電流型溫溼度傳感器的製作方法

2023-10-06 08:47:19

專利名稱：電流型溫溼度傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器技術領域，具體地說是一種電流型溫溼度傳感器。
技術背景在工農業生產、氣象、環保、國防、科研、航天等部門，經常需要對環境溼度進行測量及控制。但在常規的環境參數中，溼度是最難準確測量的一個參數。用乾濕球溼度計或毛髮溼度計來測量溼度的方法，早已無法滿足現代科技發展的需要。這是因為測量溼度要比測量溫度複雜的多，溫度是個獨立的被測量，而溼度卻受其他因素(大氣壓強、溫度)的影響。此外，溼度的標準也是一個難題。國外生產的溼度標定設備價格十分昂貴。雖然現有技術的溫溼度傳感器種類很多，但在使用中普遍存在的不足是電路設計不甚合理，主要體現在傳統的溫溼度傳感器的輸出是模擬量，必須經過A/D轉換才能接到微處理器進行處理，由於模擬信號在傳輸過程中容易受到幹擾，所以不適合多節點傳感和遠程傳感；長期穩定性差，易受外部條件的影響，由於老化和漂移等問題，長期工作後誤差較大；一致性較差。
發明內容本實用新型屬於溫溼度測量領域，用於對程控交換機房、醫院等對溫溼度要求較高的各類空氣環境中進行高精度測量，根據檢驗報告，溫度誤差< ±0.2°C，溼度誤差< ± I 。本實用新型的目的主要是克服傳統溫溼度傳感器在以上設計上的短缺，提供一種電路設計更加合理，高精度輸出，保護更加完善，使用壽命更長的溫溼度傳感器。本實用新型的技術方案是按以下方式實現的，溫度監測元件和溼度監測元件分別將溫度值轉換為電阻值，將溼度值轉換為電容值，經低通濾波等模擬電路處理後送到AD轉換單元，AD轉換單元輸出的數字量溫度信號和溼度信號交給中央處理器；由撥碼開關搭建的溫度校準電路單元和溼度校準單元將數字量校準信號交給中央處理器；中央處理器將採集到的溫溼度值和校準值放入計算公式進行處理，包括數據有效性校驗、溫溼度自動補償、非線性補償等數位化運算；中央處理器將計算生產的溫溼度信號傳送給變送器，最終完成高精度溫溼度值的輸出。本實用新型的電流型溫溼度傳感器，其結構是由單片機處理單元A、溫溼度感應電路B、溫度和溼度模擬量輸出電路C組成，其中單片機處理單元A由集成電路Ul構成，集成電路Ul的15腳接3. 3V電源，5腳接地，6、7腳接晶振JZ，4腳串接電阻R3接地；電容C4、C5串接在晶振JZ兩端，電容C4、C5的連接點接地；溫溼度感應電路B由集成電路U2、U3、電阻R7-R14、電容C7、C8、ClO組成，其中ClO是溼敏電容，即溼度感應探頭，R5 一端接電源+5V，另一端接U2的3腳，U2的3腳還分 別串電阻R7接U2的2腳，串電阻R8接U2的5腳，串電阻RlO接U2的14腳和4腳，電阻R13與電阻RlO並接，電容C7、C8並接U2的3腳與9、12腳，電阻R9並接U2的5腳與9腳之間，電阻Rll並接U2的9腳與14腳之間，電阻R12並接U2的8腳與14腳之間，電容10並接U2的8腳與9腳之間，電阻R6並接U2的9腳與U3的I腳之間，U3的I腳接地，U3的2腳接Ul的14腳，U3的3腳接電源+5V ；溫度和溼度模擬量輸出電路C是由集成電路U4、U5A、U5B、U5C、U5D，三極體Q1、Q2，二極體 Dl、D2，電阻 R13-R30,電容 C9，接插件 J1-J3 組成，其中 U5A、U5B、U5C、U5D 是 4個運算放大器，集成電路U4是溫度傳感器，U4各腳的連接方式如下U4的1、2腳與Ul的
11、12腳連接，U4的4腳接插接件的2腳，8腳接電源+5V，7腳接插接件J2的2腳，6腳接電源+2V，5腳串電阻R16、R18、R21、R19、R17接插接件J2的I腳，放大器U5B管腳的連接方式是6腳串電阻R14、電容C9接電源+5V，5腳串電阻R13接插接件Jl的I腳；7腳串電阻R26接三極體Q2的基極，二極體Dl接U5B的7腳與三極體Q2的發射極，U5B的5腳還串接電阻R25接插接件J3的5腳，U5B的6腳還串電阻R15、R27接插接件J3的5腳；插接件J3的4腳接電阻R14和電容C9的連接點，插接件J3的2腳接放大器U5C的8腳，電阻 R29並接U5C的8腳、9腳之間，U5C的9腳還串電阻R28接電容ClO和電阻R6的連接點；放大器TOD的12腳接插接件J2的3腳，13腳串電阻R22接接電容ClO和電阻R6的連接點，電阻R23並接U5D的13腳與14腳之間；放大器U5A的3腳接電阻R17R19連接點，2腳接電阻R16、R18的連接點，4腳接電源+10V，11腳接地，I腳串電阻R20接三級管Ql的基極，I腳還串二極體D2接三極體Q2的發射極和電阻R18、R21的連接點，三極體Q2的集電極接電源+10V，插接件J1、J2用於進行下級電壓和電流方式的選擇，插接件J3與液晶顯示器連接輸出溫溼度數據。本實用新型的優點是採用中央處理器代替傳統的模擬電路構成的運算單元，實現了數據有效性校驗和多種自動補償功能，實現了溫溼度值的高精度測量，解決了傳統的溫溼度傳感器在穩定性、可靠性、測量精度等方面存在的問題，同時完善了溫溼度傳感器在過壓過流情況下的保護能力。

附圖I.為溫溼傳感器的電路原理框圖附圖2為溫溼傳感器的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖I和2對本實用新型的溫溼度傳感器裝置作以下詳細說明。如附圖1、2所示，本實用新型的溫溼傳感器是由單片機處理單元A、溫溼度感應電路B、溫度和溼度模擬量輸出電路C組成，其中單片機處理單元A由集成電路Ul構成，集成電路Ul的15腳接3. 3V電源，5腳接地，6、7腳接晶振JZ，4腳串接電阻R3接地；電容C4、C5串接在晶振JZ兩端，電容C4、C5的連接點接地；溫溼度感應電路B由集成電路U2、U3、電阻R7-R14電容C7、C8、C10組成，其中ClO是溼敏電容，即溼度感應探頭，R5 —端接電源+5V，另一端接U2的3腳，U2的3腳還分別串電阻R7接U2的2腳，串電阻R8接U2的5腳，串電阻RlO接U2的14腳和4腳，電阻R13與電阻RlO並接，電容C7、C8並接U2的3腳與9、12腳，電阻R9並接U2的5腳與9腳之間，電阻Rll並接U2的9腳與14腳之間，電阻R12並接U2的8腳與14腳之間，電容10並接U2的8腳與9腳之間，電阻R6並接U2的9腳與U3的I腳之間，U3的I腳接地，U3的2腳接Ul的14腳，U3的3腳接電源+5V ；溫度和溼度模擬量輸出電路C是由集成電路U4、U5A、U5B、U5C、U5D，三極體Q1、Q2，二極體 Dl、D2，電阻 R13-R30,電容 C9，接插件 J1-J3 組成，其中 U5A、U5B、U5C、U5D 是 4個運算放大器，集成電路U4是溫度傳感器，U4各腳的連接方式如下U4的1、2腳與Ul的
11、12腳連接，U4的4腳接插接件的2腳，8腳接電源+5V，7腳接插接件J2的2腳，6腳接電源+2V，5腳串電阻R16、R18、R21、R19、R17接插接件J2的I腳，放大器U5B管腳的連接方式是6腳串電阻R14、電容C9接電源+5V，5腳串電阻R13接插接件Jl的I腳；7腳串電阻R26接三極體Q2的基極，二極體Dl接U5B的7腳與三極體Q2的發射極，U5B的5腳還串接電阻R25接插接件J3的5腳，U5B的6腳還串電阻R15、R27接插接件J3的5腳；插接件J3的4腳接電阻R14和電容C9的連接點，插接件J3的2腳接放大器U5C的8腳，電阻 R29並接U5C的8腳、9腳之間，U5C的9腳還串電阻R28接電容ClO和電阻R6的連接點；放大器TOD的12腳接插接件J2的3腳，13腳串電阻R22接接電容ClO和電阻R6的連接點，電阻R23並接U5D的13腳與14腳之間；放大器U5A的3腳接電阻R17R19連接點，2腳接電阻R16、R18的連接點，4腳接電源+10V，11腳接地，I腳串電阻R20接三級管Ql的基極，I腳還串二極體D2接三極體Q2的發射極和電阻R18、R21的連接點，三極體Q2的集電極接電源+10V。插接件J1、J2用於進行下級電壓和電流方式的選擇，插接件J3與液晶顯示器連接輸出溫溼度數據。電流型溫溼度傳感器基本原理如下溫溼度傳感器是以51單片機即集成電路Ul為核心的一套檢測系統，基於51單片機對數位訊號的高敏感和可控性。根據現場監測範圍內的溫度、溼度的變化情況，實時的通過溫溼度感應模塊進行信號的採集並轉換成電信號，再運用單片機進行數據的分析和處理。電路包括信號採集、信號分析處理單元和信號輸出三個部分組成。I、信號採集主要由溫度感應電路和溼度感應電路組成；溼度感應探頭即溼敏電容C10，具有完全互換性，高可靠性和長期穩定性，響應時間快速的特點，適用於線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，溼敏電容在電路構成中等效於一個電容器件，其電容量隨著所測空氣溼度的增大而增大。集成電路U5由四個獨立的運算放大器U5A、U5B、U5C、TOD組成，利用溼敏電容ClO電容量隨著所測空氣溼度的變化電容值隨之變化，從而改變在電路中充電和放電的時間的特性，和集成電路U2、電阻R5-R14電容C7-C8構成振蕩電路，輸出頻率值，即將溼敏電容ClO的電容值變化量準確地轉變為51單片機接受的信號。溫度傳感器U4，超小的體積，超低的硬體開銷，抗幹擾能力強，精度高，附加能力強，溫度傳感器U4的溫度檢測數據輸出集中在一個晶片上直接傳送給51單片機U1，2、信號分析處理單元單片機處理單元和一些輔助電路組成；單片機處理單元即集成電路U1，將接收到的溫度感應模塊和溼度感應模塊傳送的數位訊號進行分析和運算，最終將高精度的數位訊號傳送給信號輸出電路C，避免了傳統的溫溼度傳感器的輸出精度主要靠電位器、可調電阻等校準，測量精度難以保證的缺點。輔助單元電路為復位電路和晶振電路，為其正常工作提供可靠的復位和時鐘。3、信號輸出D/A轉換電路、變送器及電流電壓保護電路、溫度和溼度模擬量的輸出電路組成；D/A轉換電路即以集成電路U3為核心，集成電路U3是一種帶有緩衝基準輸入的可編程雙路12位數模轉換晶片，輸出電壓範圍為基準電壓的兩倍，D/A轉換器接收用於 編程的16位字產生模擬輸出，變送器根據虛短虛斷的規律，將電壓信號最終轉化為電流信號經溫度和溼度模擬量的輸出電路輸出。
權利要求1.電流型溫溼度傳感器，其特徵在於，是由單片機處理單元A、溫溼度感應電路B、溫度和溼度模擬量輸出電路C組成，其中 單片機處理單元A由集成電路Ul構成，集成電路Ul的15腳接3. 3V電源，5腳接地，6、7腳接晶振JZ，4腳串接電阻R3接地；電容C4、C5串接在晶振JZ兩端，電容C4、C5的連接點接地； 溫溼度感應電路B由集成電路U2、U3、電阻R7-R14、電容C7、C8、C10組成，其中ClO是溼敏電容，即溼度感應探頭，R5 —端接電源+5V，另一端接U2的3腳，U2的3腳還分別串電阻R7接U2的2腳，串電阻R8接U2的5腳，串電阻RlO接U2的14腳和4腳，電阻R13與電阻RlO並接，電容C7、C8並接U2的3腳與9、12腳，電阻R9並接U2的5腳與9腳之間，電阻Rll並接U2的9腳與14腳之間，電阻R12並接U2的8腳與14腳之間，電容10並接U2的8腳與9腳之間，電阻R6並接U2的9腳與U3的I腳之間，U3的I腳接地，U3的2腳接Ul的14腳，U3的3腳接電源+5V ； 溫度和溼度模擬量輸出電路C是由集成電路U4、U5A、U5B、U5C、U5D，三極體Ql、Q2，二極體D1、D2，電阻R13-R30，電容C9，接插件J1-J3組成，其中U5A、U5B、U5C、TOD是4個運算放大器，集成電路U4是溫度傳感器，U4各腳的連接方式如下U4的1、2腳與Ul的11、12腳連接，U4的4腳接插接件的2腳，8腳接電源+5V，7腳接插接件J2的2腳，6腳接電源+2V，5腳串電阻R16、R18、R21、R19、R17接插接件J2的I腳，放大器U5B管腳的連接方式是6腳串電阻R14、電容C9接電源+5V，5腳串電阻R13接插接件Jl的I腳；7腳串電阻R26接三極體Q2的基極，二極體Dl接U5B的7腳與三極體Q2的發射極，U5B的5腳還串接電阻R25接插接件J3的5腳，U5B的6腳還串電阻Rl5、R27接插接件J3的5腳；插接件J3的4腳接電阻R14和電容C9的連接點，插接件J3的2腳接放大器U5C的8腳，電阻R29並接U5C的8腳、9腳之間，U5C的9腳還串電阻R28接電容ClO和電阻R6的連接點；放大器U5D的12腳接插接件J2的3腳，13腳串電阻R22接接電容ClO和電阻R6的連接點，電阻R23並接U5D的13腳與14腳之間；放大器U5A的3腳接電阻R17R19連接點，2腳接電阻R16、R18的連接點，4腳接電源+10V，11腳接地，I腳串電阻R20接三級管Ql的基極，I腳還串二極體D2接三極體Q2的發射極和電阻R18、R21的連接點，三極體Q2的集電極接電源+10V，插接件J1、J2用於進行下級電壓和電流方式的選擇，插接件J3與液晶顯示器連接輸出溫溼度數據。
專利摘要電流型溫溼度傳感器，其結構是由單片機處理單元A、溫溼度感應電路B、溫度和溼度模擬量輸出電路C組成，溫度監測元件和溼度監測元件分別將溫度值轉換為電阻值，將溼度值轉換為電容值，經低通濾波等模擬電路處理後送到AD轉換單元，AD轉換單元輸出的數字量溫度信號和溼度信號交給中央處理器；由撥碼開關搭建的溫度校準電路單元和溼度校準單元將數字量校準信號交給中央處理器；中央處理器將採集到的溫溼度值和校準值放入計算公式進行處理，包括數據有效性校驗、溫溼度自動補償、非線性補償等數位化運算；中央處理器將計算生產的溫溼度信號傳送給變送器，最終完成高精度溫溼度值的輸出。
文檔編號G01D21/02GK202420560SQ20122003264
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月2日 優先權日2012年2月2日
發明者丁成偉, 冷攀, 李軍, 趙雲, 高鶴 申請人:山東正晨科技有限公司