專利名稱：網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及溫濕度測(cè)量技術(shù)，為一種網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多采用熱敏電阻作為傳感器，采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)專用調(diào)理電路調(diào) 理，經(jīng)濾波轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)后才能由微處理器進(jìn)行處理，故存在可靠性差、成本高、精度 低等諸多缺點(diǎn)；而傳統(tǒng)濕度檢測(cè)則是干濕球法、露點(diǎn)法、電解法到各種電濕度測(cè)量方法再到 吸收光譜法。傳統(tǒng)的模擬式溫濕度傳感變送器一般不僅需要設(shè)計(jì)必要的信號(hào)調(diào)理電路、輔 助濾波電路，還要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，否則其測(cè)量準(zhǔn)確度難以保證。 早期的溫濕度采集采用的是常規(guī)的熱敏、濕敏器件，經(jīng)非線性校正、濾波后采樣， 實(shí)現(xiàn)了常溫環(huán)境下熱敏、濕敏器件與溫度、濕度的曲線擬合，但外圍電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、無(wú)法滿 足精確性與可靠性要求。 總之，傳統(tǒng)溫濕度傳感變送器存在電路復(fù)雜、測(cè)量精度不高的缺點(diǎn)；而且它側(cè)重單 個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量，網(wǎng)絡(luò)化水平不高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在寬溫度范圍內(nèi)同時(shí)具有溫濕度的 精確測(cè)量與網(wǎng)絡(luò)接入能力的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器。 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下 網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，包括單片機(jī)、溫濕度傳感器、串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器、隔離
422收發(fā)器、穩(wěn)壓電源電路、網(wǎng)絡(luò)變壓器、監(jiān)控復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，其中 溫濕度傳感器的輸出通過(guò)I2C總線連接單片機(jī)的I/O 口 ， 單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變壓器連接到以太網(wǎng)， 單片機(jī)的串口通訊信號(hào)連接到隔離422收發(fā)器， 串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器連接到單片機(jī)的I/O 口， 監(jiān)控復(fù)位電路與時(shí)鐘電路分別與單片機(jī)連接， 穩(wěn)壓電源電路連接單片機(jī)并向其提供電源。 所述單片機(jī)采用Microchip的網(wǎng)絡(luò)化單片機(jī)PIC18F97J60。 所述溫濕度傳感器采用SHT11集成一體化傳感器。 所述串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器型號(hào)為CAT93C46。 所述隔離422收發(fā)器采用ADM2490。 所述穩(wěn)壓電源電路采用MIC37501器件。 本實(shí)用新型的積極效果是本實(shí)用新型可在寬溫度范圍內(nèi)同時(shí)具有溫濕度的精確 測(cè)量與網(wǎng)絡(luò)接入能力，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心可以構(gòu)成規(guī)?？刹眉?的區(qū)域環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，既可用于軍事領(lǐng)域，也可用于民用環(huán)境與家居、建筑等場(chǎng)合。 單個(gè)網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器結(jié)構(gòu)緊湊，并且具有抗干擾強(qiáng)以及低功耗的特性。
圖1是本實(shí)用新型的原理方框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器包括單片機(jī)1、溫濕度傳感器2、串行可改寫(xiě)
存儲(chǔ)器3、隔離422收發(fā)器4、穩(wěn)壓電源電路5、網(wǎng)絡(luò)變壓器6、監(jiān)控復(fù)位電路7、時(shí)鐘電路8。 所述單片機(jī)采用Microchip的網(wǎng)絡(luò)化單片機(jī)PIC18F97J60。 所述溫濕度傳感器采用SHT11集成一體化傳感器。 所述串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器型號(hào)為CAT93C46。 所述隔離422收發(fā)器采用ADM2490。 所述穩(wěn)壓電源電路采用MIC37501器件。 網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器的溫濕度傳感器2采用SHT11集成一體化傳感器。SHT11 將溫濕度檢測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換等功能集成到一個(gè)芯片上，無(wú)需外部模擬電子電路，可直 接被單片機(jī)1訪問(wèn)，其溫濕度、供電、電容偏差及剩余電流等變化都不影響精度，并且即使 器件本身被浸濕也不會(huì)失靈或出現(xiàn)誤差。因此，本實(shí)用新型采用該芯片作為溫濕度檢測(cè)裝 置。SHT11輸出的溫濕度檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)I2C總線送到單片機(jī)1的I/O 口，由單片機(jī)1 軟件讀取并處理。單片機(jī)1的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)連接到網(wǎng)絡(luò)變壓器6的初級(jí)端，然后連接到以 太網(wǎng)。單片機(jī)1的串口通訊信號(hào)連接到隔離422收發(fā)器4，經(jīng)過(guò)隔離422收發(fā)器將TTL電平 的串口通訊信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電平的串口通訊信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。串行可改寫(xiě)存儲(chǔ) 器3連接到單片機(jī)1的I/O 口 ，由單片機(jī)1軟件對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)，該存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)溫濕 度、修正參數(shù)等數(shù)據(jù)。隔離422收發(fā)器4(ADM2490)能夠很好的隔離外界和內(nèi)部單片機(jī)系統(tǒng) 的互相干擾，具有很好的電磁兼容性能，可以適用環(huán)境惡劣的電磁環(huán)境中。網(wǎng)絡(luò)變壓器6是 把差分信號(hào)通過(guò)差模耦合線圈進(jìn)行耦合濾波，并經(jīng)過(guò)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換耦合到不同電平的連接 網(wǎng)線上。它的作用一是增強(qiáng)信號(hào)，使信號(hào)傳輸距離更遠(yuǎn)；二是使網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器 與外部隔離，增強(qiáng)抗干擾能力，對(duì)本設(shè)備有一定的防雷保護(hù)作用；三是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感 變送器接到不同電平的網(wǎng)口時(shí)，可以防止不同電壓通過(guò)網(wǎng)線傳輸損壞本設(shè)備。監(jiān)控復(fù)位電 路7由IMP810L監(jiān)控復(fù)位芯片、電阻構(gòu)成，它的作用一是給單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī) 在上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位或死機(jī)時(shí)人工復(fù)位，開(kāi)始執(zhí)行程序；二是監(jiān)控供電電壓，當(dāng)電壓跌落后恢 復(fù)時(shí)使系統(tǒng)可靠復(fù)位、重新運(yùn)行，避免系統(tǒng)鎖死不能恢復(fù)。時(shí)鐘電路8由晶體、電容構(gòu)成，它 的作用是給單片機(jī)提供必要的時(shí)鐘信號(hào)，使單片機(jī)能夠正常的工作。 使用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器可以構(gòu)成以太網(wǎng)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，這種檢測(cè)系 統(tǒng)可以是本地近距離的，也可以是遠(yuǎn)距離大范圍的監(jiān)控。分布在檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的網(wǎng) 絡(luò)化溫濕度傳感變送器，將檢測(cè)到的溫濕度信息通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心對(duì) 這些溫濕度信息分析處理之后，進(jìn)行顯示報(bào)警和環(huán)境設(shè)備控制。 在網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器的嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了 TCP/IP協(xié)議棧，主要采用以 太網(wǎng)IEEE802. 3、IP、ARP等協(xié)議作為通信協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)控制器完成。在數(shù)據(jù)發(fā) 送前，首先要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議封裝。具體做法是首先對(duì)原始數(shù)據(jù)添加TCP頭，包括源端口、目的端口、 TCP數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和校驗(yàn)和四個(gè)字段；然后再添加IP頭，包括源IP地址、目 的IP地址、IP數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、校驗(yàn)和等100字段；最后封裝以太網(wǎng)IEEE802. 3幀，包括目的MAC 地址、源MAC地址和以太網(wǎng)幀總長(zhǎng)度。其中，源MAC地址為本地物理地址，在初始化時(shí)設(shè)定。 而IEEE802. 3幀結(jié)構(gòu)中的CRC校驗(yàn)由以太網(wǎng)硬件自動(dòng)完成。至此，成功地構(gòu)造了一個(gè)完整 的TCP數(shù)據(jù)包，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)包，主處理器對(duì)其進(jìn)行拆解，將解包 得到的IP地址與本地IP地址相比較，同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)和驗(yàn)證，如果IP —致，則接收該數(shù)據(jù) 包，否則丟棄它；如果校驗(yàn)和不正確，則表示數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中發(fā)生差錯(cuò)，丟棄該數(shù)據(jù)包，但 不產(chǎn)生差錯(cuò)報(bào)文，由應(yīng)用層發(fā)現(xiàn)丟失的數(shù)據(jù)包并請(qǐng)求重傳。 本實(shí)用新型采用Microchip公司生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化單片機(jī)PIC18F97J60，將高端8位單 片機(jī)與完整的以太網(wǎng)控制器集成在一起，以實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感變送器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化。 Microchip公司的網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)器件PIC18F97J60具有嵌入式以太網(wǎng)控制器模塊。 采用高度集成化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)訪問(wèn)控制(Media Access Control，MAC)和物理層收發(fā)器 (Physical Layer Transceiver, PHY)，使用網(wǎng)絡(luò)變壓器和一些無(wú)源元件將單片機(jī)直接與以 太網(wǎng)相連。以太網(wǎng)模塊符合IEEE 802. 3中所有關(guān)于雙絞線網(wǎng)絡(luò)10Base2T連接的規(guī)定。它 在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包過(guò)濾機(jī)制，用于限制傳入的數(shù)據(jù)包。并提供一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞 吐的內(nèi)置DMA模塊，以及硬件IP校驗(yàn)和計(jì)算；另外還提供3個(gè)用于顯示電源和網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的 指示燈輸出。 本實(shí)用新型的性能參數(shù)如下 1、寬溫度濕度測(cè)量范圍溫度測(cè)量范圍_40°C +851:，濕度測(cè)量范圍0 100% RH ; 2、溫度測(cè)量精度所測(cè)溫度精度在25"時(shí)為±0. 5t:，在0到4(TC為±0.9°C。響
應(yīng)時(shí)間《20秒，分辨率為o. ore ; 3、濕度測(cè)量精度所測(cè)濕度精度在20%到80% RH時(shí)為±3. 5% RH。響應(yīng)時(shí)間 《4秒。分辨率為0. 03% RH ; 4、網(wǎng)絡(luò)化接入具備以太網(wǎng)通信、RS-422點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信以及RS-485總線通信功能； 可構(gòu)成遠(yuǎn)程局域溫濕度監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)； 5、微型化外形長(zhǎng)X寬X高=78mmX55mmX17mm。 本實(shí)用新型既可用于溫度濕度測(cè)量、也可用于露點(diǎn)測(cè)量。 在軍事方面，可用作軍事地面方艙與指揮室、車輛及有人駕駛飛機(jī)機(jī)艙的溫濕度 檢測(cè)，尤其是軍用地面雷達(dá)電子方艙、天線轉(zhuǎn)臺(tái)腔體、天線陣面環(huán)境的溫濕度檢測(cè)中。在民 用方面，可作為中央空調(diào)、汽車、醫(yī)療測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備與場(chǎng)所、精密控制現(xiàn)場(chǎng)、建筑物內(nèi)部等 場(chǎng)合的溫濕度監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，包括單片機(jī)(1)、溫濕度傳感器(2)、串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器(3)、隔離422收發(fā)器(4)、穩(wěn)壓電源電路(5)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(6)、監(jiān)控復(fù)位電路(7)、時(shí)鐘電路(8)，其特征在于溫濕度傳感器(2)的輸出通過(guò)I2C總線連接單片機(jī)(1)的I/O口，單片機(jī)(1)的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變壓器(6)連接到以太網(wǎng)，單片機(jī)(1)的串口通訊信號(hào)連接到隔離422收發(fā)器(4)，串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器(3)連接到單片機(jī)(1)的I/O口，監(jiān)控復(fù)位電路(7)與時(shí)鐘電路(8)分別與單片機(jī)連接，穩(wěn)壓電源電路(5)連接單片機(jī)(1)并向其提供電源。
2. 如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，其特征在于所述單片機(jī)(1)采用 Microchip的網(wǎng)絡(luò)化單片機(jī)PIC18F97J60。
3. 如權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，其特征在于所述溫濕度傳感器(2) 采用SHT11集成一體化傳感器。
4. 如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，其特征在于所述串行可改寫(xiě)存儲(chǔ) 器(3)型號(hào)為CAT93C46。
5. 如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，其特征在于所述隔離422收發(fā)器(4) 采用ADM2490。
6. 如權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，其特征在于所述穩(wěn)壓電源電路(5) 采用MIC37501器件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及溫濕度檢測(cè)領(lǐng)域，為一種網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，包括單片機(jī)、溫濕度傳感器、串行可改寫(xiě)存儲(chǔ)器、隔離422收發(fā)器、穩(wěn)壓電源電路、網(wǎng)絡(luò)變壓器、監(jiān)控復(fù)位電路、時(shí)鐘電路。它克服了現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量精度不夠、無(wú)網(wǎng)絡(luò)接入能力的缺陷，是一種在寬溫度范圍內(nèi)同時(shí)具有溫濕度的精確測(cè)量與網(wǎng)絡(luò)接入能力的網(wǎng)絡(luò)化溫濕度傳感變送器，既可用于軍事領(lǐng)域，也可用于民用環(huán)境與家居、建筑等場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01K1/02GK201476884SQ200920186958
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者楊志謙, 蘇桂芝, 譚劍波, 邵威, 黃翌 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所