温湿度记录仪的制作方法

本实用新型属于温、湿度检测技术领域，具体涉及一种用于检测并记录空气温度与湿度的温湿度记录仪。

背景技术：

随着社会的不断发展，人们对温度和湿度检测的要求也越来越高，特别是在一些医药用品的运输和储存中，对温度和湿度的把关十分重要。温度测量最传统的方法是使用水银温度计，而水银温度计由于反应缓慢，精度不够等问题难以满足监测温度的要求，湿度测量则没有简单有效的方法。目前市面上精度高的温湿度检测设备价格普遍较高，产品体积也较大，不易安装，不适合大范围推广。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于检测并记录空气温度与湿度的温湿度记录仪。

本实用新型包括USB通讯模块、湿度采集模块、温度采集模块、报警模块、数据记录模块和单片机。所述的湿度采集模块通过湿度传感器将湿度值转化为电压信号传输给单片机。所述的温度采集模块通过热敏电阻将温度值转化为电压信号传输给单片机。所述的报警模块由单片机控制，在温度或者湿度过高时，通过蜂鸣器发出报警音。所述的数据记录模块用于记录和存储温、湿度数据。所述的USB通讯模块通过通讯芯片接收单片机传来的温、湿度信号，并发送给PC机。

所述的湿度采集模块包括湿度传感器；湿度传感器的SDA管脚接单片机的双向数据管脚及第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接3.3V电压；湿度传感器的SCL管脚接单片机的时钟输入管脚及第二电阻R2的一端；第二电阻R2的另一端接3.3V电压。湿度传感器的ADDR、R和VSS管脚均与第一电容C1的一端相连并接地；第一电容C1的另一端接湿度传感器的nRE、VCC管脚及3.3V电压。

所述的温度采集模块包括四芯插座和热敏电阻；所述四芯插座的第一接线端与弹片一端固定，第二接线端与弹片另一端接触；四芯插座的第一接线端接地，第二接线端接热敏电阻的一端；热敏电阻的另一端接第三电阻R3、第四电阻R4的一端及四芯插座的第四接线端。第三电阻R3的另一端接2.5V电压；第四电阻R4的另一端接单片机的第一普通管脚及第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端接地。

所述的报警模块包括蜂鸣器，所述的蜂鸣器为有源蜂鸣器。蜂鸣器的正极接第一二极管D1的负极及3.3V电压，蜂鸣器的负极接第一二极管D1的正极及三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极接第五电阻R5的一端；第五电阻R5的另一端接单片机的第二普通管脚；三极管Q1的发射极接地。

所述的数据记录模块包括存储芯片，存储芯片采用24AA512存储芯片。存储芯片的A0、A1、A2、VSS及WP管脚均接地。存储芯片的SDA管脚接单片机的第三普通管脚及第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端接3.3V电压。存储芯片的SCL管脚接单片机的第四普通管脚及第六电阻R6的一端；存储芯片的VCC管脚接第六电阻R6的另一端、第三电容C3的一端及3.3V电压；第三电容C3的另一端接地。

所述的USB通讯模块包括通讯芯片和USB插座，通讯芯片的型号为CP2102；USB插座为USB-Micro插槽。通讯芯片的DTR管脚经过第十一电阻R11接地。通讯芯片的DSR管脚经过第十二电阻R12接地。通讯芯片的TXD管脚经过第十三电阻R13与单片机的USART通讯接收管脚相连；通讯芯片的RXD管脚经过第十四电阻R14与单片机的USART通讯发送管脚相连；通讯芯片的反向暂停管脚经过第八电阻R8接地。通讯芯片的反向复位管脚接第九电阻R9的一端；第九电阻R9的另一端接第六电容C6、第十五电阻R15、第十六电阻R16的一端、通讯芯片的VDD管脚及第四二极管D4的正极；第六电容C6的另一端接地；第十五电阻R15的另一端接第五电容C5的一端并接地；第十六电阻R16的另一端接第五电容C5的另一端及单片机的第五普通管脚；第四二极管D4的负极接3.3V电压。通讯芯片的VBU及REGIN管脚均接第七电容C7的一端、USB插座的VCC端及5V电压；第七电容C7的另一端接地。通讯芯片的D-管脚接USB插座的V-端及第三二极管D3的正极；通讯芯片的D+管脚接USB插座的V+端及第二二极管D2的正极；第二二极管D2及第三二极管D3的负极均接5V电压；USB插座的GND端及金属壳均接地。通讯芯片的GND管脚接地，DCD管脚经过第十电阻R10接地。

所述的单片机采用STM8系列单片机，单片机的VSS1、VSS2、VSS3及VSSA管脚均接地，单片机的VDD1、VDD2、VDD3、VDDA、VREF+及VLCD管脚均接第四电容C4的一端及3.3V电压；第四电容C4的另一端接地。

所述的湿度传感器采用SHT30温湿度传感器。

所述的热敏电阻采用NTC100K热敏电阻。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型结构简单，操作方便且实用性强。

2、本实用新型能够同时检测并记录空气的温度和湿度。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型中单片机的示意图；

图3为本实用新型中湿度采集模块的电路原理图；

图4为本实用新型中温度采集模块的电路原理图；

图5为本实用新型中报警模块的电路原理图；

图6为本实用新型中数据记录模块的电路原理图；

图7为本实用新型中USB通讯模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，温湿度记录仪，包括USB通讯模块1、湿度采集模块2、温度采集模块3、报警模块4、数据记录模块5和单片机6。湿度采集模块2通过湿度传感器将湿度值转化为电压信号传输给单片机6。温度采集模块3通过热敏电阻将温度值转化为电压信号传输给单片机6。报警模块4由单片机6控制，在温度或者湿度过高时，通过蜂鸣器发出报警音。数据记录模块5用于记录和存储温、湿度数据。USB通讯模块1接收经单片机6处理的温、湿度信号，并发送给PC机。

如图2所示，单片机6采用STM8系列单片机，单片机6的VSS1、VSS2、VSS3及VSSA管脚均接地，单片机6的VDD1、VDD2、VDD3、VDDA、VREF+及VLCD管脚均接第四电容C4的一端及3.3V电压；第四电容C4的另一端接地。

如图3所示，湿度采集模块2包括湿度传感器U1，湿度传感器U1采用SHT30温湿度传感器。湿度传感器U1的SDA管脚接单片机6的SDA管脚及第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接3.3V电压；湿度传感器U1的SCL管脚接单片机6的SCL管脚及第二电阻R2的一端；第二电阻R2的另一端接3.3V电压。湿度传感器U1的ADDR、R和VSS管脚均与第一电容C1的一端相连并接地；第一电容C1的另一端接湿度传感器U1的nRE、VCC管脚及3.3V电压。

如图4所示，温度采集模块3包括四芯插座J1和热敏电阻Rt，热敏电阻Rt采用NTC100K热敏电阻。四芯插座J1的第一接线端与弹片一端固定，第二接线端与弹片另一端接触；四芯插座J1的第一接线端接地，第二接线端接热敏电阻Rt的一端；热敏电阻Rt的另一端接第三电阻R3、第四电阻R4的一端及四芯插座的第四接线端。第三电阻R3的另一端接2.5V电压；第四电阻R4的另一端接单片机6的PC7管脚及第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端接地。

如图5所示，报警模块4包括蜂鸣器Sp1，蜂鸣器Sp1为有源蜂鸣器。蜂鸣器Sp1的正极接第一二极管D1的负极及3.3V电压，蜂鸣器Sp1的负极接第一二极管D1的正极及三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极接第五电阻R5的一端；第五电阻R5的另一端接单片机6的PC4管脚；三极管Q1的发射极接地。

如图6所示，数据记录模块5包括存储芯片U2，存储芯片U2采用24AA512存储芯片。存储芯片U2的A0、A1、A2、VSS及WP管脚均接地。存储芯片U2的SDA管脚接单片机6的PG2管脚及第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端接3.3V电压。存储芯片U2的SCL管脚接单片机6的PG3管脚及第六电阻R6的一端；存储芯片U2的VCC管脚接第六电阻R6的另一端、第三电容C3的一端及3.3V电压；第三电容C3的另一端接地。

如图7所示，USB通讯模块1包括通讯芯片U4和USB插座J5，通讯芯片U4的型号为CP2102；USB插座J5为USB-Micro插槽。通讯芯片U4的DTR管脚经过第十一电阻R11接地。通讯芯片U4的DSR管脚经过第十二电阻R12接地。通讯芯片U4的TXD管脚经过第十三电阻R13与单片机6的RX管脚相连；通讯芯片U4的RXD管脚经过第十四电阻R14与单片机6的TX管脚相连；通讯芯片U4的SU1管脚经过第八电阻R8接地。通讯芯片U4的RST1管脚接第九电阻R9的一端；第九电阻R9的另一端接第六电容C6、第十五电阻R15、第十六电阻R16的一端、通讯芯片U4的VDD管脚及第四二极管D4的正极；第六电容C6的另一端接地；第十五电阻R15的另一端接第五电容C5的一端并接地；第十六电阻R16的另一端接第五电容C5的另一端及单片机6的PB1管脚；第四二极管D4的负极接3.3V电压。通讯芯片U4的VBU及REGIN管脚均接第七电容C7的一端、USB插座J5的VCC端及5V电压；第七电容C7的另一端接地。通讯芯片U4的D-管脚接USB插座J5的V-端及第三二极管D3的正极；通讯芯片U4的D+管脚接USB插座J5的V+端及第二二极管D2的正极；第二二极管D2及第三二极管D3的负极均接5V电压；USB插座J5的GND端及金属壳均接地。通讯芯片U4的GND管脚接地，DCD管脚经过第十电阻R10接地。

本实用新型所使用的热敏电阻的检测范围为-40～85℃，精度为±0.5℃。该热敏电阻在温度为25℃时，阻值为100K，若温度上升，则热敏电阻阻值下降；若温度下降，则热敏电阻阻值上升。阻值和温度的对应关系通过NTC100K的阻值表查出。

本实用新型所使用的湿度传感器接收到单片机发送的指令后向单片机以数字信号的形式发送测量到的湿度值。湿度传感器与单片机通过I2C方式进行通讯。

本实用新型的工作原理如下：

温度采集模块3的工作原理如下：温度采集模块具有两种工作方式。若四芯插座J1上未插入了外置温度传感器，温度传感器Rt一端接地，另一端接第三电阻R3及第四电阻R4的一端，传输到单片机的电压U＝V_REF(R_T/(R₄+R_T)),其中R_T为温度传感器Rt这一时刻的阻值，V_REF为基准电压2.5V，R₄为第四电阻R4的阻值。若四芯插座J1上插入了外接温度传感器，则四芯插座J1内第一接线端和第二接线端之间的弹片断开，温度传感器Rt的接地端与地断开。传输到单片机的电压U＝V_REF(R_T1/(R₄+R_T1)),其中R_T1为外置温度传感器这一时刻的阻值。根据传输到单片机6的电压U，单片机6计算出温度传感器Rt或外置温度传感器的当前电阻值，再通过NTC100K电阻温度值对应表查出当前的温度值。

报警模块4的工作原理如下：当单片机的PC4管脚置高电平时，三极管Q1的发射极与集电极导通，蜂鸣器Sp1发出声音；当单片机的PC4管脚置低电平时，三极管Q1的发射极与集电极断开，蜂鸣器Sp1不发出声音。

数据记录模块5的工作原理如下：数据记录模块存储数据时，单片机6通过I2C通讯的方式向存储芯片U2发送记录指令和温、湿度数据。存储芯片U2将单片机6发送来的温、湿度数据记录下来。单片机6读取数据记录模块内数据时，单片机6向存储芯片U2发送读取指令，存储芯片U2将自身存储的数据发送给单片机。