值，即为实际的温度值。
3.2 测试主板温度对温度传感器2的影响
整机上电，温箱温度为一确定温度，此处不考虑整机对温箱温度的影响，实际中选择较大体积的温箱，此影响完全可忽略。在手机上运行专用性能测试软件，传感器1在不同稳态温度时，记录温度传感器2的读数。
温箱温度可以一个固定的间隔进行设置，比如以五摄氏度或者十摄氏度为间隔。同样主板温度也以一个固定的间隔进行测试，通常两个间隔相同。记录参数如见表3。
                                
               
通过表3，可以计算出在不同主板温度时，不同环境温度(即为温箱温度)时温度传感器2的补偿量。补偿量见表4。


通过实际测量发现，在一个主板温度区间(间隔为5、10摄氏度)内，不同温箱温度区间(间隔为5、10摄氏度)内，温度传感器2的补偿值是固定的。