专利名称：多参数智能传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种能进行多参数信号测量的多参数智能传感器。
背景技术：
在工业控制及监测系统中，传感器作为基础的检测元件发挥着重要的作用。现有技术传感器在实际使用过程中存在的缺陷是1.由于现有技术传感器通常是以模拟量输出，因此在工业现场应用中带来了诸多例如模数转换的问题。
2.由于现有技术传感器能测量的品种少，并且一个传感器只能测一个参数，其能测量的信号种类和功能覆盖面都限窄，远远满足不了日益增长的自动化监控技术的发展需要，对更多的物理和化学信号的测量以及多参数信号的测量显得无能为力。
随着现场总线技术的发展，提出了以现场总线输出的智能传感器，其可降低成本，提高灵活性，是当今传感器领域的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多参数智能传感器，它避免了现有技术存在的诸多的模数转换的问题，从而能实现多参数信号的测量，以满足日益增长的自动化监控技术的发展需要。
本发明的目的是这样实现的一种多参数智能传感器，由传感器和传感器控制电路部分组成；其特点是所述的传感器是一由温度传感器和压力传感器连成一体组成的温度压力传感器；所述的传感器控制电路包括，与温度压力传感器电连接的信号变送单元、顺序连接在信号变送单元后的微控制器单元和CAN总线通讯单元。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的温度压力传感器中的温度传感器通过焊接连接在压力传感器的头部中心；所述的压力传感器在其头部垂直贯穿设置四个流体进出口，该四个流体进出口在压力传感器头部以圆心为基点以r为半径间隔设置多个流体进出口。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的温度压力传感器还包括隔热垫，该隔热垫连接在压力传感器的后部。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的温度压力传感器中的隔热垫采用聚碳酸酯制作而成。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的传感器控制电路中的信号变送单元包括，一变送器集成电路芯片、设置在该变送器集成电路芯片的正负输入端的一电桥电路、连接在电桥电路下端的由电阻和电容组成的滤波电路、设置在变送器集成电路芯片输出端的由二极管电容组成的防击穿保护电路。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的传感器控制电路中的微控制器单元由一单片机集成电路芯片和设置在单片机集成电路芯片的RSEST复位端的单片机复位电路组成。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的传感器控制电路中的CAN总线通讯单元由一CAN控制器和设置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口电路集成电路芯片组成。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的温度压力传感器中的温度传感器的感应头与三个电阻连接构成信号变送单元中的电桥电路。
在上述的多参数智能传感器中，其中，所述的温度压力传感器中的压力传感器本身构成信号变送单元中的电桥电路。
本发明多参数智能传感器由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.本发明由于将温度传感器和压力传感器集成为一个总的温度压力传感器，由此可以同时对一个测点进行温度和压力测量，保证被测点位置上的同一性和参数在时间上的实时性，适应了自动化监控技术的检测要求；2.本发明由于在本温度压力传感器中还设置一由聚碳酸酯制作的隔热垫，由此使温度压力传感器不仅隔热效果好并且其强度可代替A#钢；
3.本发明由于温度传感器的感应头本身是一电阻，因此温度传感器的感应头与三个电阻连接构成了信号变送单元中的电桥电路，使电桥输出的毫伏信号与温度高低对应；同时，由于压力传感器采用扩散硅制作，压力传感器本身构成信号变送单元中的电桥电路，因此它通过压力的变化输出毫伏信号与压力大小对应；4.本发明由于微控制器单元中的单片机集成电路芯片具有8路A/D模数转换功能，因此本发明具有较大的工作提升空间；5.本发明结构简单，不仅可简化传感器制造工艺，并且提高了测量速度和测量准确性。
通过以下对本发明多参数智能传感器的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1是本发明多参数智能传感器的框图结构示意图；图2是本发明中的温度压力传感器的结构示意图；图3是图2所示的温度压力传感器的仰视结构示意图；图4是本发明中采用桥式电路的信号变送单元的电原理图；图5是本发明多参数智能传感器的电路原理图。
具体实施例方式
请参见图1所示，图1是本发明多参数智能传感器的框图结构示意图。本发明多参数智能传感器，由传感器和传感器控制电路部分组成。其中，传感器是一由温度传感器1和压力传感器1连成一体而组成的温度压力传感器；传感器控制电路包括，与温度压力传感器电连接的信号变送单元、顺序连接在信号变送单元后的微控制器单元和CAN总线通讯单元。
在本实施例中，温度压力传感器中的温度传感器和压力传感器分别输出的是电阻信号，经具有电桥电路和变送电路的信号变送单元将温度压力传感器送出的电压信号处理成电流信号输出，再经取样产生电压信号输入到微控制器单元，微控制器单元将上述信号进行模数转换后以总线信号输出到CAN总线通讯单元。
请结合图1参见图2和图3所示，图2和图3是本发明中的温度压力传感器的结构示意图。在本发明中，传感器包括由温度传感器1和压力传感器2连接而成；其中，温度传感器1呈一棒，它通过焊接连接在压力传感器2的头部中心；压力传感器2在其头部以圆心为基点以r为半径间隔设置多个流体进出口21，在本实施例中，设置了四个流体进出口21，它们垂直贯穿设置在压力传感器2的头部。
本实施例中，所采用的温度传感器和压力传感器的参数如下温度传感器感应头型号为Pt100，量程0-100℃，精度1％。
压力传感器量程1Mpa，精度0.5％，工作温度-10-100℃。
在本实施例中，温度压力传感器还包括隔热垫3，该隔热垫3由聚碳酸酯制作而成，它连接设置在压力传感器2的后部，该隔热垫3不仅隔热效果好，并且其强度可代替A#钢。
请结合图1和图2参见图4所示，图4是本发明中采用桥式电路的信号变送单元的电原理图。本发明多参数智能传感器中信号变送单元包括变送器集成电路芯片、电桥电路、滤波电路、保护电路。其中，变送器集成电路芯片采用的是BB(BURR-BROWN)公司生产的型号为XTR101的变送器集成电路芯片，该XTR101变送器集成电路具有低补偿电压、低电压漂移、低非线性等优点，XTR101变送器集成电路在本单元中承担主要的信号变送工作，将检测到的以电压形式表示的温度、压力信号转化为4～20mA电流信号；电桥电路设置在XTR101变送器集成电路芯片的正负输入端，用以对检测到的温度、压力信号进行整理，提供XTR101变送器进行模数转换工作；连接在电桥电路下端的滤波电路由并联的电阻和电容组成，用以提高电路的抗干扰性能；设置在XTR101变送器集成电路输出端的是由二极管和电容串联组成的保护电路，防止干扰电流对XTR101变送器集成电路的击穿而设置的保护电路。在图4所示的电路中，在电源的两端还设置一型号为LM129D稳压管，用于对电源进行稳压。
在本实施例中，信号变送单元设置有两套，分别接收温度传感器和压力传感器的信号。然而，温度压力传感器中的温度传感器其Pt100感应头本身是一电阻，因此温度传感器的感应头与三个电阻连接构成了信号变送单元中的电桥电路，此时电桥输出的毫伏信号与温度高低对应；同时，温度压力传感器中的压力传感器采用扩散硅制作，压力传感器本身构成信号变送单元中的电桥电路，它通过压力的变化输出毫伏信号，其输出信号与压力大小对应。
请结合图1参见图5所示，图5是本发明多参数智能传感器的电路原理图。本发明传感器控制电路中的微控制器单元由一单片机集成电路芯片和设置在单片机集成电路芯片的RSEST复位端的单片机复位电路组成。其中，单片机电路采用的是型号为ADUC812BS单片机集成电路芯片，单片机复位电路采用的是型号为74HC123复位集成电路芯片。
型号为ADUC812BS单片机集成电路芯片能对8052兼容，具有8路A/D模数转换功能；它可将变送单元输出的4～20mA电流信号信号转化为0.5～2.5V的电压信号后再进行A/D模数转换；该单片机芯片上带有8K片内程序闪存和640字节数据闪存，因此不需要扩展程序存储器和数据存储器，减少了元器件数量；并且该单片机芯片可以通过串口在线调试和重复下载程序，使之开发周期短，开发成本低。A/D模数转换后的结果在微控制器内进行处理，根据温度、压力之间的相互影响进行拟和，通过软件的方法来消除传感器自身由于工作环境改变而引起的变化，因此数据客观准确。
请参见图5所示，发明传感器控制电路中的CAN总线通讯单元由CAN控制器和设置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口电路集成电路芯片组成。其中，CAN控制器采用的是型号为SJA1000 CAN控制器集成电路芯片，接口电路采用的是型号为A82C250 CAN控制器接口电路芯片。CAN总线通讯单元直接实现了CAN数据链路层和物理层的通讯协议，从而大大降低了系统开发难度，缩短了开发周期。
请继续参见图5所示，在图5多参数智能传感器电原理图中，J6为温度传感器输入，J7为压力传感器输入；J6和J7分别连接在变送器集成电路U5和U6的输入端，U5和U6与附属电路构成对温度和压力的两个信号变送单元，并且分别在J8、J9处输出4～20mA的电流信号；4～20mA信号经精密电阻转换为0.5V～2.5V的电压信号；集成电路U1和U3构成了微控制器单元，对所采集的温度和压力的电压信号进行处理；集成电路U2、U4构成CAN总线通讯单元；集成电路A2是一电源电路，它将集成电路U4即CAN总线接口电路送出的24V的电压信号转换为5V的电压信号输出至J4。
本发明多参数智能传感器的工作原理和流程是，温度传感器和压力传感器分别输出电阻信号，经相应电桥分别产生毫伏信号输送到信号变送单元，信号变送单元将接收到的毫伏信号处理成4-20mA的电流信号输出，经电阻取样产生O.5-2.5V的电压信号输入到微控制器单元，微控制器单元将信号进行模数转换后以总线信号输出到CAN总线通讯单元。
在本发明多参数智能传感器控制电路中，微控制器具有8路A/D模数转换接口，在本实施例的图中仅表示了应用了两路的实施例的情况，因此本发明多参数智能传感器具有可根据具体应用场合的实际情况设计出系列的传感器，实现由单个CPU对应多参数的传送，由此可见本发明具有较大的工作提升空间。
综上所述，本发明多参数智能传感器由于将温度传感器和压力传感器集成为一个总的温度压力传感器，由此可同时对一个测点进行温度和压力测量，既保证被测点位置上的同一性和参数在时间上的实时性，又适应了自动化监控技术的检测要求；同时由于在本温度压力传感器中设置由聚碳酸酯制作的隔热垫，使之隔热效果好并强度可代替A#钢；另外由于温度传感器的感应头本身是一电阻，感应头与三个电阻连接构成了信号变送单元中的电桥电路，与此同时采用扩散硅制作的压力传感器本身构成了电桥电路，因此使电桥输出的毫伏信号与温度高低和压力大小相对应；并且微控制器具有8路A/D模数转换功能，因此本发明具有较大的工作提升空间；本发明结构简单工艺简化，提高了测量速度和测量准确性，因此极为实用。
权利要求
1.一种多参数智能传感器，由传感器和传感器控制电路部分组成；其特征在于所述的传感器是一由温度传感器(1)和压力传感器(2)连成一体组成的温度压力传感器；所述的传感器控制电路包括，与温度压力传感器电连接的信号变送单元、顺序连接在信号变送单元后的微控制器单元和CAN总线通讯单元。
2.如权利要求1所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的温度压力传感器中的温度传感器(1)通过焊接连接在压力传感器(2)的头部中心；所述的压力传感器(2)在其头部垂直贯穿设置四个流体进出口(2)，该四个流体进出口(2)在压力传感器(2)头部以圆心为基点以r为半径间隔设置多个流体进出口(21)。
3.如权利要求1或2所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的温度压力传感器还包括隔热垫(3)，该隔热垫(3)连接在压力传感器(2)的后部。
4.如权利要求3所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的温度压力传感器中的隔热垫(3)采用聚碳酸酯制作而成。
5.如权利要求1所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的传感器控制电路中的信号变送单元包括，一变送器集成电路芯片、设置在该变送器集成电路芯片的正负输入端的一电桥电路、连接在电桥电路下端的由电阻和电容组成的滤波电路、设置在变送器集成电路芯片输出端的由二极管电容组成的防击穿保护电路。
6.如权利要求1所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的传感器控制电路中的微控制器单元由一单片机集成电路芯片和设置在单片机集成电路芯片的RSEST复位端的单片机复位电路组成。
7.如权利要求1所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的传感器控制电路中的CAN总线通讯单元由一CAN控制器和设置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口电路集成电路芯片组成。
8.如权利要求1或5所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的温度压力传感器中的温度传感器的感应头与三个电阻连接构成信号变送单元中的电桥电路。
9.如权利要求1或5所述的多参数智能传感器，其特征在于所述的温度压力传感器中的压力传感器本身构成信号变送单元中的电桥电路。
全文摘要
本发明涉及一种多参数智能传感器，由传感器及其控制电路部分组成；其特点是，传感器是由温度传感器、压力传感器、隔热垫连接组成温度压力传感器；传感器控制电路包括由变送器、电桥、滤波电路组成的信号变送单元，由单片机及其复位电路组成微控制器单元，由CAN控制器和接口电路组成的CAN总线通讯单元。本发明由于将温度、压力传感器集成一温度压力传感器，使之能对一测点进行温度和压力测量；同时由于温度传感器感应头与三个电阻连接构成电桥，而压力传感器本身构成电桥，使电桥输出信号与温度压力相对应，提高了测量的速度和准确性；并且微控制器具有8路A/D转换功能，因此本发明具有提升空间满足自动化监控检测需要，其结构工艺简化，极为实用。
文档编号G01D21/02GK1719201SQ20051002776
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者韩华, 顾海宏, 刘赟, 吕健, 黄鹤, 张平, 史文祥, 陈亚杰, 刘予学, 段征 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所