专利名称：一种单总线数字温湿度传感器及其在线实时监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于温湿度监控研究领域，特别涉及一种单总线数字温湿度传感器，以及基于此温湿度传感器的在线实时监控系统。
背景技术：
温湿度传感器是各行各业应用最广泛的传感器。它的性能会直接影响到温湿度测量系统的准确度和可靠性。由于技术和成本原因，目前采用的温湿度传感器大多是传统的模拟式传感器，尤其是可靠的湿度测量仍然停留于干湿球测量法。这种测量方法不仅使用麻烦，而且常常受到应用场合的限制。目前市面上的一些湿度传感器虽然克服了干湿球法的弊病，但是其数据准确度和稳定性却也受到质疑。应用传统的温湿度传感器时不仅要设计信号调理电路，还需进行复杂的标定和校准，并且它们的线性度、老化漂移等重要的指标·还不尽人意，受环境(温度、尘埃等)的影响很大，所以，即使进行了标定和校准，由于其可靠性和稳定性差，测量的精准度也难以保证。在仓库管理、图书保存、电力设施无人值守站和工业测量等工作过程中，环境条件中的温湿度指标是需要实时监测的重要参数，实现对温度和湿度的监控具有十分重大的意义。但目前常用的许多温湿度实时测控装置往往单站化、布线施工麻烦、可扩展性不强，并且不能实现智能化。因此，设计一种智能化程度高、测量精准度高的温湿度传感器极具现实意义，而将该传感器进一步应用于各个测量场合，构成实时在线系统，必然能够大大提高现有系统的智能化程度。
实用新型内容本实用新型的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种单总线数字温湿度传感器，该传感器可靠性、准确性、稳定性高且具有安装方便、数字化程度高、适应性强等特点。本实用新型的另一个目的在于提供一种基于上述单总线数字温湿度传感器的在线实时监控系统，该监控系统布置简单、可扩展性强，且智能化程度高。本实用新型的目的通过以下的技术方案实现一种单总线数字温湿度传感器，包括湿度传感单元、温度传感单元、数据处理单元及单总线单元，温度传感单元用于检测环境温度，并将温度信号通过单总线单元传递到数据处理单元，湿度传感单元用于检测环境湿度，并将湿度信号通过单总线单元传递到数据处理单元，单总线单元是一根采用单总线技术进行信号传输的数据线。优选的，所述温度传感单元采用温度传感器DS18B20。DS18B20是美国DALLAS/MAX頂公司生产的数字式温度传感器。DS18B20具有“单总线”(l_wire)结构和传输协议，单片集成，无外接元器件，数字化输出，由总线提供电源，也可用数据线供电，具有体积小、功耗低、性能稳定、测量精度高的优点。[0009]优选的，所述湿度传感单元采用湿度传感器HIH4000。HIH4000是美国Honeywell公司于2005年底推出的热固聚酯电容式湿度传感器，该传感器具有线性放大输出、工厂标定等功能，而且其独特的多层结构能很好地抵抗环境的侵蚀，如湿气、尘埃、脏物、油、一些化学品等。HIH4000是专为原始设备制造厂(OEM)大批量生产而设计，具有仪表级测量性能、低成本、SIP封装等特点以及线性化处理的湿度/电压输出、优良的一致性和可靠性等技术，为开发高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测量电路提供了必要的条件。所述数据处理单元采用单片机MegaS。该单片机内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，如定时/计数器、实时时钟、PWM通道、A/D转换器、12C的串行接口、可编程的串行USART接口、SPI串行接口和带片内晶振的可编程看门狗定时器以及片内的模拟比较器等，除传感器外几乎可以不需要其它任何元件独立而构成系统。由于采用了单周期指令模式，它具有极高的运行速度，可达到lMIPS/MHz，比AT89C51高出10倍。并且在省电性能、稳定性、抗干扰性能和灵活性方面极具特色。所述单总线单元采用单总线技术进行信号传输。单总线只是一根数据线，设备(温度传感器或者湿度传感器或者单片机)通过一个漏极开路或三态端口，连接至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线。目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。其中I2C总线以同步串行2线方式进行通信(一条时钟线，一条数据线)，SPI总线则以同步串行3线方式进行通信(一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线)，而SCI总线是以异步方式进行通信(一条数据输入线，一条数据输出线)的。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。美国的达拉斯半导体公司(DALLAS SEMICONDUCTOR)推出了一项特有的单总线(1-ffire Bus)技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。优选的，所述单总线数字温湿度传感器还包括显示器，显示器与数据处理单元相连。用于将数据处理单元得到的传感器数字信号实时的显示出来。优选的，所述单总线数字温湿度传感器还包括环境条件异常告警模块。方便设备操作和仪器管理。一种基于上述单总线数字温湿度传感器的在线实时监控系统，包括若干个单总线数字温湿度传感器和一个工控机，单总线数字温湿度传感器设置在各个测量点，其内部的单片机一端和温度传感单元、湿度传感单元通过单总线单元连接，另一端通过RS-485总线与工控机连接。单片机也就是下位机负责采集各个传感单元上的数字信号，并把数字信号传回工控机即上位机；而上位机的主要功能是向各下位机发出检测命令，把接收到的数字信号转为实际数据，并能进行数据显示、历史数据分析、故障报警、报表打印等。该系统结构简单、检测准确性高，且易于安装和维护。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果I、本实用新型运用单总线技术实现湿温度单元与数据采集单元之间的数据传输，单总线(1-Wire Bus)技术与现有总线不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单、硬件开销少、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点。[0017]2、本实用新型中的单总线数字湿温度传感器体积小、价格低，湿度测量范围为O 100%RH，准确度为±0. 01%RH ;温度测量范围为-40 125°C，准确度为±0. 5°C，测量精度和准确度高。3、本实用新型中的单总线数字湿温度传感器主要功能是测量温湿度，应用范围非常广泛，如各种武器系统、航天与航空飞行器、船舰设备、各种自动化设备、机电设备等，各种设备机柜内部、电子组合内部、电路板上功率器件旁边、通风道内部、要求散热良好和通风良好的设备；如工业生产过程控制、发电厂、热电厂、大型中央空调设备用户端、自动化生产线、农业养殖、温棚、温室、干燥房、粮食仓库等等。由于这种传感器在多点测试、远距离分散测试、安装现场受空间条件限制(如埋入大型电机绕线内部，通风道内部)、集中控制等方面的应用显示出极大的优点。监测温湿度信号是在监测点的相应位置安装温湿度传感器，将温湿度信号引至数据处理模块，既提供监测点全面监测的方法和手段，又为管理和决策人员提供可视化状态。4、本实用新型中的在线实时监控系统具有成本低、安装简便、维护方便、可靠性高的优点。采用在线监测系统对温湿度信号进行监测、分析，能对环境的潜在变化提前进行判定，从而管理人员可根据环境温湿度信号及早提出应对方案。
图I是本实用新型温湿度传感器的结构示意图；图2是本实用新型中单总线的硬件接口示意图；图3是本实用新型在电子设施温湿度监控系统中的应用。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例I如图I所示，本实施例一种单总线数字温湿度传感器，包括湿度传感单元、温度传感单元、数字与数据处理单元及单总线单元，温度传感单元用于检测环境温度，并将温度信号通过单总线单元传递到数字与数据处理单元，湿度传感单元用于检测环境湿度，并将湿度信号通过单总线单元传递到数字与数据处理单元，单总线单元是一根采用单总线技术进行信号传输的数据线。美国的达拉斯半导体公司(DALLAS SEMICONDUCTOR)推出了一项特有的单总线(1-Wire Bus)技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，单总线单元的硬件接口如图2所示，设备(温度传感器或者湿度传感器或者单片机)通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线，单总线通常要求外接一个约为4. 7kΩ的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。不管什么原因，如果传输过程需要暂时挂起，且要求传输过程还能够继续的话，则总线必须处于空闲状态，位传输之间的恢复时间没有限制，只要总线在恢复期间处于空闲状态高电平。如果总线保持低电平超过，480us总线上的所有器件将复位，另外，在寄生方式供电时，为了保证单总线器件在某些工作状态下(如温度转换期间、EEPROM写入等)具有足够的电源电流，必须在总线上提供强上拉，如图2所示的M0SFET。主机和从机之间的通信可通过3个步骤完成，分别为初始化Ι-wire器件、识别Ι-wire器件和交换数据。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问Ι-wire器件都必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、ROM、命令功能命令。如果出现序列混乱，Ι-wire器件将不响应主机(搜索ROM命令，报警搜索命令除外)。本实施例中，温度传感单元采用温度传感器DS18B20。湿度传感单元采用湿度传感器HIH4000。数据处理单元采用单片机MegaS。另外，数据处理单元还与显示器、环境条件异常告警模块相连，显示器是用于将数据处理单元得到的传感器数字信号实时的显示出来。环境条件异常告警模块是在检测的环境条件出现异常时对外发出报警，方便设备操作和仪器管理。将本实施例所述的单总线数字温湿度传感器应用于在线实时监控，进而可得到如图3所示的在线实时监控系统，该系统包括若干个单总线数字温湿度传感器和一个工控机，单总线数字温湿度传感器设置在各个测量点，其内部的单片机一端和温度传感单元、湿度传感单元通过单总线单元连接，另一端通过RS-485总线与工控机连接。该系统主要由·两级通信网络构成。一级网络对应上位机(工控机)为主站，下位机(单片机)为子站的RS-485网；二级网络则由“单总线”技术构成。下位机负责采集传感器上的数字信号，并把数字信号传回上位机；而上位机的主要功能则是向各下位机发出检测命令，把接收到的数字信号转为实际数据，并能进行数据显示、历史数据分析、故障报警、报表打印等。该系统结构简单、检测准确性高，且易于安装和维护。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种单总线数字温湿度传感器，其特征在于，包括湿度传感单元、温度传感单元、数据处理单元及单总线单元，温度传感单元用于检测环境温度，并将温度信号通过单总线单元传递到数据处理单元，湿度传感单元用于检测环境湿度，并将湿度信号通过单总线单元传递到数据处理单元，单总线单元是一根采用单总线技术进行信号传输的数据线。
2.根据权利要求I所述的单总线数字温湿度传感器，其特征在于，所述温度传感单元采用温度传感器DS18B20。
3.根据权利要求I所述的单总线数字温湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感单元采用湿度传感器HIH4000。
4.根据权利要求I所述的单总线数字温湿度传感器，其特征在于，所述数据处理单元采用单片机Mega8。
5.根据权利要求I所述的单总线数字温湿度传感器，其特征在于，所述单总线数字温湿度传感器还包括显示器，显示器与数据处理单元相连。
6.根据权利要求I所述的单总线数字温湿度传感器，其特征在于，所述单总线数字温湿度传感器还包括环境条件异常告警模块，环境条件异常告警模块与数据处理单元相连。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的单总线数字温湿度传感器的在线实时监控系统，其特征在于，包括若干个单总线数字温湿度传感器和一个工控机，单总线数字温湿度传感器设置在各个测量点，其内部的单片机一端和温度传感单元、湿度传感单元通过单总线单元连接，另一端通过RS-485总线与工控机连接。
专利摘要本实用新型公开了一种单总线数字温湿度传感器以及基于该传感器的在线实时监控系统，该传感器包括湿度传感单元、温度传感单元、数据处理单元及单总线单元，温度传感单元检测环境温度，并将温度信号通过单总线单元传递到数据处理单元，湿度传感单元检测环境湿度，并将湿度信号通过单总线单元传递到数据处理单元，单总线单元是一根采用单总线技术进行信号传输的数据线。该系统包括若干个单总线数字温湿度传感器和一个工控机，单总线数字温湿度传感器设置在各个测量点，其内部的单片机一端和温度传感单元、湿度传感单元通过单总线单元连接，另一端通过RS-485总线与工控机连接。该传感器具有安装方便、数字化程度高、精度高、适应性强等优点。
文档编号G05B19/418GK202710107SQ201220361968
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者黄军辉, 吴江, 吴楚珊, 黄玮天 申请人:黄军辉