一种温湿度采集终端的制作方法

本实用新型涉及温湿度测量领域，更具体地，涉及一种温湿度采集终端。

背景技术：

目前的温湿度测量仪，温度精度基本在±0.5度，湿度精度基本在±5％rh，温湿度的测量精度还有待提高，同时，温湿度测量时传感器一般采用同一型号的传感器，当传感器存在某些自身缺陷或由于长期置于户外环境有所损坏时，测量到的温湿度会变得不精准，现有的温湿度测量仪存在这种系统性错误的风险。其次，现有的温湿度测量仪中某一个传感器出现问题时，没有采取有效的措施对其采集的数据进行屏蔽或其他处理，使测量的效率变低且出错率增大。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种温湿度采集终端，用于提高温湿度测量的精准度，避免了同一型号传感器带来的系统性错误，有效且及时地处理无效的测量数据。

本实用新型采取的技术方案是，

一种温湿度采集终端，包括电路板和外壳，所述电路板包括供电端、测量端和微控制模块，所述供电端包括电源模块和通讯模块；所述测量端包括传感模块，所述传感模块设有三个型号不相同的温湿度传感器，分别为传感器u1、u2和u4；在所述电路板上，所述供电端设在所述微控制模块的相邻位置，所述测量端设在所述微控制模块的相邻位置，所述测量端与供电端的位置不相邻；所述外壳在所述测量端设有若干个温湿度测量开口，在所述电源端设有若干个散热开口。

本实用新型的温湿度采集终端包括电路板和外壳，电路板分为供电端、测量端和微控制模块，供电端用于通过电源模块提供电源以及通讯模块实现数据的通讯，测量端用于通过传感模块采集外界的湿度和温度，微控制模块用于处理测量端采集的数据，并将数据通过供电端中的通讯模块实现传输；

在传感模块中设有三个型号不相同的温湿度传感器，分别为传感器u1、u2和u4；首先，采用三个温湿度传感器，有利于三个测量数据的比对，当有一个或多个传感器出现缺陷或损坏时，能够通过三个数据的比较判断有效数据和无效数据；其次，放置在同一环境下同一产品容易出现相同的错误和误差，采用三个型号不相同的温湿度传感器的目的在于避免这样的系统性错误和误差；

供电端设在微控制模块的相邻位置，测量端设在微控制模块的相邻位置，但供电端与测量端的位置不相邻，供电端和微控制模块在运行时都会散发出一定的热量，但供电端散发的热量较微控制模块多，所以终端的外壳在供电端处设置了散热口，用于更好地使热量散出终端，本实用新型的设计的好处在于能使供电端和测量端的位置保持一定的距离的同时，通过在测量端的外壳位置设置温湿度测量开口，使测量端在采集外界温度和湿度时不会受到供电端散发出热量的影响，采集测量的数据更精准。

进一步地，所述外壳为矩形外壳，在所述外壳的长边上设有缩颈位，所述缩颈位把所述外壳分为测量区域和供电区域，所述测量端位于所述测量区域内，所述供电端和所述微控制模块位于所述供电区域内。

设置缩颈位有利于温湿度采集终端在安装时更方便，由于温湿度采集终端有可能用于桥梁或天线柱等地方，设置缩颈位减少了在这些特殊位置安装的难度；缩颈部把外壳分为测量区域，测量端位于测量区域，供电端和微控制模块位于供电区域，使供电端和测量端的位置保持一定的距离。

进一步地，所述电路板的长边上设有缩颈位，所述缩颈位把电路板分为测量区和供电区，所述测量端设在所述测量区内，所述供电端设在所述供电区内。

电路板的长边上设有缩颈部有利于在安装电路板时更方便，减少了在某些特殊位置安装的难度，同时缩颈部把电路板分为测量区和测量区，测量端位于测量区，供电端位于供电区，结合外壳的测量区域和供电区域的设置可知，电路板上的缩颈部与外壳的缩颈部存在至少部分重合的关系。

进一步地，所述微控制模块包括主芯片stc8f2k16s2，所述主芯片stc8f2k16s2设有引脚t2/ss/p1.2、引脚t2clko/mosi/p1.3、引脚i2csda/miso/p1.4、引脚i2cscl/sclk/p1.5、引脚mclko_2/rxd_3/p1.6、引脚txd_3/p1.7、引脚mclko/rst/p5.4、引脚vcc、引脚adc_vref+/p5.5、引脚gnd/adc_vref-、引脚p1.1/txd2、引脚p1.0/rxd2、引脚p3.7/int3/txd_2/cmp+、引脚alert、引脚led、引脚drdy/int、引脚trg-txd、引脚prg-rxd、电源引脚、接地引脚。

进一步地，所述传感器u1包括主芯片sht35-dis-b，所述主芯片sht35-dis-b设有引脚sda、引脚addr、引脚alert、引脚scl、引脚vss、引脚r、引脚nreset、引脚vdd和引脚epad，所述传感器u1与微控制模块的连接通过所述引脚sda与所述引脚i2csda/miso/p1.4相连接，所述引脚alert与所述引脚p3.6/int2/rxd_2/cmp-相连接，所述引脚scl与所述引脚iecscl/sclk/p1.5相连接，所述引脚nreset与所述引脚t2clko/mosi/p1.3相连接；所述传感器u2包括主芯片hs3001，所述主芯片hs3001设有引脚scl、引脚sda、引脚vc、引脚vdd、引脚nc和引脚vss，所述传感器u2与微控制模块的连接通过所述引脚scl与所述引脚iecscl/sclk/p1.5相连接，所述引脚sda与所述引脚i2csda/miso/p1.4相连接；所述传感器u4包括主芯片htu21d，所述主芯片htu21d设有引脚data、引脚gnd、引脚nc、引脚sck、引脚vdd、引脚nc和引脚ep，所述传感器u4与微控制模块的连接通过所述引脚sda与所述引脚i2csda/miso/p1.4相连接，所述引脚scl与所述引脚iecscl/sclk/p1.5相连接。

传感器u1的主芯片为sht35-dis-b，传感器u2的主芯片为hs3001，传感器u4的主芯片为htu21d，三种型号芯片的传感器都是精度高、品质较为高端的温湿度传感器，能够保证测量的精准度。

进一步地，所述通讯模块包括主芯片max3485，所述主芯片max3485设有引脚ro、引脚re、引脚de、引脚di、引脚vcc、引脚b、引脚a和引脚gnd，所述通讯模块与所述微控制模块的连接通过所述引脚ro与所述引脚p1.0/rxd2相连接，所述引脚re、de与所述引脚ts/ss/p1.2相连接，所述引脚di与所述引脚p1.1/txd2相连接。

进一步地，所述电源模块包括输入电压12v，所述输入电压通过并联电容c19、电容c20、电容c21和电容c22，与变压器ht7533-1串联后并联电容c17和c18得到输出电压3.3v。

进一步地，所述供电端还包括uart烧录口，所述烧录口包括芯片header4，所述芯片header4设有引脚1、引脚2、引脚3和引脚4，所述芯片header4与所述微控制模块的连接通过引脚3与所述引脚p3.1/txd相连接，所述引脚2与所述引脚p3.0/rxd/int4相连接。uart烧录口可用于向终端烧录不同的程序，使终端的功能更多样化。

进一步地，本实用新型的温湿度采集终端还包括屏蔽模块，所述传感器u1、u2和u4与所述屏蔽模块相连接，所述屏蔽模块与所述微控制模块相连接，所述传感器u1、u2和u4与所述微控制模块的连接必须通过所述屏蔽模块。

当三个传感器有一个传感器出现损坏时，通过最后的测量值判断出具体出现异常的传感器后，可通过屏蔽模块对该损坏的传感器进行数据屏蔽，保证本实用新型的温湿度采集终端始终输出高精度、高稳定性、高可靠性的数据。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：提高了温湿度测量的精准度并保证长期测量数据的稳定性和可靠性，且避免了同一型号传感器带来的系统性错误，有效且及时地处理无效的测量数据。

附图说明

图1为本实用新型的电路板结构图。

图2为本实用新型的外壳结构图。

图3为本实用新型的微控制模块示意图。

图4为本实用新型的传感模块示意图。

图5为本实用新型的通讯模块示意图。

图6为本实用新型的电源模块示意图。

图7本实用新型的uart烧录口示意图。

图8为本实用新型的软件流程示意图。

图9为本实用新型的校准值计算原理示意图。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

结合图1、2所示，本实施例为一种温湿度采集终端，包括图1的电路板和图2的外壳，如图1所示，电路板形状为矩形，电路板包括测量端1、微控制模块2和供电端3，测量端1包括传感模块，传感模块设有三个型号不相同的温湿度传感器6，分别为传感器u1、u2和u4，供电端3包括电源模块4和通讯模块5；在电路板上，测量端1设在微控制模块2的相邻位置，供电端3在微控制模块2的相邻位置，测量端1与供电端3的位置不相邻；电路板的长边上设有缩颈位7，缩颈位7把电路板分为测量区a和供电区b，测量端1设在测量区a内，供电端3和微控制模块2设在供电区b内。

如图2所示，外壳形状为矩形，在所述外壳的长边上设有缩颈位8，缩颈位8把外壳分为测量区域a和供电区域b，结合图1、2，测量端1位于测量区域a内，供电端3和微控制模块2位于供电区域b内。如图2所示，外壳在测量区域a设有若干个温湿度测量开口9，在供电区域b设有若干个散热开口10。

优选地，如图3所示，微控制模块包括主芯片stc8f2k16s2，主芯片stc8f2k16s2设有引脚t2/ss/p1.2、引脚t2clko/mosi/p1.3、引脚i2csda/miso/p1.4、引脚i2cscl/sclk/p1.5、引脚mclko_2/rxd_3/p1.6、引脚txd_3/p1.7、引脚mclko/rst/p5.4、引脚vcc、引脚adc_vref+/p5.5、引脚gnd/adc_vref-、引脚p1.1/txd2、引脚p1.0/rxd2、引脚p3.7/int3/txd_2/cmp+、引脚alert、引脚led、引脚drdy/int、引脚trg-txd、引脚prg-rxd、电源引脚、接地引脚。

优选地，如图4所示，传感器u1、u2和u4均接入3v的输入电压，传感器u1包括主芯片sht35-dis-b，主芯片sht35-dis-b设有引脚sda、引脚addr、引脚alert、引脚scl、引脚vss、引脚r、引脚nreset、引脚vdd和引脚epad；结合图3和图4，传感器u1与微控制模块的连接通过引脚sda与引脚i2csda/miso/p1.4相连接，引脚alert与引脚p3.6/int2/rxd_2/cmp-相连接，引脚scl与引脚iecscl/sclk/p1.5相连接，引脚nreset与引脚t2clko/mosi/p1.3相连接；

如图4所示，传感器u2包括主芯片hs3001，主芯片hs3001设有引脚scl、引脚sda、引脚vc、引脚vdd、引脚nc和引脚vss；结合图3和图4，传感器u2与微控制模块的连接通过所引脚scl与引脚iecscl/sclk/p1.5相连接，引脚sda与引脚i2csda/miso/p1.4相连接；

如图4所示，传感器u4包括主芯片htu21d，主芯片htu21d设有引脚data、引脚gnd、引脚nc、引脚sck、引脚vdd、引脚nc和引脚ep；结合图3和图4，传感器u4与微控制模块的连接通过引脚sda与引脚i2csda/miso/p1.4相连接，引脚scl与引脚iecscl/sclk/p1.5相连接。

优选地，如图5所示，通讯模块包括主芯片max3485，主芯片max3485设有引脚ro、引脚re、引脚de、引脚di、引脚vcc、引脚b、引脚a和引脚gnd；结合图3和图5，通讯模块与微控制模块的连接通过引脚ro与引脚p1.0/rxd2相连接，引脚re、de与引脚ts/ss/p1.2相连接，引脚di与引脚p1.1/txd2相连接。

优选地，如图6所示，电源模块的输入电压为12v，输入电压通过与保险丝、二极管和瞬态抑制二极管的连接起到保护输入电压的作用，并通过并联电容c19、电容c20、电容c21和电容c22，与变压器ht7533-1串联后并联电容c17和c18得到输出电压3v；结合图3和图6，电源模块通过微控制模块的电源引脚、引脚i2csda/miso/p1.4、引脚i2cscl/sclk/p1.5向微控制模块提供3.3v的输入电压。

优选地，如图7所示，供电端还包括uart烧录口，烧录口包括芯片header4，芯片header4设有引脚1、引脚2、引脚3和引脚4，结合图3和图7，芯片header4与微控制模块的连接通过引脚3与引脚p3.1/txd相连接，引脚2与引脚p3.0/rxd/int4相连接。

优选地，本实用新型还包括屏蔽模块，传感器u1、u2和u4与屏蔽模块相连接，屏蔽模块与微控制模块相连接，传感器u1、u2和u4与微控制模块的连接必须通过屏蔽模块。

优选地，本实用新型可通过软件对温湿度采集终端进行控制和数据处理，如图8所示，软件首先对温湿度采集终端进行上电初始化，包括微控制模块、传感模块工作状态的初始化；优选地，终端还包括eeprom存储器，eeprom存储器与微控制模块相连接，或通过集成eeprom存储器在微控制模块中实现其功能，eeprom存储器用于存储传感器的校准常数，上电初始化时也同时初始化eeprom存储器的数据加载。

软件首先判断是否有指令输入，根据不同的指令执行不同的操作：

当有校准指令输入时，软件计算传感器的校准常数，并把校准常数写入eeprom存储器；优选地，软件使用的计算校准常数的方法为“内插法”，如图9所示，为“内插法”的原理，将三个传感器的测量值分别建立三个坐标系，每个坐标系中传感器的测量值作为坐标x，其校准值作为y，如a(xa,ya)和b(xb,yb)两点的坐标已知，采用“内插法”时，a、b两点确定的直线上的任意一点p(x,y)的坐标值将满足公式1：根据“内插法”的原理，以校准温度为例，在某个温度范围内选取10个测量值作为校准点，每两点间确定一条直线，当通过微控制模块获取三个传感器的温度值后，通过判断此温度值在哪一条直线上，根据上述公式可计算出对应的校准值，湿度的校准方法同理。

当有湿温度查询指令输入时，微控制模块获取三个传感器的测量值，同时计算出三个传感器测量值的平均值，根据公式1计算出三个测量值和平均值的校准值后，根据校准值和对应的数值进行计算得出最后的温湿度测量值，将上述的数值通过通讯模块输出到软件；

将三个传感器的测量值计算出平均值后输出软件，根据公式a＝(a1+a2+a3)/3，a：温湿度采集终端误差；a1：传感器1的误差；a2：传感器2的误差；a3：传感器3的误差，三个传感器的误差将会相互抵消，可以将测量的误差降低到温度最大误差为±0.5度以下，湿度最大误差为±2％rh以下。

将所有数值都输出的这种冗余设计的好处是，即使有其中一个传感器坏了，也可以通过接收到的测量值来比较判断哪个传感器出现异常，可以通过输入屏蔽传感器数据指令控制屏蔽模块屏蔽该损坏传感器的数据输出。

如果通过其他方式发现传感器的损坏，也可以直接输入屏蔽传感器数据指令实现上述功能，；作为另一种优选方案，屏蔽模块的功能可通过软件实现，即终端中不需要包括屏蔽模块，当有传感器出现损坏时，输入屏蔽传感器的指令即可在软件中调用屏蔽传感器的功能；屏蔽模块或通过软件实现的屏蔽功能能够保证本实用新型始终输出高精度、高稳定性、高可靠性的数据。

当有校准参数复位指令输入时，软件将eeprom存储器中的校准常数擦除。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。