一种温室大棚用空气温湿度传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种温室大棚用空气温湿度传感器，包括采用X86架构的数据处理装置，数据处理装置连接有电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头、湿度传感器、数据存储装置及数据通讯装置；电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头和湿度传感器集成为一个整体传感设备；湿度传感器包括衬底和设置于衬底上方的叉指正电极、叉指负电极；叉指正电极和叉指负电极的表面覆盖有感湿介质，叉指负电极与衬底之间设有空腔，感湿介质与叉指正电极、叉指负电极之间设有构成检测电容的空气层。本实用新型结合了温度传感器和湿度传感器，能够辨识自身的故障，快速、准确地探测温室大棚的空气温湿度。
【专利说明】
一种温室大棚用空气温湿度传感器
技术领域
[0001]本实用新型属于农业科学技术领域，尤其涉及一种空气温湿度传感器。
【背景技术】
[0002]湿度测量在工业和农业以及人们的日常生活中上有着广泛的应用，也是研究气象状况不可缺少的一个因素。湿度传感器作为湿度测量系统的重要组成部分，已经发展了很多年。目前，主要的电容式湿度传感器有两种，一种是叉指电容式湿度传感器，常用的叉指电容式湿度传感器通过表面加工工艺形成，其敏感电容较小，且寄生电容大，不利于测量，另一种是三明治结构的湿度传感器，这种传感器将感湿材料置于敏感电容极板之间作为感湿介质，虽然灵敏度高，寄生电容小，但是响应速度慢。
[0003]而常规温度传感器无法辨识自身的故障，比如传感器本身的老化导致的信号漂移，安装位置不当导致的采温偏差，而依赖人工进行排查极难，需要逐个与校准过的传感器进行比对。因此温度传感器的更新周期往往都很短，这带来了大量的维护投入，给运营管理者带来诸多不便。
【实用新型内容】
[0004]鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种温室大棚用空气温湿度传感器，结合了温度传感器和湿度传感器，能够快速、准确地探测温室大棚的空气温、湿度。
[0005]本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]—种温室大棚用空气温湿度传感器，包括采用X86架构的数据处理装置，数据处理装置连接有电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头、湿度传感器、数据存储装置及数据通讯装置；电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头和湿度传感器集成为一个整体传感设备;数据通讯装置通信连接有无线智能网关，数据处理装置通过无线智能网关通信连接有终端的电脑和移动设备;湿度传感器包括衬底和设置于衬底上方的叉指正电极、叉指负电极;叉指正电极和叉指负电极的表面覆盖有感湿介质，叉指负电极与衬底之间设有空腔，感湿介质与叉指正电极、叉指负电极之间设有构成检测电容的空气间隙。
[0007]进一步的，所述的热偶式温度采样探头、电阻式温度采样探头和芯片式温度采样探头两两之间的间距为lm。
[0008]进一步的，所述的温度套筒内充满润滑油。
[0009]进一步的，所述的热偶式温度采样探头及芯片式温度采样探头上贴覆有聚氨酯保温层。
[0010]进一步的，所述的聚氨酯保温层厚30mm、长100mm、宽100mm。
[0011]进一步的，感湿介质为多孔娃。
[0012]进一步的，所述叉指正电极、叉指负电极为低阻硅。
[0013]进一步的，湿度传感器与电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头的距离均相等，避免了由于安装位置不合适导致的测温偏差。
[0014]综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0015]本实用新型结合了温度传感器和湿度传感器，并将电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头和湿度传感器集成为一个整体传感设备，结构简单，能够快速、准确地探测温室大棚的空气温湿度;本实用新型还采用了无线智能网关，可通过无线智能网关与其他可联网的设备进行通信，从而实现农业的智能。
[0016]加之，叉指电极为体硅工艺加工的具有高深宽比的叉指结构，综合其材料的加工成本、制作工艺的实现方式以及敏感电容的大小来说，体加工工艺加工的叉指电极具有成本低、制作工艺简单、敏感电容大的优点。
[0017]作为对本实用新型所述技术方案的一种改进，叉指结构(叉指正电极、叉指负电极)与衬底之间有空腔，可以使得高深宽比的叉指结构可以实现双面感湿，提高相应时间。
[0018]作为对本实用新型所述技术方案的一种改进，叉指结构(叉指正电极、叉指负电极)之间有空气间隙，使得响应时间提高。
【附图说明】
[0019]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0020]图1是本实用新型的结构不意图；
[0021 ]图2是本实用新型中湿度传感器的俯视图；
[0022]图3是本实用新型中湿度传感器的截面图。
【具体实施方式】
[0023]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0024]如图1?图3所示:本实施例的一种温室大棚用空气温湿度传感器，包括采用X86架构的数据处理装置104，数据处理装置104内置有自动诊断程序，数据处理装置104连接有电阻式温度采样探头101、热电偶式温度采样探头102、芯片式温度采样探头103、湿度传感器
111、数据存储装置105及数据通讯装置106;电阻式温度采样探头101、热电偶式温度采样探头102、芯片式温度采样探头103和湿度传感器111集成为一个整体传感设备;数据通讯装置106通信连接有无线智能网关108，数据处理装置104通过无线智能网关通信连接有终端的电脑和移动设备109;湿度传感器包括衬底I和设置于衬底I上方的叉指正电极1-2、叉指负电极1-3，所述叉指正电极1-2、叉指负电极1-3为低阻硅;叉指正电极和叉指负电极的表面覆盖有感湿介质2，感湿介质2为多孔硅，叉指负电极与衬底之间设有空腔1-5，感湿介质2与叉指正电极1-2、叉指负电极1-3之间设有空气间隙1-4;空气间隙1-4构成检测电容的介质层，用来敏感湿度所引起的电极之间的介电常数的变化;所述检测电容呈叉指悬臂梁结构。
[0025]电阻式温度采样探头101、热电偶式温度采样探头102及芯片式温度采样探头103将信号传送至数据处理装置104进行数据过滤和处理，数据同时被记录到数据存储装置105，存储的时间范围为一天，每分钟每个采样信号数据将被记录在数据存储装置中。数据处理中以瞬时数据和从数据存储装置中读取到的历史数据为依据，通过数值对比和不同时间周期内的趋势变化对比，分析出每个采样探头的可信度，并加权求平均得到预计真实温度。
[0026]所述的电阻式温度采样探头设置在温室大棚107内，所述的温室大棚107的内壁钻有孔洞，所述的孔洞内设有温度套筒，温度套筒内充满润滑油，所述的电阻式温度采样探头设置在所述的温度套筒内。
[0027]所述的热电偶式温度采样探头及芯片式温度采样探头分别通过卡箍设置在所述的温室大棚的内壁上;所述的数据处理装置设置在所述的温室大棚的外部荫凉的位置，所述的数据通讯装置连接于无线智能网关，数据处理装置通过无线智能网关通信连接有终端的电脑和移动设备，以方便农业工作者随时获知温室大棚的温度、湿度状况。
[0028]所述的热偶式温度采样探头及芯片式温度采样探头上贴覆有聚氨酯保温层。
[0029]所述的聚氨酯保温层厚30mm、长100mm、宽100mm。
[0030]湿度传感器与电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头的距离均相等，且所述的热偶式温度采样探头、电阻式温度采样探头和芯片式温度采样探头两两之间的间距为lm。
[0031]本实用新型采用了三个温度探头(电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头)和一个湿度传感器集成在一个传感设备中，同时，这三个温度探头的测温原理必须不同，一个是电阻式温度采样探头，一个是热偶式温度采样探头，还有一个是芯片式温度采样探头，否则会容易误差同向，同时在安装上也与传统传感器有区别，这三个温度探头必须安装在距离I米范围内的三个点，优选正三角排列，就避免了由于安装位置不合适导致的测温偏差。本实用新型将数据做了智能分析和判断，运算后加工出了“应该是正确”的数据。
[0032]湿度传感器制作过程如下:首先，选用低阻硅作为初始材料，对其背面进行光刻工艺和湿法腐蚀工艺，形成背面的空腔；进行硅片和玻璃衬底键合，形成带有底座的空腔结构;对硅片正面进行光刻和深反应离子刻蚀工艺，形成具有高深宽比的叉指电容结构，即形成叉指正电极和叉指负电极;将成型的硅叉指结构作为阳极在HF酸溶液中通以电流进行阳极氧化，即可以在硅片表面得到感湿介质。其特点是:结构简单，加工方便，敏感电容大，寄生电容小的电容式湿度传感器
[0033]在本实施例中，正负电极、多孔硅感湿层以及空气层构成叉指结构状的检测电容，当湿度发生变化时，由于多孔硅的多孔性会改变其介电常数，进而引起电容发生形变，而由于多孔硅之间有空气层，因而不存在聚合物感湿时的扩散速度慢的问题，进而该电容式湿度传感器的响应时间得到很大的提高。
[0034]作为对本实用新型所述技术方案的一种改进，衬底为玻璃衬底，通过键合工艺与低阻硅形成结构。综合所选材料的成本，制作工艺以及材料性能来说，选用玻璃衬底可以减少寄生电容，硅-玻璃键合工艺成熟的优点。
[0035]无线智能网关包括处理器和用于供电的电源，处理器电性连接有触摸屏、flash存储器、ram存储器、以太网通信模块、wifi模块、GPRS模块、USB接口、JTAG接口、RS232总线接口、Z_wave模块、时间及复位模块、智能云平台接口、子网穿透模块等组件。
[0036]处理器用于处理来自与其电性连接的上述各个组件的数据信息、命令信息和控制信息。在本实施例中，处理器采用具有64/32位内部总线结构的三星S3C6410处理器。
[0037]电源用于提供各个组件所需的工作电压。
[0038]触摸屏用于进行人机交互，既可以显示无线智能网关的基本信息，如时间、IP地址、与其连接的智能设备的工作状态等信息，也可以用于触控操作该无线智能网关实现上述基本信息的设置与控制。
[0039]flash存储器用于存放该无线智能网关的处理器运行的系统代码、应用程序等数据。
[0040]RAM存储器用于存放该无线智能网关的处理器正在和等待运行的数据。
[0041]RS232数据总线接口用于扩展数据。
[0042]USB模块用于将该无线智能网关连接于USB外设，如电脑或U盘，以备份或运行USB外设中的程序。
[0043]JTAG接口用于连接一开发板以烧制和调试该无线智能网关的系统代码、应用程序。
[0044]以太网通信模块与wifi模块分别通过有线与无线的通信方式将该无线智能网关接入互联网，GPRS模块用于将该无线智能网关接入全球移动通信系统(Global SystemforMobile Communicat1ns，GSM)，以实现用户可随时操作外部通信设备，如电脑或手机，与该无线智能网关实现通信以获知及控制智能设备的工作状态。
[0045]Z-wave模块用于以符合Z_wave标准协议的无线通信方式连接该无线智能网关与智能设备以进行数据交互和控制。例如，用户的控制指令可以通过其外部通信设备发送到或者直接通过触摸屏输入到该无线智能网关，该无线智能网关的处理器将用户的指令通过Z-wave模块精确送达给符合z-wave标准的智能设备，比如符合z_wave标准的窗帘电机、灯光开关、门锁等；同时也可以通过Z-wave模块获取上述符合z-wave标准的智能设备的实时工作状态。
[0046]时间及复位模块用于设置该无线智能网关的时间和复位该无线智能网关。该无线智能网关可以通过以太网、wifi或GPRS接入互联网获取的IP地址判断位置并自动设置时间；也可以通过触摸屏由用户自定义设置时间及时区。
[0047]智能云平台接口用于将该无线智能网关连接至一智能云平台，并在智能云平台上对应用该无线智能网关的智能设备(如空调机、加湿器等)进行配置、控制和个性化设置管理。
[0048]子网穿透模块用于实现该无线智能网关自动与外部通信设备，如用户的电脑或手机的连接。子网穿透模块自动获取无线智能网关所在的公网IP地址，同时随机寻找到一个空闲的端口并占用此端口，无线智能网关会实时记录此IP地址和端口号数据，间歇性向智能云平台发送心跳包，智能云平台会将信息实时更新至数据库，外部通信设备通过GPRS、wif1、以太网等通信方式连接到智能云平台获取无线智能网关发布的IP地址和端口号后自动与无线智能网关建立连接以进行数据交互。
[0049]使用时，外部通信设备如用户的电脑或手机接收到用户输入的指令并通过GPRS、wif1、以太网等无线或有线的通信方式将用户的指令直接传送至无线智能网关，实现数据交互并根据用户的指令对智能设备进行查看、控制、监测、配置、设置场景、编辑场景等个性化设置管理。此外，用户还可以通过外部通信设备接入互联网登入智能云平台，因该无线智能网关通过智能云平台接口接入该智能云平台，因此用户还可以在智能云平台上进行查看、控制、监测、配置、设置场景、编辑场景等对智能设备的个性化设置管理。
[0050]所述无线智能网关使用z-wave技术与智能设备通信，z_wave技术是一种新型无线通信协议，具有开发简单，通用性高，兼容性强，低功耗，低成本，支持自动组网，双向通讯等优点。
[0051]本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
【主权项】
1.一种温室大棚用空气温湿度传感器，其特征在于，包括采用X86架构的数据处理装置，数据处理装置连接有电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头、湿度传感器、数据存储装置及数据通讯装置；电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头和湿度传感器集成为一个整体传感设备;数据通讯装置通信连接有无线智能网关，数据处理装置通过无线智能网关通信连接有终端的电脑和移动设备；湿度传感器包括衬底和设置于衬底上方的叉指正电极、叉指负电极;叉指正电极和叉指负电极的表面覆盖有感湿介质，叉指负电极与衬底之间设有空腔，感湿介质与叉指正电极、叉指负电极之间设有构成检测电容的空气间隙； 所述的热电偶式温度采样探头、电阻式温度采样探头和芯片式温度采样探头两两之间的间距为Im;湿度传感器与电阻式温度采样探头、热电偶式温度采样探头、芯片式温度采样探头的距离均相等。2.根据权利要求1所述的一种温室大棚用空气温湿度传感器，其特征在于，所述的热电偶式温度采样探头及芯片式温度采样探头上贴覆有聚氨酯保温层。3.根据权利要求2所述的一种温室大棚用空气温湿度传感器，其特征在于，所述的聚氨酯保温层厚3Ctam、长I OCtam、宽I OCtam ο4.根据权利要求1所述的一种温室大棚用空气温湿度传感器，其特征在于，感湿介质为多孔硅。5.根据权利要求1所述的一种温室大棚用空气温湿度传感器，其特征在于，所述叉指正电极、叉指负电极为低阻硅。
【文档编号】G01D21/02GK205655858SQ201620258726
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年3月31日 公开号201620258726.X, CN 201620258726, CN 205655858 U, CN 205655858U, CN-U-205655858, CN201620258726, CN201620258726.X, CN205655858 U, CN205655858U
【发明人】李波
【申请人】成都齐沃农业科技有限公司