专利名称：一种基于sht传感器的智能电子温湿度测量系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及温湿度测量设备领域，特指一种基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统。
背景技术：
目前，温度测量技术主要发展了金属热敏电阻，如铜电阻、镍电阻、钼电阻等，它们普遍存在灵敏度低、测量精度差等不足；当传输线路长短不等时，还存在需要进行温度补偿等问题。传统的湿度测量则一般采用干湿球和毛发湿度计，但其有测量精度不高，易受环境温度等条件影响等缺陷。而温湿度集成一体化测量的传感器，则很少被使用到。现有的温湿度一体的智能化精确测量系统受传感器的功能限制多使用体积庞大、线路复杂的设计，因此具有应用效果差、成本高等不足。对于温湿度检测系统而言，必须包括三个基本部分即温湿度数据采集、数据处理和数据显示。目前，实际应用中常见的设计大致有以下几种方案1、传统的温湿度测量元件+微处理芯片+数码管显示；传统的温湿度测量元件主要指热电阻和热电偶温度传感器等，如目前实际应用中广泛使用的Ptioo就是一种钼热电阻温度传感器，常用的温度传感器。传统的湿度测量元件主要是指陶瓷型和高分子型湿度传感器。这些温湿度传感器由于是直接采用的热敏或湿敏元件制成，故输出的都是与温湿度相关的模拟量信号，信号在送往微处理器(一般用单片机)之前还必须经过滤波、放大、AD转换等信号调理电路模块，将输出转为数字信号输入到微处理器进行信号处理。因此，电路复杂、调试难度大、测量精度低，可靠性不强是这类传感器在应用上的缺陷。另外，传统老式的设计中使用的微处理器一般都是8086/8088CPU，这种处理器在使用时需要外接内存和输入输出接口芯片等电路。不仅电路复杂而且只能只能用汇编语言编程，在编写复杂的程序时具有较大的局限性。数据显示方面，传统的方法是采用数码管显示。一般微处理器和数码管之间需要译码、驱动等电路，这也在一定程度上增加了整个系统电路的复杂度。另外，数码管显示具有显示不直观，人机交互差等缺点。2、集成温(湿)度传感器+单片机+数码管显示或液晶显示；集成温度传感器是一种将感温元件、放大电路、温度补偿电路等功能集成在一块极小芯片上的温度传感器。它具有线性度好、灵敏度高、体积小、稳定性好、输出信号大且规范化等优点，这类传感器常见的有yPC616A/616C、yPC391U LX5600/5700、LM3911、LM135/235/335 和 AD590 等。集成湿度传感器是将感湿元件、振荡器、滤波器、放大器等电路集成在一个模块中，由于集成度高因此使用非常方便，也具有较好的线性度和灵敏度。集成温(湿)度传感器虽然集成度高，大大简化了电路，但其输出仍为与温(湿)度相关的模拟量，仍需要信号调理电路来将其转换为数字输出。
单片机将微处理器、存储器及外围部件集成起来，简化了电路，更加适合小型系统。实际应用中以8051为代表的MCS-51系列单片机最为常见。这种8位单片机具有32个I/O 口、两个定时/计数器、5个中断源、I个串行口，还有128B或256B的片内RAM。液晶屏常用普通的双色液晶显示模块。由于无需译码、驱动等电路，故大大减小了整个系统的复杂度，而且液晶屏显示的效果也比数码管显示要直观，具有人机交互界面好的特点。3、智能温度传感器+集成湿度传感器+单片机+液晶屏；智能温度传感器属于智能化集成温度传感器。其主要优点是采用数字化技术，能以数字形式直接输出被测量值，测温误差小、分辨力高、抗干扰能力强，能够远程传输数据，带串行总线接口等。智能温度传感器适配各种微控制器(MCU)，包括微处理器(μ P)和单片机(μ c)，是研制和开发具有高性价比的新一代温度测量系统所必不可少的核心器件。但是在上述方案中，现有的温度测量一般都使用负温度系数热敏电阻(NTC)作为测温器件，湿度传感器一般使用湿敏电容或电阻，这种结构决定了其具有线性不好的致命缺点，导致测温时冷端需要做温度补偿。受此限制导致用这种测温器件设计的测温系统需要较复杂的温度补偿机制，此外还需要额外添加AD转换器等。这些导致其线路设计复杂、体积庞大、灵敏度低、测量精度差、应用效果差、成本高。而且，现有的温湿度测量系统一般都是对温度和湿度采用分立器件进行设计的，这样导致系统的采样、A转换、信号放大、线路布线和接口电路等方面都比较复杂，导致整个系统的成本和体积都比较大，无法满足一些空间狭小的部位和精密仪器内部等场合的应用。
发明内容
本发明要解决的技 术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、便携性好、测量精度高、可靠性好的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，包括输入单元，包括用来采集温度和相对湿度数据的SHT智能温湿度传感器、用来向控制单元发出人为控制信号的键盘、用来产生实时时间数据的时钟芯片；控制单元，用来接收SHT智能温湿度传感器的温湿度数据、人为控制信号和时钟芯片的时间数据，并进行数据的运算和处理后再将处理后的控制输出信号送给输出单元；输出单元，包括报警电路和显示电路，所述显示电路用来显示实时温湿度、时间信息，所述报警电路用来根据控制单元的输出信号进行报警。作为本发明的进一步改进进一步，本发明还包括电源单元，所述电源单元包括直流电源和备用电源，所述直流电源作为主电源向整个系统供电，所述备用电源为时钟芯片单独供电以确保在主电源断电的情况下时钟芯片仍能继续正常工作。所述电源单元还包括一通过USB电源线从外部接入的外部接入电源。所述控制单元采用AT89S52单片机，所述报警电路采用由三极管放大电路和蜂鸣器组成的报警发声电路，所述显示电路为液晶显示模块，所述时钟芯片为DS1302时钟芯片。所述键盘采用非自锁按钮式开关组成的键盘模块。进一步，本发明还包括辅助硬件电路，所述辅助硬件电路包括单片机系统外围电路、液晶显示模块电路、传感器接口电路、时钟芯片模块电路、报警模块电路和键盘输入模块电路。与现有技术相比，本发明的优点在于1、本发明基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，结构简单紧凑、集成度高、体积小、便携式性好，其采用的是一种集成了温度和湿度传感器的集成芯片器件，具有灵敏度高、测量精度高、湿度测量稳定，不易受其他环境影响等优点。此外，由于该器件集成了 AD转换器、串行接口电路、OTP ( 一次性可编程)内存等器件，使得整个系统不受传输线路长短的限制，不需要进行温度补偿。另外，该传感器的体积只有一个火柴头大小，安装使用设计极其方便简单，适用于空间狭小和精密仪器内部等各种场合。2、本发明基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，功能集成度高、功能强大，该系统除了实时显示温湿度数据外还有时间显示、历史温湿度数据查询、温湿度上下限越限报警和相关显示菜单切换及时间设定、温湿度报警上下限值设定等功能。
图1是本发明结构组成的框架原理示意图。图2是本发明具体应用实例中SHT智能温湿度传感器的芯片组成框架原理示意图。图3是本发明具体应用实例中SHT智能温湿度传感器的工作时序图。图4是本发明具体应用实例的电路原理示意图。图5是本发明具体应用实例中传感器接口电路的原理示意图。图6是本发明具体应用实例中单片机系统外围电路的原理示意图。图7是本发明具体应用实例中液晶显不|旲块电路的原理不意图。图8是本发明具体应用实例中时钟芯片模块电路的原理示意图。图9是本发明具体应用实例中报警模块电路的原理示意图。图10是本发明具体应用实例中键盘输入模块电路的原理示意图。图11是本发明具体应用实例的操作流程示意图。
具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，本发明的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，包括输入单元、控制单元和输出单元；其中，输入单元采用SHT智能温湿度传感器(本实例中为SHT11)采集温度和相对湿度的数据、采用非自锁按钮式开关组成的键盘向控制部分发出人为的控制信号、采用DS1302时钟芯片产生实时时间数据。控制单元采用AT89S52单片机接收传感器的温湿度数据、控制信号和时钟芯片的时间数据，并进行相应数据的运算和处理，再将处理后的控制输出信号送给输出单元。输出单元采用由三极管放大电路和蜂鸣器组成的简单报警发声电路来报警、并采用0CMJ4X8C液晶模块来进行温湿度和时间等结果信息的显
/Jn ο本实施例中，还包括由直流电源和备用电源组成的电源单元，即除了一个5V的直流电源(采用4节1. 2V锂电池串联制成)作为主电源向整个系统供电外，还配有一个3V的纽扣电池作为备用电源为DS1302时钟芯片单独供电，确保主电源断电的情况下时钟芯片能继续正常工作。此外，主电路还可以通过一个USB电源线从外部接入。在本实施例中，充分使用了低成本单片机AT89S52的编程控制功能，用有限的资源实现了强大的多功能，使整个系统小型化、低成本化、多功能化；使用了 12864的双色大液晶屏作为人机交互可视界面，操作方便简单，而且该液晶屏还带有字库，大大简化了单片机编程。作为本发明的核心SHT智能温湿度传感器的芯片，以SHTll为例，其结构如图2所示。SHTll智能温湿度传感器是由一片检测相对湿度和温度的混合传感器模块及一个经校准的数字输出组成的。这种装置包含了一个检测相对湿度的电容性聚合物感应元件和一个能带隙温度感应元件。二者都无缝隙地同一个ADC和一个串行接口电路连接在同一个芯片上。这导致其拥有较高的信号质量，响应时间小且受外界干扰很小(电磁兼容)。每一个SHTll传感器都是经单独校准并将其标度系数编程到OTP(—次性可编程)内存的。它的2线串行接口和内部的电压自动调节使其具有方便而又快速的系统集成。SHTll智能温湿度传感器与简单的电容型传感器元件不同。SHTll智能温湿度传感器无需外部模拟电子电路，可直接被微控制器访问；温度、供电、电容偏差及剩余电流等变化都不影响精度；即使被浸湿也不会失灵或出现误差；因此具有长期稳定性、无需再校准、反应速度快、能量消耗低等优点，特别适用于电池供电。如图3所示，为SHTll智能温湿度传感器的工作时序首先对数据传输进行初始化来启动SHTll测量时序，即在第一个SCK时钟高电平时，DATA翻转为低电平，并在第二个SCK时钟高电平时，DATA翻转为高电平。SHTll智能温湿度传感器的测量命令包含3个地址位和5个命令位(命令集详见下表I)。单片机发布一组8bit测量命令(如00000101，即湿度测量)后，DATA在第8个SCK时钟的下降沿被置为低电平。再发送第9个SCK时钟作为命令确认，DATA在其下降沿之后，恢复为高电平。同时，单片机可以暂时停止发送时钟序列以进入空闲模式，准备读取测量数据。SHTll在转换结束后，将DATA置为低电平，单片机继续发出时钟序列，来读取2个8Byte的测量数据和I个8Byte的CRC奇偶校验。所有的数据从MSB开始，右值有效(例如对于12bit数据，从第5个SCK时钟起算作MSB ;对于8bit数据，首字节无意义)。其中，在每个字节传输结束之后，都要发出一个时钟高电平ACK，并将DATA置为低电平，以确认读取成功。当然，如果不使用CRC-8校验，控制器可以在读取测量值LSB后，通过保持确认位ACK高电平，来中止数据传输。在测量和传输结束后，SHTll自动转入休眠模式。表1:
权利要求
1.一种基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，其特征在于，包括 输入单元，包括用来采集温度和相对湿度数据的SHT智能温湿度传感器、用来向控制单元发出人为控制信号的键盘、用来产生实时时间数据的时钟芯片； 控制单元，用来接收SHT智能温湿度传感器的温湿度数据、人为控制信号和时钟芯片的时间数据，并进行数据的运算和处理后再将处理后的控制输出信号送给输出单元； 输出单元，包括报警电路和显示电路，所述显示电路用来显示实时温湿度、时间信息，所述报警电路用来根据控制单元的输出信号进行报警。
2.根据权利要求1所述的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，其特征在于，还包括电源单元，所述电源单元包括直流电源和备用电源，所述直流电源作为主电源向整个系统供电，所述备用电源为时钟芯片单独供电以确保在主电源断电的情况下时钟芯片仍能继续正常工作。
3.根据权利要求2所述的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，其特征在于，所述电源单元还包括一通过USB电源线从外部接入的外部接入电源。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，其特征在于，所述控制单元采用AT89S52单片机，所述报警电路采用由三极管放大电路和蜂鸣器组成的报警发声电路，所述显示电路为液晶显示模块，所述时钟芯片为DS1302时钟芯片。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，其特征在于，所述键盘采用非自锁按钮式开关组成的键盘模块。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，其特征在于，还包括辅助硬件电路，所述辅助硬件电路包括单片机系统外围电路、液晶显示模块电路、传感器接口电路、时钟芯片模块电路、报警模块电路和键盘输入模块电路。
全文摘要
本发明公开了一种基于SHT传感器的智能电子温湿度测量系统，包括输入单元，包括用来采集温度和相对湿度数据的SHT智能温湿度传感器、用来向控制单元发出人为控制信号的键盘、用来产生实时时间数据的时钟芯片；控制单元，用来接收SHT智能温湿度传感器的温湿度数据、人为控制信号和时钟芯片的时间数据，并进行数据的运算和处理后再将处理后的控制输出信号送给输出单元；输出单元，包括报警电路和显示电路，所述显示电路用来显示实时温湿度、时间信息，所述报警电路用来根据控制单元的输出信号进行报警。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、便携性好、测量精度高、可靠性好等优点。
文档编号G01D21/02GK103048017SQ201210590650
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者喻旋, 张旭东, 付文卓, 郭彦, 郭涛, 李启明 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司