专利名称：一种数字化红外冠层温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风速风向测量领域，尤其是一种数字化红外冠层温度传感器。
背景技术：
红外测温技术用于植物冠层温度测量领域，无扰动，对植物影响小，测量方便，对 研究杆物受水分迫协，耗水状况，精确灌溉指导有非常重要的意义，但由于没有专用设备， 传统方法测量不方便，不准确，人为误差大，且测量手段不是专门针对冠层设计，而是采用 手持式测温枪进行测量，进行大面积温度数据采集时，需要人工操作测温，人工记录数据， 效率低，测量周期过长，数据时效性差。不能进行在线观测。美国出产的红外冠层温度传感 器，模拟信号输出，测量精度、传感器的致性误差，都受限于数据采集器的模拟一数字转换 电路的分辨率和精度，且需要用户进行编程计算，推断植物的水分状况及水分亏缺。采用工业上通用的红外传感器，由于其使用领域测量精度要求不高，且测量范围 宽，分辨率高。国外生产的红外冠层专用传感器，由于采用模拟信号输出，系统误差即信号 的传输、A/D转换误差影响测量精度。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种数字化红外冠层温度传感器，克服了上述产品寿命 短、误差大、体积大、使用不方便的缺点。本实用新型的目的通过以下技术方案来实现一种数字化红外冠层温度传感器，包括外壳(1)、激光瞄准灯(2)、保温填充材料
(3)、红外测温头(4)、电路板(6)和吹扫气管(7)，所述不锈钢结构的外壳(1)内封装激光 瞄准件(2)、保温填充材料(3)、红外测温头(4)、电路板(6)和吹扫气管(7)，所述红外测温 头⑷和激光瞄准灯⑵分别嵌固在外壳⑴侧壁上，所述红外测温头⑷一侧还设有吹扫 气管(7)，吹扫气管(7)末端与红外测温头(4)末端相对；所述MLX90614型号的红外测温头
(4)通过IIC总线(5)连接电路板(6)上的单片机(10)，所述电路板(6)上还设有EEPROM 电路(11)、SDI-12接口电路(12)、电源电路(13)、硬件唤醒电路(14)和防雷电路(15)。所述红外测温头(4)外侧附着保温填充材料(3)。所述EEPROM电路(11)通过IIC总线(5)连接在单片机(10)上，所述的激光瞄 准灯(2)、硬件唤醒电路(14)连接在单片机(10)上，所述SDI-12接口电路(12)与单片机 (10)的串口连接，并通过防雷电路(15)与外部电缆(9)连接；所述红外测温探头(4)、单片 机(10)、SDI-12接口电路(12)分别连接电源电路(13)。所述单片机(10)通过SDI-12接口电路(12)进行SDI-12通信。本实用新型所述的数字化红外冠层温度传感器的有益效果为采用数字化红外 测温探头，无信号传输误差，接口采用SDI-12总线方式，结构新颖，测量范围适合于冠层生 长温度，测量范围小，测量精度高，可用于各种精密非接触温度测量；同时具备环境温度补 偿电路，测量精度提高到0.2度，单片机按植物发射率定制补偿，无需要人工计算；结合了微型处理器，根据冠层温度测量的特殊需要，确定电路结构，实现测量功能；环境温度补偿 电路具有高效，不受环境影响等特点，完全由工厂进行校准，结构紧凑；带发射率自动补偿 系统，单片机对取得的外红外温度进行补偿，使输出针对植物冠层更精确；无发射率设定 误差，无目标接触误差，无发射率漂移误差，无摩擦热误差，无用户可调节误差，无热渗漏误 差，无背景反射误差。
图1是本实用新型实施例所述的数字化红外冠层温度传感器的结构示意图；图2是本实用新型实施例所述的数字化红外冠层温度传感器的原理图；图3是本实用新型实施例所述的数字化红外冠层温度传感器的电路图。图中1、外壳；2、激光瞄准灯；3、保温填充材料；4、红外测温头；5、总线；6、电路板；7、 吹扫气管；8、电缆紧固件；9、电缆；10、单片机；11、EEPROM电路；12、SDI-12接口电路；13、 电源电路；14、硬件唤醒电路；15、防雷电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的数字化红外冠层温度传感器，包括外壳1、 激光瞄准灯2、保温填充材料3、红外测温头4、电路板6和吹扫气管7，所述不锈钢结构的外 壳1内封装激光瞄准件2、保温填充材料3、红外测温头4、电路板6和吹扫气管7，红外测温 头4固定在外壳1 一端中部，红外测温头4末端由外壳1侧壁穿出，所述红外测温头4外侧 附着保温填充材料3 ；所述红外测温头4 一侧设有激光瞄准灯2，激光瞄准灯2末端从外壳 侧壁穿出；所述红外测温头4 一侧还设有吹扫气管7，吹扫气管7 —端折弯后对准红外测温 头4末端，吹扫气管7另一端从外壳1侧壁穿出，在使用时吹扫气管7通过外部压缩空气吹 扫准红外测温头4，使的红外测温探头4透镜表面清洁。所述红外测温头4通过IIC总线5连接电路板6，电路板6连接外接电缆9，所述 电缆9通过电缆紧固件8固定在外壳1侧壁上。如图2和3所示，所述电路板6上设有单片机10、EEPROM电路11、SDI-12接口电 路12、电源电路13、硬件唤醒电路14和防雷电路15，所述EEPROM电路11通过IIC总线5连 接在单片机10上，EEPROM电路11用于计算出最小值，最大值，平均值，最大温差值，EEPROM 电路为电可擦可编程只读存储器，所述的激光瞄准灯2电路连接在单片机10的I/O 口上， 通过SDI-12指令控制激光瞄准灯2电路，使得激光瞄准灯2瞄准被测目标，所述的硬件唤 醒电路14连接在单片机10的外部中断I/O 口上，通过SDI-12总线上的高电平来解发唤 醒，所述的SDI-12接口电路12与单片机10的串口连接，再通过防雷电路15与外部电缆9 连接，实现了单片机10通过SDI-12接口电路12进行SDI-12通信；所述红外测温探头4、 单片机10、SDI-12接口电路12分别连接电源电路13。所述红外测温探头4为MLX90614型号，MLX90614为德国Melexis公司出品， MLX90614中的感应器件是一枚硅芯片连接着一层由微机械加工、对外物的红外辐射异常灵 敏的薄膜。定制的信号处理芯片专门将感应膜采集的信号放大并数字化，然后使用预制的 刻度标准计算出被测物体的温度，最后以数字形式输出的温度是完全线性的并且会对环境温度变化进行代偿。MLX90614xAC的数字处理芯片采用了高级低噪音放大器、17bit的ADC 以及功能强劲的DSP单元，能够适应从-40°C到125°C的工作温度范围，而测量温度范围则 从-40°C到125°C，精度达到了 0. 02°C。当被测物体温度在0°C至50°C之间时，MLX90614xAC 感应器的绝对精确度为士0.5°C，在此范围之外则为士 1°C。所述激光瞄准灯2 当需确认观测面积时，上位机发出一个指令，单片机10接收到 后，控制激光瞄准灯2点亮，该灯靶线图形指示区域即为红外温度测量区域。所述红外测温探头4 红外温度测量传感器，内置光学镜头，数字信号输出。所述吹扫气管7 传感器在野外或其他有尘环境中长期使用时，红外测温探头4的 镜头会积尘，从而影响测量的准确度，利用吹扫气管7，加压缩空气，可将镜头上的尘土吹 去。所述保温填充材料3 可有效抑制红外测温探头4所处环境温度突变，从而影响测
量准确度。所述EEPROM电路11 保存传感器运行所需要的配置信息和红外温度的待处理数 据。防雷电路15 可将雷电感应的过电压通过GND泄放，从而保护传感器整体电路。所述硬件唤醒电路14 可将上位机(数据采集器)发送的唤醒电平传送给单片机 10，从而使单片机10唤醒。所述SDI-12接口电路12 可对单片机10内的电平信号进行转换，使其传输的电 平信号符合SDI-12标准。电源的控制方式为所述单片机10和SDI-12接口电路12为持续供电方式，以确保能接收到上位机 (数据采集器)的指令，EEPROM电路11采用控制供电方式，当需要保存和读取数据时，由单 片机10控制供电；所述红外测温探头4采用控制供电方式，当需要读取温度时，由单片机 10控制供电；所述激光瞄准灯2采用控制供电方式，当需要定靶时，由上位机发出指令，单 片机10控制供电。主要指令与功能M指令进行一次测量，并将测量结果存贮。XLl指令激光瞄准灯2开启指令。XLO指令激光瞄准灯2关闭指令。Ml指令温差测量指令，并将当次测量与前一次测量结果的差值存贮，供上位机 获取。XM扩展综合测量指令传感器每次测量值均保存在EEPROM电路11中，当接收到XM指令后，以前一次的 XM指令完成后的第一个数据开始，到本次XM指令其间的数据，计算出最小值，最大值，平均 值，最大温差值，完成计算后将这些数据另存贮，并将原始记录数据清除。DO指令数据获取指令，传感器接收到上位机发送的数据获取指令后，传感器向 上位机发送已经通过M指令进行测量并已经存贮的温度值。工作流程 传感器供电后，单片机10初始化各项配置，完成后即进入休眠状态，降低功耗，当上位机发出一个指令后，SDI-12接口电路12会产生一个高电平，从而把单片机10从休眠 状态唤醒到工作状态，单片机10解读命令与自已匹配，指令无误后，立即按接收到的指令 执行相应的工作。当接收到M指令后，立即进行一次测量，将测量结果存贮在EEPROM电路11中，然 后在接收到数据获取指令D指令后，将这个结果发送给上位机。当接收到Ml指令后，立即进行第二次测量，并将前一次测量结果进行比较，将温 差值存贮在EEPROM电路11中，然后在接收到数据获取指令D指令后，将这个结果发送给上 位机。当接收到XMl指令后，立即将EEPROM电路11中的存贮记录进行计算，计算出最小 值，最大值，平均值，最大温差值，完成计算后将这些数据另存贮，然后在接收到数据获取指 令D指令后，将这个结果发送给上位机。当接收到XLl指令后，单片机10将IO 口置为高电平，控制激光瞄准灯2的供电开 启，当收到指令XLO指令后，单片机10将IO置为低电平，将激光瞄准灯2关闭。
以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式
的一种，本领域的技 术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本实用新型技术 方案的保护范围内。
权利要求一种数字化红外冠层温度传感器，包括外壳(1)、激光瞄准灯(2)、保温填充材料(3)、红外测温头(4)、电路板(6)和吹扫气管(7)，其特征在于所述不锈钢结构的外壳(1)内封装激光瞄准件(2)、保温填充材料(3)、红外测温头(4)、电路板(6)和吹扫气管(7)，所述红外测温头(4)和激光瞄准灯(2)分别嵌固在外壳(1)侧壁上，所述红外测温头(4)一侧还设有吹扫气管(7)，吹扫气管(7)末端与红外测温头(4)末端相对；所述MLX90614型号的红外测温头(4)通过IIC总线(5)连接电路板(6)上的单片机(10)，所述电路板(6)上还设有EEPROM电路(11)、SDI 12接口电路(12)、电源电路(13)、硬件唤醒电路(14)和防雷电路(15)。
2.根据权利要求1所述的数字化红外冠层温度传感器，其特征在于所述红外测温头(4)外侧附着保温填充材料(3)。
3.根据权利要求1所述的数字化红外冠层温度传感器，其特征在于所述EEPROM电路(11)通过IIC总线(5)连接在单片机(10)上，所述的激光瞄准灯(2)、硬件唤醒电路(14) 连接在单片机(10)上，所述SDI-12接口电路(12)与单片机(10)的串口连接，并通过防 雷电路(15)与外部电缆(9)连接；所述红外测温探头(4)、单片机(10)、SDI-12接口电路(12)分别连接电源电路(13)。
4.根据权利要求1或3所述的数字化红外冠层温度传感器，其特征在于所述单片机 (10)通过SDI-12接口电路(12)进行SDI-12通信。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化红外冠层温度传感器，包括外壳、激光瞄准灯、保温填充材料、红外测温头、电路板和吹扫气管，所述外壳内封装激光瞄准件、保温填充材料、红外测温头、电路板和吹扫气管，所述红外测温头通过IIC总线连接电路板，所述电路板上设有单片机、EEPROM电路、SDI-12接口电路、电源电路、硬件唤醒电路和防雷电路，所述EEPROM电路通过IIC总线连接在单片机上，所述的激光瞄准灯电路、硬件唤醒电路分别连接在单片机上，所述的SDI-12接口电路与单片机的串口连接，并通过防雷电路与外部电缆连接。本实用新型有益效果为无信号传输误差，结构新颖，测量范围缩小，测量精度高。
文档编号G01J5/00GK201772928SQ201020000049
公开日2011年3月23日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者李新, 陈亚宁 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所;北京杰普森环境技术研究中心有限公司