一种嵌入式多功能环境传感器装置制造方法
【专利摘要】一种嵌入式多功能环境传感器装置，包括用于采集环境数据的传感器，所述传感器与微控制器连接，所述微控制器设有用于与上位机通讯的通讯接口，所述装置还包括用于将当前检测环境数据与预设阈值比较后选择性地向报警器发出告警指令的超限报警模块，所述微控制器的数据接口与所述超限报警模块连接，所述超限报警模块与报警器连接。本实用新型提供一种功能丰富、兼有超限报警功能的嵌入式多功能环境传感器装置。
【专利说明】一种嵌入式多功能环境传感器装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种环境传感器装置。
【背景技术】
[0002]现有的环境传感器装置，通常包括用于采集环境数据的传感器(例如温度、湿度等信号)，仅能实现单一的检测功能；无法对环境参数进行超限报警等功能。另外，随着传感器技术、计算机技术、通讯网络技术和智能控制技术的迅猛发展，环境监控技术也得到了迅速发展。目前环境传感器很多，但是普遍存在传感器信号类型单一，如果多个传感器集成则造成多个芯片和模块重复，造成成本成倍上升，且装置体积较大等缺点。
【发明内容】
[0003]为了克服已有环境传感器的功能单一、无报警功能的不足，本实用新型提供一种功能丰富、兼有超限报警功能的嵌入式多功能环境传感器装置。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种嵌入式多功能环境传感器装置，包括用于采集环境数据的传感器，所述传感器与微控制器连接，所述微控制器设有用于与上位机通讯的通讯接口，所述装置还包括用于将当前检测环境数据与预设阈值比较后选择性地向报警器发出告警指令的超限报警模块，所述微控制器的数据接口与所述超限报警模块连接，所述超限报警模块与报警器连接。
[0006]作为优选的一种方案:所述装置还包括人机对话界面模块，所述人机对话界面模块包括键盘和显示屏，所述键盘与所述微控制器的键盘接口连接，所述显示屏与所述微控制器的显示接口连接。
[0007]进一步，所述微控制器还包括A/D扩展接口和CAN扩展接口。
[0008]所述传感器包括温湿度传感器和CO2浓度传感器，所述装置还包括微型气泵，温湿度传感器的探头、CO2浓度传感器的探头位于所述微型气泵的出气口处。
[0009]本实用新型的有益效果主要表现在:1、功能丰富、兼有超限报警功能；2、人机交互方便；3、在传感器探头处增加微型气泵，根据微型气泵工作频率的有效控制，提高传感器探头与环境空气的有效接触面积，以此提高传感器采集数据的准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是嵌入式多功能环境传感器装置的示意图。
[0011]图2是嵌入式多功能环境传感器装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0013]参照图1和图2，一种嵌入式多功能环境传感器装置，包括用于采集环境数据的传感器，所述传感器与微控制器连接，所述微控制器设有用于与上位机通讯的通讯接口，所述装置还包括用于将当前检测环境数据与预设阈值比较后选择性地向报警器发出告警指令的超限报警模块，所述微控制器的数据接口与所述超限报警模块连接，所述超限报警模块与报警器连接。
[0014]作为优选的一种方案:所述装置还包括人机对话界面模块，所述人机对话界面模块包括键盘和显示屏，所述键盘与所述微控制器的键盘接口连接，所述显示屏与所述微控制器的显示接口连接。
[0015]进一步，所述微控制器还包括A/D扩展接口和CAN扩展接口。
[0016]所述传感器包括温湿度传感器和CO2浓度传感器，所述装置还包括微型气泵，温湿度传感器的探头、CO2浓度传感器的探头位于所述微型气泵的出气口处。
[0017]本实施例中，由于保护探头的需要，传感器探头不能直接暴露在空气中。为实现温湿度传感器探头能与真实环境有效合理的接触，本发明采用微型气泵以脉冲调控的方式控制开启，开启微型气泵吸入环境空气，增加环境空气与温湿度和C02浓度探头的有效接触。为防止空气流通，造成温湿度检测的偏差。关闭微型气泵后一定时间，可使探头周边空气稳定时在检测数据，以此保证采用数据的准确可靠性。根据空气动力学原理，采用空气动力学分析软件Fluent软件分析获得微型气泵工作频率，满足即可实现探头环境空气流通，又可防止空气流动影响检测精度的探头环境。单片机可对微型气泵通过分析得到的频率进行有效控制。在微型气泵运行时，增强空气流通，增加环境空气与温湿度和C02浓度探头的有效接触。在微型气泵停止后一定时间候，对传感器数据进行多次采集，先进行滤波处理，消除非正常的干扰信号，在进行取平均值计算获得传感器数据。
[0018]该装置还具有简单的人机对话界面，可以通过键盘接口设定环境参数的值，操作方便。利用RS232总线实现与上位机的通讯，程序编写完成后，可直接烧入STC89C52RC单片机中。为使得装置容易成为监控系统的一部分，本装置预留了可选的CAN总线接口等。
[0019]CAN总线通讯模块中选用了 SJA1000总线控制器。具有完成CAN通信协议所要求的全部特性，可完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。CAN总线驱动器选用的是PHILIPS公司的PCA82C250芯片。PCA82C250是控制器物理总线的接口，一方面可以为总线提供差动发送能力，另一方面可以为CAN控制器提供差动接受能力。
[0020]当前多数的传感器输出的信号都是模拟信号量，即电压和电流。而单片机只能处理数字信号，对模拟电压和电流信号不能直接进行处理，需要通过信号放大电路和A/D转换电路后，将模拟信号转化为数字信号，再送入单片机中处理。
[0021]为实现环境传感器具有更大的扩展性，本发明预留了模拟信号采集通道有8路，有两片⑶4051BC芯片，采用分时切换的方式，进行通道切换。⑶4051BC的A、B、C引脚分别通过光耦隔离器TLP521-2与STC89C52RC单片机的P0.5,P0.6,P0.7相连，接受单片机的控制。这样可以把数字量信号和模拟量信号进行隔离，减少数模之间的干扰。通过AD620仪表放大器，减少外界因素带来的干扰。0P07运算放大器采用负反馈减法电路，具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度，用于A/D转换器的输入阻抗匹配以及抑制共模干扰。模/数(A/D)转换器选用ADS11100芯片是精密的连续自校A/D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率。
[0022]参照图2，工作过程包括液晶显示、键盘输入、时钟、传感器数据读入等，即:
[0023]①多功能环境传感器装置插上5V电源通电后，进入开机动画界面，显示“传感器装置初始化正常”:
[0024]②延时5秒钟后，系统自动进入温湿度显示界面，屏幕显示的是当前时间和温湿度的数据。当温度或湿度超过设定值时，BELL蜂鸣器会及时发出警报，显示环境参数警告界面，例如当温度超过设定值上限时，警报界面会显示“温度高于设定上限，适当降低温度”。延时5秒后，自动进入环境参数设定界面，警报解除:
[0025]③按下“右翻”键，进入CO2浓度显示界面，实时显示CO2浓度。当CO2浓度超过设定值时，蜂鸣器同样也会报警，显示CO2浓度超标警告界面。延时5秒后，自动进入环境参数设定界面，警报解除。按下“左翻”键，回到温湿度显示界面:
[0026]④按下“功能”键，进入环境参数设定界面。在此界面下，可以设定温度、湿度和CO2浓度值。按“上翻”和“下翻”键，可以控制光标的位置，按“左翻”和“右翻”键，可以改变光标所在位置的参数值。当发生警报时，可以通过改变设定值来消除警报:
[0027]⑤按下“功能”键，进入历史数据查询界面。界面上除了显示上次采集的环境参数的数值外，还有日期和时间，方便工作人员查询和记录。按“左翻”和“右翻”键来切换历史数据查询界面，按下“功能”键，返回温湿度显示界面。
[0028]本实施例具有简单液晶显示人机对话界面和易操作按钮，工作人员能方便的观察温室环境的各个参数值，并进行上下限值的设定。一旦环境参数不符合所设定的标准环境值时，立即发出警报，通知现场工作人员做出相应的调整。同时，利用RS232总线，也可选配CAN现场总线或MODBUS总线，实现与上位机的通讯，以便扩展作为监测系统的信号采集部分。本装置具有经济实用，体积小巧，操作简单，扩展方便等特点，可广泛的应用于农业、林业和楼宇等环境监测。
【权利要求】
1.一种嵌入式多功能环境传感器装置，包括用于采集环境数据的传感器，所述传感器与微控制器连接，所述微控制器设有用于与上位机通讯的通讯接口，其特征在于:所述装置还包括用于将当前检测环境数据与预设阈值比较后选择性地向报警器发出告警指令的超限报警模块，所述微控制器的数据接口与所述超限报警模块连接，所述超限报警模块与报警器连接；所述装置还包括人机对话界面模块，所述人机对话界面模块包括键盘和显示屏，所述键盘与所述微控制器的键盘接口连接，所述显示屏与所述微控制器的显示接口连接，所述传感器包括温湿度传感器和CO2浓度传感器，所述装置还包括微型气泵，温湿度传感器的探头、CO2浓度传感器的探头位于所述微型气泵的出气口处。
2.如权利要求1所述的嵌入式多功能环境传感器装置，其特征在于:所述微控制器还包括A/D扩展接口和CAN扩展接口。
【文档编号】G01D21/02GK204043702SQ201420270031
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】管海娃 申请人:温州科技职业学院