一种温度压力采集装置和系统的制作方法

1.本实用新型涉及电子器件领域，特别是涉及一种温度压力采集装置和系统。


背景技术：

2.随着物联网技术的发展，越来越多的传感器被应用到工业生产中。其中，温度压力传感器常用于检测环境温度和压力。现有的温度压力传感器采用的传输协议种类繁多，包括zigbee协议、蓝牙协议等无线传输协议和modbus通讯协议、rs232协议等有线传输协议。但由于温度压力传感器的使用场景的环境较恶劣，可能会存在由于环境限制导致温度压力传感器采集到的数据无法传输，出现温度压力传感器无法使用的情况。
3.为了解决这一问题，往往需要准备多个不同类型的温度压力传感器以满足不同场景下采集环境温度数据和压力数据的目的。但这一方法会导致数据采集成本提高。
4.由此可见，如何提供一种能够适应不同应用场景的温度压力采集装置，以降低设备成本，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种温度压力采集装置和系统，以解决部分应用场景中无法传输数据的问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术提供一种温度压力采集装置，该装置包括：有线数据传输单元1和无线数据传输单元2、控制单元3、传感器单元4，所述传感器单元4包括温度传感单元5和压力传感单元6；
7.所述控制单元3与所述传感器单元4连接，用于获取所述传感器单元采集到的检测信号；所述控制单元3分别与所述有线数据传输单元1、所述无线数据传输单元2连接，用于选择通过所述有线数据传输单元1传输所述检测信号；或通过所述无线数据传输单元2传输所述检测信号。
8.优选的，所述控制单元包括接收子单元和控制子单元；
9.所述接收子单元分别与所述传感器单元、电磁检测单元连接，用于接收所述检测信号以及电磁信号；
10.所述控制子单元与所述接收子单元连接，用于根据所述检测信号和所述电磁信号判断所述传感器单元所处的环境；并根据所述传感器单元所处的环境确定选择通过所述有线数据传输单元1或所述无线数据传输单元2 传输所述检测信号。
11.优选的，还包括电源过流保护电路、电源短路保护电路和线性稳压器；
12.所述电源过流保护电路与所述电源短路保护电路串联，所述电源过流保护电路的第一端与所述电源连接，所述电源短路保护电路的第二端与所述线性稳压器的输入端连接；
13.所述线性稳压器的输出端分别与所述有线数据传输单元1、所述无线数据传输单元2、所述控制单元3和所述传感器单元4连接。
14.优选的，还包括人机交互单元；
15.所述人机交互单元与所述控制单元3连接，用于输入控制指令。
16.优选的，所述人机交互单元包括：键盘和显示屏。
17.优选的，所述温度传感单元5和所述压力传感单元6均与所述控制单元3连接，并根据所述控制单元3发送的控制指令开启和关闭。
18.优选的，所述控制单元3包括：hy16f188处理器和与处理器连接的控制电路。
19.优选的，所述温度传感单元5包括：温度检测电路、热电偶传感器和热电阻传感器；
20.所述温度检测电路的第一端与所述控制单元3连接，所述温度检测电路的第二端分别与所述热电偶传感器、所述热电阻传感器连接。
21.优选的，所述压力传感单元6包括：压力检测电路和压力传感器；
22.所述压力检测电路的第一端与电源连接，所述压力检测电路的第二端与所述压力传感器的第一端连接；
23.所述压力传感器的第二端与所述控制单元3连接。
24.为了解决上述技术问题，本技术还提供一种温度压力采集系统，包括所述的温度压力采集装置。
25.本技术提供了一种温度压力采集装置，包括：有线数据传输单元和无线数据传输单元、控制单元、传感器单元，传感器单元包括温度传感单元和压力传感单元，以用于检测环境温度和压力。控制单元与传感器单元连接，用于获取传感器单元采集到的检测信号。控制单元分别与有线数据传输单元、无线数据传输单元连接，用于选择通过有线数据传输单元传输检测信号；或通过无线数据传输单元传输检测信号。在本技术所提供的方案中，通过不同类型的数据传输单元在不同环境中传输检测信号，防止由于环境干扰导致无法获取检测信号，提高温度压力采集装置的适用范围。
26.此外，本技术还提供了一种温度压力采集系统，包括温度压力采集装置，效果同上。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例提供的一种温度压力采集装置的结构图；
29.图2为本技术实施例所提供的一种压力传感单元的结构图；
30.图3为本技术实施例所提供的一种热电偶型温度传感单元的结构图；
31.图4为本技术实施例所提供的一种热电阻型温度传感单元的结构图；
32.附图标记如下：1为有线数据传输单元，2为无线数据传输单元，3为控制单元，4为传感器单元，5为包括温度传感单元，6为压力传感单元。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实
施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。
34.本实用新型的核心是提供一种温度压力采集装置和系统，以解决部分应用场景中无法传输数据的问题。
35.在工业生产场景中，由于工艺要求需要测量指定区域的压力或温度，传感器需要通过线路或其他模块将数据发送至处理器，若传感器仅能够通过有线连接或仅通过无线连接，可能无法适应复杂的生产环境，需要准备多台不同类型的温度压力采集装置，增加成本。为了解决这一问题，本技术提供了一种具有有线传输单元、无线传输单元、温度传感器、压力传感器的采集装置，控制单元能够根据环境选择数据传输方式，提供温度压力采集装置的应用范围，从而降低生产成本。
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
37.图1为本技术实施例提供的一种温度压力采集装置的结构图，如图1 所示，该温度压力采集装置，包括：有线数据传输单元1和无线数据传输单元2、控制单元3、传感器单元4，传感器单元4包括温度传感单元5和压力传感单元6；
38.控制单元3与传感器单元4连接，用于获取传感器单元采集到的检测信号；控制单元3分别与有线数据传输单元1、无线数据传输单元2连接，以选择通过有线数据传输单元1或通过无线数据传输单元2传输检测信号。
39.进一步的，控制单元包括接收子单元和控制子单元；
40.接收子单元分别与传感器单元、电磁检测单元连接，用于接收检测信号以及电磁信号；控制子单元与接收子单元连接，用于根据检测信号和电磁信号判断传感器单元所处的环境；并根据传感器单元所处的环境确定选择通过有线数据传输单元1或无线数据传输单元2传输检测信号。
41.在具体实施中，控制单元3用于根据检测环境确定目标数据传输单元，例如，若检测到环境温度较高，数据传输线路暴露在环境中会造成线路损坏，则采用无线传输方式；若检测到环境中电磁辐射较严重，或存在电磁屏蔽，则采用有线传输方式。需要注意的是，为了降低温度压力采集装置的耗电量，有线数据传输单元1和无线数据传输单元2均处于待机状态，当接收到控制单元3发送的开启命令后启动。
42.在本实施例中，通过判断检测信号是否满足第一预设条件控制有线数据传输单元1与电源接通或关断，并通过环境中电磁信号的强度判断传感器单元4的工作状态是否满足第二预设条件控制无线数据传输单元2与电源接通或关断。第一预设条件为传感器单元4所在环境的温度低于阈值温度，第二预设条件为传感器单元4能够正常与远程服务器通信，即传感器单元4所在环境不存在电磁屏蔽和电磁干扰。若满足第一预设条件，表明传感器单元4和相应的有线数据传输线路可以正常工作，此时控制单元3 控制有线数据传输单元与电源接通，以通过有线数据传输单元传输数据。若满足第二预设条件，则控制单元控制无线数据传输单元与电源接通，以通过无线数据传输单元传输数据。需要注意的是，控制单元3判断是否满足第一预设条件和判断是否满足第二预设条件的过程相互独立，即有线数据传输单元是否启动与无线数据传输单元是否启动互不影响。当环境中温度低于阈值温度且不存在电磁屏蔽和电磁干扰时，有线数据传输单元是否启动与无线数据传输单元是否启动；当
环境中温度低于阈值温度但存在电磁屏蔽和电磁干扰时，仅启动有线数据传输单元；当环境中不存在电磁屏蔽和电磁干扰但环境温度不低于阈值温度时，仅启动无线数据传输单元。
43.可以理解的是，本技术所提供的温度压力采集装置除可以根据检测环境确定目标检测单元外，还可以根据控制人员发送的选择指令确定目标检测单元。
44.进一步的，当有线传输方式和无线传输方式均可以用于当前检测环境时，可以使有线数据传输单元1和无线数据传输单元2均开启，分别计算二者传输速度，选择速度较快的传输单元作为目标数据传输单元。
45.为了进一步提高数据传输的准确性，当仅采用有线数据传输单元1或仅采用无线数据传输单元2发送数据时，在环境条件允许的情况下，终端设备还可以同时获取另一个数据传输单元发送的数据，以验证获取到的数据是否准确。
46.可以理解的是，可以在每个周期内对数据进行一次验证，验证周期越短，数据可信度越高，但计算资源消耗越大。
47.可以理解的是，本技术对有线数据传输和无线数据传输所使用的协议不做限定，例如，可以采用zigbee通信、wifi通信、射频传输、红外线通信、蓝牙等无线传输方式；也可以采用通用串行总线(universal serial bus， usb)、串口(例如rs485，rs232以及rs422)、mbus总线等有线传输方式。
48.在具体实施中，控制单元3可以设置在远端，也可以设置在温度压力采集装置处。本技术中所提到的温度传感器和压力传感器可以是接触式传感器也可以是非接触式传感器。
49.可以理解的是，在生成过程中，通常不需要时刻采集温度数据和压力数据，因此，为了提高温度压力检测装置接口利用率，可以使温度传感器和压力传感器与控制单元3的同一接口连接，并由控制单元3根据检测指令控制相应的传感器工作。
50.人机交互单元用于向控制单元3输入检测指令，例如：检测温度、检测压力、利用无线数据传输单元2传输数据、利用有线数据传输单元1传输数据等。在具体实施中，人机交互单元可以是键盘或者触摸式屏幕。
51.在具体实施中，可以选用hy16f188处理器和与处理器连接的控制电路作为控制单元3，以为检测单元提供控制指令。
52.本实施例中提供了一种温度压力采集装置，包括：有线数据传输单元和无线数据传输单元、控制单元、传感器单元，传感器单元包括温度传感单元和压力传感单元，以用于检测环境温度和压力。控制单元与传感器单元连接，用于获取传感器单元采集到的检测信号。控制单元分别与有线数据传输单元、无线数据传输单元连接，用于选择通过有线数据传输单元传输检测信号；或通过无线数据传输单元传输检测信号。在本技术所提供的方案中，通过不同类型的数据传输单元在不同环境中传输检测信号，防止由于环境干扰导致无法获取检测信号，提高温度压力采集装置的适用范围。
53.作为优选的实施例，为了提高温度压力采集装置的安全性，还可以设置电源过流保护电路、电源短路保护电路和线性稳压器。电源过流保护电路与电源短路保护电路串联，电源过流保护电路的第一端与电源连接，以获取电压信号。电源过流保护电路的第二端与线性稳压器的输入端连接；
54.线性稳压器的输出端与有线数据传输单元1、无线数据传输单元2、控制单元3和传感器单元4均连接，以为各器件提供降压后的电压信号。
55.作为优选的实施例，在实际测量温度和压力过程中，不需要连续不断的测量环境中压力信息和温度信息，仅在每个采样周期内对温度和压力进行采样即可；且通常不需要同时获取温度数据和压力数据。因此，可以复用控制单元3处理器上的一个接口，使其与温度传感单元5和压力传感单元6均连接，以获取温度信息和压力信息。在具体实施中，可以通过控制单元3控制温度传感单元5和压力传感单元6的开启与关闭，从而实现使用单个接口获取温度信息和压力信息的目的。例如：当需要检测温度时，则使温度传感单元5开启，压力传感单元6关闭；当需要检测压力时，则使压力传感单元6开启，温度传感单元5关闭。
56.进一步的，由于开启和关闭传感单元需要一定时间，为了提高检测的效率，还可以使压力传感单元6和温度传感单元5均处于开启状态，当检测温度时则仅接收温度传感单元5发送的温度信息，当检测压力时则仅接收压力传感单元6发送的压力信息。
57.可以理解的是，压力传感单元6包括：压力检测电路和压力传感器。图2为本技术实施例所提供的一种压力传感单元6的结构图，如图2所示，压力检测电路包括运算放大器u1a，1.2v电压源和5v电压源，1.2v电压源的输出端与第一电阻r1的第一端连接，第一电阻r1的第二端与可变第二电阻r2的第一端、电容cl1的第一端、运算放大器u1a的同相输入端均连接，可变第二电阻r2的第二端与电容cl1的第二端均接地。运算放大器u1a的反相输入端与第三电阻r3的第一端、压力传感器的负极输入端均连接，第三电阻r3的第二端接地。采用5v电压源为运算放大器u1a 供电。运算放大器的u1a的输出端经第四电阻r4与压力传感器pc10的正输入端连接。压力传感器的正负输出端经滤波电路与主控单元连接，用于输出压强信号。其中，滤波电路为第五电阻r5与电容cl2组成的lc滤波电路。在具体实施中，假设压力传感器的正负输入端的等效电阻阻值均为 r
in
，根据同相放大原理，运算放大器u1a输出端电压u0为：
58.u0＝u
+
*(1+r4+r
in
)/r3；
59.其中，u
+
为运算放大器u1a正向输入端电压，r4为第四电阻r4的阻值， r3为第三电阻r3的阻值。由于运算放大器u1a的输入端为高阻态，所以 u1a的反向输入端电流近似为0，假设压力传感器驱动端in
+
、in-的电流为 i
in
，则
60.u0＝(r4+r3+r
in
)*i
in
；
61.再根据运算放大器u1a虚短、虚断的原理可知：
62.u
+
＝u-；
63.i
in
＝u
+
/r3；
64.其中，u-为运算放大器u1a反向输入端电压。当压力传感器检测到压力时，传感器内部的压感元件会发生变化，从而产生输出信号并将输出信号发送至控制单元3，以便控制单元3计算压强信息。
65.在具体实施中，温度传感单元5中所使用的温度传感器可以为热电阻型传感器或热电偶型传感器。控制单元3根据待检测环境的实际情况或用户指令选择相应类型的温度传感器，以提高检测精度。
66.图3为本技术实施例所提供的一种热电偶型温度传感单元的结构图，如图3所示，当选用热电偶型温度传感器时，检测电路com和t接口接热电偶型温度传感器的两端，ntc热
敏电阻主要用于测量当前工作环境的温度，与热电偶型温度传感器搭配应用，以提供温度补偿，防止工作环境温度对检测结果的干扰。pt3.6端为控制单元的主控端，用于输出1.2v参考电压，以为ntc热敏电阻rt1提供一个恒压源。当环境温度变换时rt1 的阻值也跟着变化。如图3所示，ntc热敏电阻rt1的阻值为：
[0067][0068]
其中，rt1为电阻rt1的阻值，r6为电阻r6的阻值，r8为电阻r8的阻值；再根据ntc热敏电阻出厂标定的数据，计算出当前工作环境的温度。热电偶连接到t端通过rc滤波到aio0获得模拟量vao0，再根据热电偶的型号计算出温度值加上当前环境的温度就可以采集到测量点的温度。
[0069]
图4为本技术实施例所提供的一种热电阻型温度传感单元的结构图，如图4所示，当选用热电阻型温度传感器时，com，t和r接口接热电阻传感器的三端，例如pt100温度传感器，com与t接传感器内部热电阻 rt2的公共端，r接传感器内部热电阻rt2的另一端。com端为热电阻温度传感器提供一个1.2v参考源，当温度变化时热电阻温度传感器内部的热电阻rt2也随之变化。t端和r端分别接到热电阻rt2的两端。经rc滤波电路接到主控单元的第一端和第二端发送的控制信号vaio0和vaio1。当热电阻温度传感器的供电线路较长时，供电线路的阻抗会导致检测结果出现误差，假设传感器的线材、长短、半径均相同，如图4所示，com到 rt2的1脚线长的电阻rs，t到rt2的1脚线上的电阻rs，rt2到r端的线上电阻也为rs。已知参考电压v
com
＝1.2v，则com和t端的电压为
[0070][0071]
其中，v
com
为com端电压，v
t
为t端电压，r
14
为电阻r14的阻值， rs为电阻rs的阻值。则热电阻温度传感器内部热电阻rt2的阻值即为
[0072]
rt2＝vaio0-vaio1-(2*rs*vaio1/r
16
/(vaio1/r
16
)；
[0073]
其中，rt2为电阻rt2的阻值，r
16
为电阻r16的阻值。
[0074]
计算出rt2的阻值后，再根据传感器出厂标定的数据就可以计算出测量点的温度。这种方式消除了传感器线材过长线上的阻抗，提高了测量的精度。采用1.2v作为公共参考源也可以消除由于导线过长引入到线上的噪声源，防止adc的参考地抬升造成测量不准。电阻r6、电阻r8、电阻r14、电阻r16都采用低温飘高精度电阻，避免温度过高电阻温漂过大，采集的数据不准确。
[0075]
在本实施例中，提供了一种温度采集单元和压力采集单元，且通过计算线上阻抗提高检测结果的准确度。
[0076]
此外，本技术实施例还提供了一种温度压力采集系统，除包括上述温度压力采集装置外，还包括服务器等终端设备。
[0077]
本实施例提供了一种温度压力采集系统，包括上述温度压力采集装置，该装置包括：有线数据传输单元和无线数据传输单元、控制单元、传感器单元，传感器单元包括温度传感单元和压力传感单元，以用于检测环境温度和压力。控制单元与传感器单元连接，用于获取传感器单元采集到的检测信号。控制单元分别与有线数据传输单元、无线数据传输单元连接，用于选择通过有线数据传输单元传输检测信号；或通过无线数据传输单元传输检
测信号。在本技术所提供的方案中，通过不同类型的数据传输单元在不同环境中传输检测信号，防止由于环境干扰导致无法获取检测信号，提高温度压力采集装置的适用范围。
[0078]
以上对本实用新型所提供的温度压力采集装置和系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
[0079]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。