專利名稱：智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種可廣泛用于農(nóng)業(yè)溫室大棚、野外環(huán)境監(jiān)測(cè)、各種倉(cāng)庫(kù)車間中空氣溫濕度測(cè)量的，同時(shí)具有RS485網(wǎng)絡(luò)輸出接口和普通模擬電壓輸出接口的溫濕度傳感變送器。
智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器是由塑料傳感器盒7和底座9組成，將高精度數(shù)字式溫度傳感器1、耐高濕濕敏電容2、電容/頻率變換電路及測(cè)量周期生成電路3、單片機(jī)、EEPROM存儲(chǔ)器、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路4、PWM/電壓轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路5分別固定在印刷電路板8上，6芯電纜插座6固定在傳感器盒側(cè)面，印刷電路板8用螺絲固定在底座9上。
智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器的電路原理，是由雙時(shí)基集成電路7556和單片機(jī)共同組成的數(shù)據(jù)采集電路中，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的多級(jí)校準(zhǔn)、補(bǔ)償及線性化功能。具體描述如下(1)通過(guò)對(duì)濕敏電容測(cè)量的“電容/頻率”轉(zhuǎn)換電路中R1和R3的選擇減少濕敏電容本身受溫度變化的影響；(2)通過(guò)對(duì)“測(cè)量周期生成電路”中R4、R5、R6、C1、W2的選擇和調(diào)整以減少因雙時(shí)基集成電路7556本身以及附屬阻容元件受環(huán)境溫度的影響而造成的測(cè)量誤差；(3)單片機(jī)讀入溫度及濕度的測(cè)量值后根據(jù)內(nèi)置的參數(shù)表及算法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性化校準(zhǔn)及補(bǔ)償；(4)由單片機(jī)自動(dòng)將本傳感器處于高濕環(huán)境中的總工作時(shí)數(shù)記錄在EEPROM存儲(chǔ)器中，并據(jù)此對(duì)本傳感器在一般環(huán)境條件和長(zhǎng)期高濕環(huán)境條件下工作產(chǎn)生的不同飄移量進(jìn)行不同的補(bǔ)償。
智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器是由四運(yùn)放集成電路LM324和電阻R1、R2、R3、電容C1、C2組成的將單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為0-5V標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.測(cè)量精度高，溫度測(cè)量精度為±0.5℃，分辨度±0.1℃；濕度測(cè)量精度為±2％RH，分辨度±0.1％RH；2.穩(wěn)定性好，可在高溫高濕等惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。
3.即具有2路普通的0-5V模擬電壓輸出，分別輸出溫度和濕度的測(cè)量值以便與傳統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備接口；同時(shí)還具備先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊接口，可以方便地同微機(jī)控制系統(tǒng)接口。信號(hào)即可遠(yuǎn)傳也可同時(shí)供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字顯示和遠(yuǎn)程微機(jī)管理。
4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能價(jià)格比高，可廣泛用于農(nóng)業(yè)溫室大棚、野外環(huán)境監(jiān)測(cè)、各種倉(cāng)庫(kù)車間中空氣溫濕度的測(cè)量，具有較大的推廣和使用價(jià)值。
圖2是本實(shí)用新型的體系結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的“電容/頻率轉(zhuǎn)換”及“測(cè)量周期生成”電路示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的“PWM/電壓轉(zhuǎn)換”電路示意圖本實(shí)用新型采用了多種校準(zhǔn)、補(bǔ)償及線性化技術(shù)以提高測(cè)量精度、抗干擾能力以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性，下面分別加以介紹1.在濕度傳感器的“電容/頻率轉(zhuǎn)換電路”(圖3的左半部分)中，通過(guò)對(duì)R1和R3的電阻種類、精度和數(shù)值的選擇以抵消掉溫度對(duì)濕敏電容本身的大部分影響(即減少濕敏電容本身的溫度系數(shù))2.在“測(cè)量周期生成”電路(圖3的右半部分)中，由于其時(shí)基電路與“電容/頻率轉(zhuǎn)換電路”的時(shí)基電路共同封裝在一個(gè)集成電路塊(7556)中，所以其各種性能指標(biāo)基本相同，通過(guò)對(duì)R4、R5、R6、C1、W1的選擇和調(diào)整就可以大大減少因雙時(shí)基集成電路7556本身以及附屬阻容元件受環(huán)境溫度的影響而造成的測(cè)量誤差。
3.由于單片機(jī)本身可以同時(shí)讀入溫度和濕度的測(cè)量值并具備運(yùn)算和存儲(chǔ)功能，所以通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算即可對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行軟件線性化處理，同時(shí)還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的溫度測(cè)量值對(duì)易受溫度影響的濕度測(cè)量值進(jìn)行有效的補(bǔ)償。
4.濕敏電容本身在非常潮濕的環(huán)境中(如農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi))和相對(duì)干燥的環(huán)境中工作很長(zhǎng)一段時(shí)間后其電容值隨時(shí)間發(fā)生變化的程度是很不一樣的，潮濕環(huán)境造成的年飄移量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相對(duì)干燥的環(huán)境。由單片機(jī)內(nèi)的軟件自動(dòng)判斷并記錄本傳感器在兩種環(huán)境中的工作時(shí)間長(zhǎng)度并將其存入EEPROM中以防止掉電后的數(shù)據(jù)丟失，并據(jù)此及相應(yīng)的算法對(duì)濕度測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償以保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
由于單片機(jī)本身具有2路10位脈寬調(diào)制(PWM)輸出，所以采用LM324四運(yùn)放構(gòu)成“PWM/電壓輸出電路”將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)輸出。本電路利用運(yùn)算放大器的高輸入阻抗特性并設(shè)計(jì)成低通濾波器的形式，即可確保輸出電壓的穩(wěn)定，還可提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，增強(qiáng)其對(duì)外圍數(shù)據(jù)采集電路適應(yīng)能力。
本傳感器外特征為一體化盒式封裝，直流7.5至35V供電。具有2路0-5V模擬電壓信號(hào)輸出和1路RS485網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸出。
權(quán)利要求1.智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器，其特征在于由塑料傳感器盒7和底座9組成，將高精度數(shù)字式溫度傳感器1、耐高濕濕敏電容2、電容/頻率變換電路及測(cè)量周期生成電路3、單片機(jī)、EEPROM存儲(chǔ)器、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路4、PWM/電壓轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路5分別固定在印刷電路板8上，6芯電纜插座6固定在傳感器盒側(cè)面，印刷電路板8用螺絲固定在底座9上。
2.如權(quán)利要求1所述的智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器，其特征在于其電路原理，是由雙時(shí)基集成電路7556和單片機(jī)共同組成的數(shù)據(jù)采集電路中，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的多級(jí)校準(zhǔn)、補(bǔ)償及線性化功能；具體描述如下(1)通過(guò)對(duì)濕敏電容測(cè)量的“電容/頻率”轉(zhuǎn)換電路中R1和R3的選擇減少濕敏電容本身受溫度變化的影響；(2)通過(guò)對(duì)“測(cè)量周期生成電路”中R4、R5、R6、C1、W2的選擇和調(diào)整以減少因雙時(shí)基集成電路7556本身以及附屬阻容元件受環(huán)境溫度的影響而造成的測(cè)量誤差；(3)單片機(jī)讀入溫度及濕度的測(cè)量值后根據(jù)內(nèi)置的參數(shù)表及算法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性化校準(zhǔn)及補(bǔ)償；(4)由單片機(jī)自動(dòng)將本傳感器處于高濕環(huán)境中的總工作時(shí)數(shù)記錄在EEPROM存儲(chǔ)器中，并據(jù)此對(duì)本傳感器在一般環(huán)境條件和長(zhǎng)期高濕環(huán)境條件下工作產(chǎn)生的不同飄移量進(jìn)行不同的補(bǔ)償。
3.如權(quán)利要求1所述的智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器，其特征在于由四運(yùn)放集成電路LM324和電阻R1、R2、R3、電容C1、C2組成的將單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為0-5V標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路。
專利摘要智能溫濕度自補(bǔ)償傳感變送器，包括有高精度數(shù)字式溫度傳感器、耐高濕濕敏電容、電容/頻率變換電路及測(cè)量周期生成電路、單片機(jī)、EEPROM存儲(chǔ)器、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路、脈寬調(diào)制(PWM)/電壓轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路共同組成，可廣泛用于農(nóng)業(yè)溫室大棚、野外環(huán)境監(jiān)測(cè)、各種倉(cāng)庫(kù)車間中空氣溫濕度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01K7/34GK2570782SQ02257528
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者趙春江, 喬曉軍, 魏超, 楊月英, 楊寶祝 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心