专利名称：二线制温湿度复合传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种二线制温湿度复合传感器、属于仪器仪表领域、涉及测量技术。
温度与湿度是常见的物理量，在许多部门，如各类仓库、纺织、造纸、食品、医药业及宾馆、实验室等地方都涉及到，有时要求同时检测温度和湿度。目前虽然有几种温湿度仪出现，但多为三线制，并存在着体积过大；只能现场使用；不能远距离传送并对温湿度集中监控等缺陷。
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种能远距离传送温、湿度参数，且便于与智能显示仪配套的二线制温湿度复合传感器。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的它由测量电桥及放大器、电压／频率转换器、频率／电流转换器及与转换器相接的T型触发器构成。
传感器通过温敏二极管和湿敏电容测得温湿度信号，分别经放大，转换，产生频率明显差异的电流脉冲信号。当二信号电流脉冲进入T型触发器后，因T型触发器具有二选一电路功能，使传感器能用二线制来获得温湿度信号。同时，传感器与单片机构成的智能显示仪配合使用实现软补偿，软线性化和软校准，比较现有技术，本实用新型具有以下特点1.采用二线制。只需使用二根导线，即可完成电源输入与温、湿度信号输出。
2.输出温，湿度频率信号，能远距离传送，且适于集中控制
3.传感器能与单片机构成的智能显示仪配合，实现智能软校准、软补偿和软线性化。
4.体积小，灵敏度高，用途广泛。
图1.本实用新型外观图。
图2.本实用新型原理框图。
图3.本实用新型的电路图。
图4.智能显示仪硬件电路图。
图5.智能处理程序图。
图6.湿敏电容温度特性。
图7.湿度校准表。
下面参照附图，对本实用新型及其使用方法作进一步的描述首先参照图1，本实用新型的敏感元件1暴露于机壳2外，前置防护罩3可防止测量时损坏敏感元件1；其它处理电路元器件4用仿厚膜电路工艺集成固化；尾罩5盖于机壳2尾部；另外在尾部还设有信号及电源线端子6。
参照图2，图3，虚线框中IC1的基本功能是电压／频率转换器，利用二个输入放大器，拾取温湿度信号。
由PN结温敏二极管Dt与电阻R3、R4、R5组成测量电桥。电阻R3和R4一端与电源连接，另一端分别与Dt和R5相连接。Dt和R5另一端与地端接在一起；R3和Dt结点经R6连接放大器A2的反相端；R4和R5的结点连接A2的同相端；R10，C1R8和A3的反相端连接在一起，R7，R9和A3的同相端连接在一起；C1另一端与放大器A3输出端相连并接放大器A4反相输入端，电阻R11，R12，R13和放大器A4的同相端连接在一起，电阻R11另一端接电源，R12另一端接地，R13另一端与A4的输出端、R14和R16连接，R14另一端接地，R16另一端与三极管T基极相连接，三极管T发射极接地，集电极与R8、D1相接，D1另一端与T型触发器Q相连。
湿敏电容CRH，电阻Rf8与放大器A1反相端连接，Rf8另一端与A1输出端及R1连接，R1另一端与A1同相端及R2、R15和D2连接，R2另一端接地，R15另一端接电源，D2另一端与T型触发器 相连接。A1和CRH，R1，R2，Rf1组成一个自激多谐振荡器。
虚线框中IC2是一个T触发器，D端和 端，R19相连，R19另一端与R17、D4阴极、D3阳极相连接电源，D3阴极与C2，D触发器的电源端相连，C2另一端接地。R17另一端和D4阳极，R18相连并接D触发器的CP端，R18另一端接地。
工作时，温敏二极管Dt与R3、R4、R5组成的测量电桥拾取了Dt的－2.4mv／℃温度信号后，经A2反相放大送电压／频率转换器，再经频率／电流转换为电流脉冲含于电源中；湿敏电容CRH和R1，R2，Rf1，A1组成的自激多谐振荡器将湿度信号经频率／电流转换为电流脉冲信号也含于电源中。其频率F=12Rf 1CRHIn(1 +2R2R1)]]>此时二者频率差异明显，(温度频率1500～3000HZ，湿度信号频率23KHZ～25KHZ)，二频率不同的信号送入由D触发器D和 相连构成的T型触发器。T型触发器Q＝1，使温度信号通道的电压频率转换电路正常工作，而湿敏电容组成的多谐振荡器停振；电源中电流脉冲为温度信号。反之 ＝1，湿敏电容组成的多谐振荡器正常工作，而温度通道中的电压频率转换电路停止工作，电源中电流脉冲为湿度信号。由此使传感器用二线制来测得温度，湿度信号。
传感器可进行外部硬偏程。当输出温频信号时，T端子接电源(5V)，H端子接GND；当输出湿频信号时，H端子接GND，H端接电源(5V)。
本实用新型还可与智能温湿仪相配使用，参照图4；智能显示仪中的集成电路全部采用CMOS蕊片，由80C31和373，27C64组成了单片机最小系统。其数据地址总线上的15K×8下拉电阻可防止程序走飞，液晶显示所需之交流方波信号由80C31的定时器T0兼任产生。显示管的驱动采用P2口线性选址。K2是智能显示仪的功能选择开关，它置于“T”时，显示温度值，置于“H”时，显示湿度值，置于“ALT”时，则交替显示温湿度值。
由复合传感器送来的电流脉冲信号I，经T1、T2放大整形后，转换为标准TTL信号，送80C31的T1脚接收。以后的智能处理程序分二个摸块来设计，见图4所示程序框图。
在主程序中，80C31仅在电源开启时，进行一次性“初始化”和“将湿度标准数据表中各频率值转换为周期值”以后便由指令ORL PCON，＃01H将80C31置为闲置，从而使80C31的工作电流降到500μA左右，直到发生T0中断时80C31才苏醒工作。在初始化中，T1被置为计数器，它不停地、自动地对输入脉冲I进行计数，即使80C31被置为闲置时，仍然计数。T0被置为10ms一次中断的定时器。它的主要功能是①测频计数自初始化后，T1计数器就一直在自动地不停地对输入脉冲I进行累加计数。当T0中断100次时，也即1秒末最后一次中断将T1计数值取出送存到代表ft(或fh)的RAM单元，就完成了对脉冲频率ft(或fh)采集可供以下计算使用。
②温、湿度补偿与计算由于湿敏电容受温度的影响比较显著，见图6所示。如不采用智能补偿，是难以得到准确结果的。为此须先在程序数据区建立一张湿度校准数据表，如图7所示，其制作方法如下设ti(i＝1，…k)为k个感兴趣的环境温度(t1＜t2＜…tk)在每一环境温度下测试n组传感器的输入(即被测空气湿度RHij)和对应输出电流频率值fij。将实验得到的这2kn个数据，按图7所示格式写入程序数据区就构成了一张湿度标准数据表在初始化程序中，该表第二列所有fij值被转换成脉宽Tij值，以便补偿计算。
参见图5T0中断程序框图，每当“1秒时间到”，进入“湿度处理”时，程序首先根据此时“T1计数值”来判断输入信号是否真为湿度频率，(f≥12kHz，则确认为湿频)，确认后才将频率值转换为脉冲周期Th来反映湿度值。为了进行温度补偿，程序首先根据上一秒采集的环境温度tx，在图7表中寻找最接近tx的“温度段ti”，从而在该ti值的旁边(双字节单元内)找到该温度段下的湿敏电容静特性首址。再根据当前采集转换得到的脉冲周期Th，即可在此静特性首址下找到与Th相邻近的二个已知参数点Tij－1和Tij以及它们相应的湿度值hij－1和hij值，从而得到Th所在湿度直线段的二个端点座标(hij－1，Tij－1)和(hij，Tij)，根据两点式直线方程，立即得到线性插值。
公式为hx=(Th- Ti j - 1)(hi j- hi j - 1)Ti j- Ti j- 1+ hi j - 1]]>众所周知，线性插值公式本身，就可以对各类传感器的静态，非线性进行“线性化”。同时，该程序由于在“线性化”之前进行了“根据环境温度tx寻找该温度下的具体湿敏电容特性”的工作，从而同时也就实现了“温度对湿度的软补偿”。此外，由于上式中的斜率
K=hi j- hi j - 1Ti j- Ti j - 1]]>是软件自动根据数据表中查到的参数计算求出的，它构成了传感器总增益的一部分，由此自动完成了二次表的标度变换。所以不再需要对传感器硬件增益进行调整，从而实现了所谓“一次性软校准”。
权利要求1.一种二线制温湿度复合传感器，至少包括机壳2、尾罩5、防护罩3及温敏二极管Dt电阻R3、R4、R5组成的测量电桥，湿敏电容CRH电阻Rf1，R1，R2和放大器A1组成的自激多谐振荡器及T触发器，其特征在于a)电阻R3和R4一端与电源连接，另一端分别与温敏二极管Dt和电阻R5相连接，温敏二极管Dt和电阻R5另一端与地端相接；电阻R3和温敏二极管Dt结点经R6连接放大器A2的反相端；电阻R4，R5的结点接放大器A2的同相端；电阻R10，R8电容C1和放大器A3的反相端连在一起，电阻R7，R9和放大器A3的同相端连接在一起；C1另一端与放大器A3输出端相连并接放大器A4反相输入端，电阻R11，R12，R13和放大器A4的同相端连接在一起，电阻R11另一端接电源，电阻R12另一端接地，电阻R13另一端与放大器A4的输出端、电阻R14和R16连接，电阻R14另一端接地，电阻R16另一端与三极管基极相连接，三极管发射极接地，集电极与电阻R8、二极管D1相接，二极管D1另一端与T型触发器Q相连；b)湿敏电容CRH，电阻Rf1与放大器A1反相端连接，Rf1另一端与放大器A1输出端及电阻R1连接，电阻R1另一端与A1同相端及电阻R2、R15和二极管D2连接，电阻R2另一端接地，电阻R15另一端接电源，二极管D2另一端与T型触发器 相连接；c)触发器D和 与电阻R19相连，电阻R19另一端与电阻R17，二极管D4阴极、D3阳极相连接电源，二极管D3阴极与电容C2，D触发器的电源端相连，电容C2另一端接地；电阻R17另一端和二极管D4阳极、电阻R18相连并接D触发器的CP端，电阻R18另一端接地。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征还在于在机壳2前端安置防护置3，温敏二极管Dt和湿敏电容CRH二敏感元件1置于其内。
专利摘要本实用新型是一种二线制温湿度复合传感器。它采用二线制，多通道调制技术，其输出频率信号能远距离传送，且适于集中控制，同时还可配合单片机构成的二次仪表实施智能软校准；软补偿和软线性化。
文档编号G01K7/02GK2211067SQ94248018
公开日1995年10月25日 申请日期1994年12月15日 优先权日1994年12月15日
发明者谢森, 李振华 申请人:上海大学