专利名称：一种超导重力仪环境温湿度智能监控器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超导重力仪监控装置，尤其涉及一种超导重力仪环境温湿度智能监控器，可应用于测量、地震及其它部门。
背景技术：
超导重力仪利用超导电流固有的稳定性，用磁悬浮替代了传统重力仪的机械弹簧悬挂，因而具有极高的灵敏度，是当今世界上精度最高的重力仪之一。它不仅可以用来检测和研究固体地球的潮汐、自由核章动、自由振荡、自转变化以及地壳的构造运动等地球动力学现象；还可以用来研究大气、海洋和地下水等各圈层的相互作用和重力场的耦合效应，为现代大地测量和空间测量技术提供观测基准。由于超导重力仪所具有的高灵敏度，极易受到环境温度和湿度变化的影响，导致精度下降，难以满足科研工作的需要。目前的超导重力仪，存在以下几个方面的问题1、不具备实时显示其环境温、湿度的能力；2、不能在环境温、湿度超出用户设定范围时，自动进行声、光报警，提醒维护人员及时到达现场进行处理；3、不能在环境温、湿度超出设定范围时，自动开启空调与除湿机，达到改善超导重力仪工作环境的目的；亦不能在温、湿度超出最大设定范围时，迅速切断超导重力仪的电源，达到保护超导重力仪的目的；4、不能将超导重力仪的环境温、湿度数据输出到计算机记录系统加以存贮，以作为消除环境温、湿度对重力测量数据影响的数据改正之用。
发明内容本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的上述问题和不足，而提供一种超导重力仪环境温湿度智能监控器。本实用新型的目的是这样实现的其一是采用传感器和微机技术，集监测、控制于一体，实现对超导重力仪环境温、 湿度的实时显示和监控；其二是在温、湿度超出设定范围时，开启空调与除湿机，达到改善超导重力仪工作环境的目的；在温、湿度超出最大设定范围时，可在声、光报警的同时，迅速切断超导重力仪的电源，达到保护超导重力仪的目的；其三是将当前温、湿度的结果数据通过通讯接口，输出到计算机记录系统；其四是结构简单、精度高、功耗低。具体地说，本装置由湿度传感器，电阻支路，温度传感器，电容支路，控制处理器， 第1、2驱动器，第1、2继电器，空调与除湿机，字符显示器，RS-232通讯接口，参考电压，设置键，选择键，计算机记录系统，超导重力仪，报警指示和报警器组成；[0017]其连接关系是参考电压与控制处理器连接；湿度传感器、电阻支路、控制处理器依次连接，与参考电压一道，获取湿度信息；温度传感器、电容支路、控制处理器依次连接，与参考电压一道，获取温度信息；控制处理器和字符显示器连接，显示湿度和温度；控制处理器、RS-232通讯接口和计算机记录系统依次连接，记录湿度和温度的信息；设置键和选择键分别与控制处理器连接，操作控制处理器；控制处理器、第1驱动器、第1继电器和空调与除湿机依次连接，控制空调与除湿机；控制处理器、第2驱动器、第2继电器和超导重力仪依次连接，控制超导重力仪；报警指示和报警器分别与第2继电器连接，报警。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和积极效果1、装置采用单片微机控制，结构简单，操作方便，抗干扰能力强，具有较低的功耗；2、可全天候、连续实时提供对超导重力仪环境温、湿度的监测；3、装置还具有设置、切换能力，用户可通过键盘进行所测温度传感器的电阻值、湿度传感器的电容值以及它们所对应的当前环境温度、湿度等观测数据的显示切换以及报警阈值的设定；4、装置还可在环境温、湿度超出设定范围时，自动进行声、光报警，提醒维护人员及时到达现场进行处理；5、装置可以在温、湿度超出设定范围时，自动开启空调与除湿机，达到改善超导重力仪工作环境的目的；6、装置可以在温、湿度超出最大报警阈值时，迅速切断超导重力仪的电源，达到保护超导重力仪的目的；7、装置的RS-232通讯接口可以将超导重力仪环境的温、湿度数据，经由串行通讯电缆，输出到计算机记录系统存贮，作为今后分析研究之用；8、装置利用控制处理器内置的精确模拟比较器用于检测温、湿度信号的模/数转换，不仅省去了通常所需要的A/D转换器，以及必须相应配置的调理电路，降低了成本，减小了装置的体积，也使得控制变得容易，资源的占用减至最少；9、装置将字符显示器传统的8位数据传输方式改为4位传输，减少了口线资源的占用，使线路得以减化。10、装置除了将继电器输出与超导重力仪、空调与除湿机的电源线连接之外， 无须对原有的超导重力仪系统进行任何改动，具有推广应用价值。
图1是本实用新型的结构方框图；图2是本实用新型的电路原理图。其中[0041]1—湿度传感器；[0042]2—电阻支路；[0043]3—温度传感器；[0044]4—电容支路；[0045]5—控制处理器；[0046]6、9一第1、2驱动器；[0047]7、:LO-H 1、2继电器[0048]8—-空调与除湿机；[0049]11-一字符显示器；[0050]12-—RS-232通讯接口[0051]13-一参考电压；[0052]14-一设置键；[0053]1 δ-一选择键；[0054]16-一计算机记录系统[0055]1 δ-一超导重力仪；[0056]ι 9-一报警指示；[0057]20-一报警器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明。一、总体由图1可知，本实用新型由湿度传感器1，电阻支路2，温度传感器3，电容支路4， 控制处理器5，第1、2驱动器6、9，第1、2继电器7、10，空调与除湿机8，字符显示器11， RS-232通讯接口 12，参考电压13，设置键14，选择键15，计算机记录系统16，超导重力仪 18，报警指示19和报警器20组成；其连接关系是参考电压13与控制处理器5连接；湿度传感器1、电阻支路2、控制处理器5依次连接，与参考电压13 —道，获取湿度 fn息；温度传感器3、电容支路4、控制处理器5依次连接，与参考电压13 —道，获取温度 fn息；控制处理器5和字符显示器11连接，显示湿度和温度；控制处理器5、RS_232通讯接口 12和计算机记录系统16依次连接，记录湿度和温度的信息；设置键14和选择键15分别与控制处理器5连接，操作控制处理器5 ；控制处理器5、第1驱动器6、第1继电器7和空调与除湿机8依次连接，控制空调与除湿机8 ；控制处理器5、第2驱动器9、第2继电器10和超导重力仪18依次连接，控制超导重力仪18 ；[0070]报警指示19和报警器20分别与第2继电器10连接，报警。本实用新型的工作原理是利用控制处理器5内置的两个精确模拟比较器分别用于检测超导重力仪环境温、湿度信号的模/数转换，通过读取其定时器所计时的温、湿度传感器所在充放电路的充电时间，来获取当前环境温、湿度的结果数据。这不仅省去了通常所需要的A/D转换器以及必须相应配置的调理电路，降低了成本，减小了装置的体积，也使得控制变得容易，资源的占用减至最少。在完成上电自检后，湿度传感器1与电阻支路2组成的充放电路，温度传感器3 与电容支路4组成的充放电路，分别开始自动充电，与此同时控制处理器5的定时器开始计时。当充电电压达到参考电压，内置的比较器输出端出现上升沿的瞬间，控制处理器5立即从定时器中读取充电时间。根据充电时间与所测环境温、湿度的关系，进行相应的计算处理，即可获得当前环境温、湿度的结果数据。控制处理器5 —方面将获得的温、湿度的结果数据提取出来，转换为ASC II码，以数字显示的方式在字符显示器11上加以显示，连续实时提供高精度的环境温、湿度信息；同时，还通过RS-232通讯接口 12，将当前环境温、湿度的结果数据以9600baud的波特率输出串行数据，提供给计算机记录系统16，作为今后分析研究之用。另一方面，还定时与用户通过设置键14所设定的报警阈值进行比较，若发现温度或湿度超出设定的范围，即通过继电器7控制，启动空调与除湿机8，达到改善超导重力仪工作环境的目的；一旦发现温度或湿度超出设定的最大报警阈值，则通过继电器10控制， 在报警器20、报警指示19声、光报警的同时，迅速切断超导重力仪18的电源，达到保护超导重力仪的目的。二、功能块图2是和图1对应的电路原理图。*湿度传感器1湿度传感器1选用PHILIPS公司的高分子湿敏电容式湿度传感器。*温度传感器3温度传感器3选用Honeywell公司的TD5A电阻式温度传感器。*控制处理器5控制处理器5选用PHILIPS公司的P87LPC762及其配套电路，它是整个系统处理、 操作和控制的中心，一切信号的接收、存贮、显示和控制均在它的监控之下进行。P87LPC762 内置的2个模拟比较器分别用于环境温、湿度检测信号的A/D转换。控制处理器5的内部存贮器分为程序和数据存贮器两部分。其中，管理、监控程序存放于程序存贮器中，中间结果数据存放于数据存贮器中。SSl晶体振荡器与电容C3、C4组成12MHz的晶体振荡电路，与控制处理器5的XI、 X2引脚相连构成内部振荡方式，用来提供控制处理器5内各种微操作的时间基准。电容C5、电阻R5构成自动上电复位电路，使装置从0000H地址单元开始执行监控程序。*第1、2驱动器6、9和第1、2继电器7、10第1驱动器6和第1继电器7的结构是隔直电容CO与三极管m的基极相连，三极管m的发射极与三极管N2的基极相连，三极管N2的发射极与地相连；+5V电源与继电器7的RELl线圈绕组的一端相连，RELl线圈绕组的另一端与三极管附、N2的集电极相连；偏置电阻RO为复合三极管m与N2提供偏置电压。第2驱动器9和第2继电器10的结构是隔直电容Cl与三极管N3的基极相连， 三极管N3的发射极与三极管N4的基极相连，三极管N4的发射极与地相连；+5V电源与继电器10的REL2线圈绕组的一端相连，REL2线圈绕组的另一端与三极管N3、N4的集电极相连；偏置电阻RlO为复合三极管N3与N4提供偏置电压。二极管Dl与第1继电器7的RELl线圈绕组相并连，二极管D2与第2继电器10 的REL2线圈绕组相并连，防止反相过冲电流，分别为REL1、REL2线圈绕组提供保护。电感L的一端与电容C9的正端和REL2-1的一端相连，L的另一端与电容C8以及 +5V电源相连；C8、C9的负端与地相连。在三极管Ni、N2共同构成的复合三极管导通时，+5V电源为RELl线圈绕组供电； 在三极管N3、N4共同构成的复合三极管导通时，+5V电源为REL2线圈绕组供电；R6为报警指示19提供分流保护；电感L、电容C8、C9共同构成+5V电源的滤波电路，平滑报警器20 间歇发声时形成的干扰。RELl触点平时处于断开状态，220V的交流电压没有接入，空调与除湿机8不工作； REL2-1触点平时处于闭合状态，使220V的交流电压能够加在超导重力仪18的电源线上，超导重力仪正常工作；常开触点REL2-2处于断开状态，无电流通过报警器20与报警指示19 (红色发光二极管L2)，报警器20不发声示警，报警指示19不闪烁。当控制处理器5查询到温度或湿度超出设定的报警阈值，则通过Pl. 4脚，输出高电平，经驱动器6的电容CO和三极管m、N2驱动继电器7的RELl，使其常开触点闭合，220V 的交流电压接入，启动空调与除湿机8，达到改善超导重力仪工作环境的目的。一旦控制处理器5查询到温度或湿度超出设定的最大报警阈值，则通过Pl. 3脚， 输出高电平，经电容Cl和三极管N3、N4驱动继电器10的REL2，使其常闭触点REL2-1处于断开状态，迅速切断超导重力仪18的电源，达到保护超导重力仪的目的；同时常开触点 REL2-2闭合，+5V电压接入，报警器20间歇发声示警，报警指示19闪烁。*空调与除湿机8空调与除湿机8为常用产品。*字符显示器11字符显示器11选用OPTREX公司的DMC16230。将字符显示器11传统的8位数据传输方式改为4位传输，即控制处理器5在4位数据总线形式下，按照先传输高4位再传输低4位的顺序，分两次向字符显示器11发送8 位指令代码或数据，减少了控制处理器5有限的可供编程的I/O 口线资源的占用，使线路得以减化。字符显示器11的4位并行数据总线直接与控制处理器5的Pll、P12、P16、P17 脚联接；而P03、P06、P07脚分别接入字符显示器11的使能E、读/写选择R/W、指令/数据寄存器选择RS信号线。背景光开关S4合上时，5V电压加至字符显示器11的背光照明源， 令其发光，使装置能在弱光或黑暗的条件下使用。由于控制处理器5输出的串行数据是0-5V的TTL电平，而计算机记录系统16配置的是RS-232C标准的串行接口，二者的电气规范不一致，不能直接进行通讯。为此，增设了串行收发器MAX202，由控制处理器5的串行口 T)(D输出端，通过收发器实现装置与计算机记录系统的异步串行通讯。[0099]* RS-232 通讯接口 12RS-232 通讯接口 12 选用 MAX 公司的 MAX202。*参考电压13、电阻支路2和电容支路4R3和R4分压+5V电压，生成的参考电压加到控制处理器5模拟比较器的反相输入端CMP ；由作为湿敏电容式湿度传感器1的电容CT与电阻Rl、Rll构成的电阻支路2共同组成充放电路，其输出端连至模拟比较器的正相输入端Cim ；由作为电阻式温度传感器 3的电阻RT和电阻R2、电容C2构成的电容支路4共同组成另一充放电路，其输出端连至模拟比较器的正相输入端CIN2。检测开始时，湿度传感器1和温度传感器3各自所在的充放电路分别开始充电；与此同时，P87LPC762定时器开始计时。当充电电压达到参考电压、比较器输出端出现上升沿的瞬间，分别从定时器中读取RllCT或RTC2的充电时间。根据充电时间与所测湿度、温度的关系，P87LPC762进行相应的计算处理，即可分别获得当前温、湿度的结果数据。*设置键14设置键14接入控制处理器5的P0. 1脚，在按键按下时触发其对应的中断，在字符显示器11屏幕菜单的提示下，由用户依次输入温、湿度的报警阈值。*选择键15选择键15接入控制处理器5的P0. 0脚，在按键按下时触发其中断，在字符显示器 11屏幕菜单的提示下，采用翻页方式，依次实时显示温度传感器的电阻值、湿度传感器的电容值以及对应的环境温度与湿度信息。*计算机记录系统16计算机记录系统16为常用产品。*超导重力仪18超导重力仪18是本系统的工作对象。*报警指示19、报警器20报警指示19和报警器20的结构是电阻R6与发光二极管L2相并连，它们的一端与报警器20的一端相连，另一端与报警开关S3相连；电阻R7 —端与报警开关S3相连，其另一端与发光二极管L3相连，L3的另一端与地相连。报警器20另一端与继电器REL2-2 相连。报警开关S3同时控制报警器20和作为报警开关指示的黄色发光二极管L3。当它合上时，报警开关指示L3的+5V供电接入，黄色发光二极管L3发光，表示报警开关S3合上。当开关S3断开时，由于切断了报警器20的电流通路以及报警开关指示L3的+5V供电， 即便此刻温度或湿度超出设定的报警阈值，继电器10常开触点REL2-2闭合，也不会有电流通过报警器20，报警器20不发声示警；此时发光二极管L3也不发光，不致对维护人员的工作形成干扰。三、工作程序根据以上设计原理，本实用新型采用以下程序1、主程序主程序的功能是对各接口进行初始化设置字符显示器11与控制处理器5串行端口的工作方式、键盘中断方式以及给堆栈、数据存贮单元和标志单元预置初值等。在完成上
8电自检后，读取标志单元中的当前页号，装入并显示相应的页内容。通过控制处理器5相关的I/O 口线，控制充放电路充电、定时器计时过程，根据充电时间与所测温、湿度的电阻、电容的关系，控制处理器进行相应的计算处理，在获得当前所测温、湿度的计数值以后，通过查表方式，将预置在数据存贮单元中对应的环境温、湿度结果数据提取出来，转换为ASC II 码，在字符显示器11上加以显示；并通过RS-232通讯接口 12输出串行数据，然后对充放电路放电，为下一轮的检测进行准备。程序根据设置键所确定的报警阈值，定时与当前所测环境温、湿度结果数据进行比较，当查询发现超过报警阈值，则通过继电器7控制，启动空调与除湿机8，改善超导重力仪工作环境状态；一旦发现超过最大报警阈值，则通过继电器10控制，在使报警指示19闪烁，报警器20间歇发声的同时，迅速切断超导重力仪18的电源，达到保护超导重力仪的目的；与此同时，字符显示器11闪烁显示“告警！温度(或湿度)超出最大设定值！ ”的提示信息。只有在当前温度(或湿度)的结果数据低于报警阈值后，控制处理器5方才退出报警状态。重又返回上述过程。当接收到设置键14或选择键15发出中断请求时，控制处理器5将停止执行主程序转而去执行中断子程序。在子程序结束后，方又回到原来执行的主程序继续工作。主程序采用模块结构，各模块之间互相独立。2、中断服务程序通过设置控制处理器5内部所带有的多键盘组合的KBI寄存器，使设置键14或选择键15被按下时，分别触发各自对应的中断，进入本中断服务程序，在关中断、保护现场后，根据设置键14或选择键15当前所设定的状态，替换掉原来的页号，从数据存贮器中取出与新页号相对应的页内容，以便在主程序中进行所测温度传感器的电阻值、湿度传感器的电容值以及它们所对应的当前环境温度、湿度等观测数据的显示切换或者报警阈值的设定。在开中断、恢复现场后，执行RETI指令，中断返回到主程序。
权利要求1.一种超导重力仪环境温湿度智能监控器，其特征在于由湿度传感器(1)，电阻支路(2)，温度传感器(3)，电容支路(4)，控制处理器(5)，第 1、2驱动器(6、9)，第1、2继电器(7、10)，空调与除湿机(8)，字符显示器(11)，RS-232通讯接口(12)，参考电压(13)，设置键(14)，选择键(15)，计算机记录系统(16)，超导重力仪(18),报警指示(19)和报警器(20)组成； 其连接关系是参考电压(13)与控制处理器(5)连接； 湿度传感器(1)、电阻支路(2 )和控制处理器(5 )依次连接； 温度传感器(3)、电容支路(4)和控制处理器(5)依次连接； 控制处理器(5)和字符显示器(11)连接；控制处理器(5)、RS-232通讯接口(12)和计算机记录系统(16)依次连接； 设置键(14 )和选择键(15 )分别与控制处理器(5 )连接； 控制处理器(5)、第1驱动器(6)、第1继电器(7)和空调与除湿机(8)依次连接； 控制处理器(5)、第2驱动器(9)、第2继电器(10)和超导重力仪(18)依次连接； 报警指示(19)和报警器(20)分别与第2继电器(10)连接。
2.按权利要求1所述的超导重力仪环境温湿度智能监控器，其特征在于 控制处理器(5)选用PHILIPS公司的P87LPC762及其配套电路。
3.按权利要求1所述的超导重力仪环境温湿度智能监控器，其特征在于第1驱动器6和第1继电器7的结构是隔直电容CO与三极管m的基极相连，三极管 Nl的发射极与三极管N2的基极相连，三极管N2的发射极与地相连；+5V电源与继电器(7) 的RELl线圈绕组的一端相连，RELl线圈绕组的另一端与三极管附、N2的集电极相连；偏置电阻RO为复合三极管m与N2提供偏置电压；第2驱动器(9)和第2继电器(10)的结构是隔直电容Cl与三极管N3的基极相连， 三极管N3的发射极与三极管N4的基极相连，三极管N4的发射极与地相连；+5V电源与继电器(10)的REL2线圈绕组的一端相连，REL2线圈绕组的另一端与三极管N3、N4的集电极相连；偏置电阻RlO为复合三极管N3与N4提供偏置电压。
4.按权利要求1所述的超导重力仪环境温湿度智能监控器，其特征在于参考电压 (13)、电阻支路(2)和电容支路(4)是R3和R4分压+5V电压，生成的参考电压加到控制处理器(5)模拟比较器的反相输入端CMP;由作为湿敏电容式湿度传感器(1)的电容CT与电阻R1、R11构成的电阻支路(2)共同组成充放电路，其输出端连至模拟比较器的正相输入端cmi ；由作为电阻式温度传感器 (3)的电阻RT和电阻R2、电容C2构成的电容支路(4)共同组成另一充放电路，其输出端连至模拟比较器的正相输入端CIN2。
5.按权利要求1所述的超导重力仪环境温湿度智能监控器，其特征在于报警指示(19)、报警器(20)电阻R6与发光二极管L2相并连，它们的一端与报警器(20)的一端相连，另一端与报警开关S3相连；电阻R7 —端与报警开关S3相连，其另一端与发光二极管L3相连，L3的另一端与地相连，报警器(20)另一端与继电器REL2-2相连。
专利摘要本实用新型公开了一种超导重力仪环境温湿度智能监控器，涉及超导重力仪监控装置。本实用新型的结构是参考电压和控制处理器连接；湿度传感器、电阻支路和控制处理器依次连接；温度传感器、电容支路和控制处理器依次连接；控制处理器和字符显示器连接；控制处理器、RS-232通讯接口和计算机记录系统依次连接；设置键和选择键分别与控制处理器连接；控制处理器、第1驱动器、第1继电器和空调与除湿机依次连接；控制处理器、第2驱动器、第2继电器和超导重力仪依次连接；报警指示和报警器分别与第2继电器连接。本实用新型结构简单，操作方便，抗干扰能力强，具有较低的功耗；可全天候、连续实时提供对超导重力仪环境温、湿度的监测。
文档编号G05D27/02GK202018612SQ20112006972
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者周百力, 罗少聪 申请人:中国科学院测量与地球物理研究所