一种湿度传感器的制作方法

本实用新型涉及一种湿度传感器，属于传感器技术领域。

背景技术：

近年来随着人工智能、大数据的快速发展，而智能传感器作为数据的最前端，智能传感器的需求量比较大，并具备网络、串口的通信功能，而传感器生产中，由于湿度传感器的一致性及稳定性不高，需要加入一定算法和引入调试方法，通过传感器输入输出部分的电压增加监测点，再利用单片机的强大的数据处理功能，使传感器的设计、生产、维护更加智能化。

技术实现要素：

本实用新型提出的是一种湿度传感器，其目的旨在提供一种能够具有数据处理功能的湿度传感器，为数据处理提供一个良好的硬件基础。

本实用新型的技术解决方案：一种湿度传感器，其结构包括湿度传感器取样电路（001），放大控制电路（002），A/D转换前置输入电路（004），单片机系统（005）， A/D转换前置输出电路（006），人机对话单元（007）；其中，湿度传感器取样电路（001）的第一信号输出端与放大控制电路（002）的第一信号输入端相连，湿度传感器取样电路（001）的第二信号输出端与A/D转换前置输入电路（004）的信号输入端相连，A/D转换前置输入电路（004）的信号输出端与单片机系统（005）的第一信号输入端相连，单片机系统（005）的第二信号输入端与人机对话单元（007）的信号输出端相连，单片机系统（005）的第三信号输入端与A/D转换前置输出电路（006）的信号输出端相连，单片机系统（005）的第一信号输入输出端与放大控制电路（002）的信号输入输出端相连，放大控制电路（002）的信号输出端与A/D转换前置输出电路（006）的信号输入端相连。

本实用新型的优点：

1）整个系统在输入VIN和输出VO都有监测点，与单片机系统和放大控制电路形成闭环控制，为后续使用时根据实际使用需要加入各种算法控制提供了良好的硬件设备；

2）在设计中，增加了按键和LED等，通过人机对话实现智能调试。

3）同时，为了扩展智能传感器的应用范围，增加通信接口，若通信接口在连接wifi模块，还可实现远程维护。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是湿度传感器取样电路001的结构示意图。

附图3是放大控制电路002的结构示意图。

附图4是A/D转换前置输入电路004的结构示意图。

附图5 是A/D转换前置输出电路006的结构示意图。

附图6是单片机系统005的工作流程示意图。

附图7是人机对话单元007的结构示意图。

附图8是接口模块008的结构示意图。

附图中001是湿度传感器取样电路，002是放大控制电路，003是驱动输出电路，004是A/D转换前置输入电路，005是单片机系统， 006是A/D转换前置输出电路，007是人机对话单元，008是接口模块。

具体实施方式

一种湿度传感器，其结构包括湿度传感器取样电路（001），放大控制电路（002），A/D转换前置输入电路（004），单片机系统（005）， A/D转换前置输出电路（006），人机对话单元（007）；其中，湿度传感器取样电路（001）的第一信号输出端与放大控制电路（002）的第一信号输入端相连，湿度传感器取样电路（001）的第二信号输出端与A/D转换前置输入电路（004）的信号输入端相连，A/D转换前置输入电路（004）的信号输出端与单片机系统（005）的第一信号输入端相连，单片机系统（005）的第二信号输入端与人机对话单元（007）的信号输出端相连，单片机系统（005）的第三信号输入端与A/D转换前置输出电路（006）的信号输出端相连，单片机系统（005）的第一信号输入输出端与放大控制电路（002）的信号输入输出端相连，放大控制电路（002）的信号输出端与A/D转换前置输出电路（006）的信号输入端相连。

所述湿度传感器还包括接口模块（008），接口模块（008）的信号输入输出端与单片机系统（005）的第二信号输入输出端相连接。

对照附图2，所述湿度传感器取样电路001中包括有高分子湿度传感器(RH)，所述高分子湿度传感器采用深圳市美特瑞科技发展有限公司的高分子电阻型湿度传感器；所述湿度传感器取样电路001中由R20电阻、C31电容、C32电容、R22电阻、R23电阻、R24电阻与运放U2A组建典型的RC桥式振荡电路，产生频率为1KHz、幅度为1V的正弦波为高分子湿度传感器提供电源，电路为了减少后面电路对前面电路的影响增加了一级运放U2B，起阻抗隔离的作用，为了减少后面电路对前面电路的影响增加了另一级运放U2C，起隔离的作用；C33电容为隔直电容；高分子湿度传感器(RH)与RT电阻、W3电阻进行分压，RT为温度补偿电阻，通过另一级运放U2C进行交流放大，二极管D4作用为半波整流，最后R5电阻与C30电容为1阶滤波，把交流变成直流；所述湿度传感器取样电路001的第一信号输出端、第二信号输出端分别向放大控制电路002的第一信号输入端、A/D转换前置输入电路004的信号输入端输入相同的取样电压VIN；所述湿度传感器取样电路001的第一信号输出端、第二信号输出端为一个共用输出端。

对照附图3，所述放大控制电路002包括变送器放大电路，零点控制电路，驱动输出电路003；所述变送器放大电路采用负反馈运放放大电路U2D，为了提高数字电位器调节精度，W2可编程电位器和R4电阻为反馈电阻，用于调节放大倍数，变送器放大电路主要为了满足智能湿度传感器的输出最大值要达到5V；所述零点控制电路采用典型的运放求和电路，运放求和电路包括1个正极性电路，1个负极性电路；所述负极性电路为湿度传感器取样电路（001）的第一信号输出端输出的取样电压（VIN），通过R9电阻接到负反馈运放放大电路（U2D）的负端；正极性电路包括12V电压端、W1可编程电位器、 R2电阻、R3电阻、模拟地，12V电压端与外部12V电源相接，W1可编程电位器中心抽头通过R11电阻也接到负反馈运放放大电路（U2D）的负端，只要R9电阻与R11电阻的阻值相等，那么，负反馈运放放大电路（U2D）的输入电压就是两者之和，W1可编程电位器的作用就是调整驱动输出电路（003）的电压的低点。

所述W1可编程电位器、W2可编程电位器均采用数字电位器x9110。

所述驱动输出电路003采用射极跟随器，优选采用三极管射极跟随器输出，起增加驱动能力和阻抗隔离作用；对照附图3中的三极管Q1的发射极的电压为VO。

对照附图4，所述A/D转换前置输入电路（004）采用LM358运算放大器；所述A/D转换前置输出电路（006）包括分压电路和LM358运放跟随器；所述A/D转换前置输入电路004采用了LM358运放进行反相放大，若R29和R30电阻值相等，则该电路的作用将湿度传感器取样电路（001）输送的取样电压（VIN）取反。

对照附图5，所述A/D转换前置输出电路006包括分压电路和LM358运放跟随器；所述A/D转换前置输出电路006主要采集驱动输出电路003发射极的发射极电压VO的电压信号，再用LM358运放跟随器把电压信号取出，以便单片机系统进行运算和控制。

所述A/D转换前置输出电路（006）采集驱动输出电路（003）发射极的发射极电压（VO）的电压信号经R27电阻、R28电阻分压（因单片机系统的采样的电压范围为0～3.3V），再通过LM358运放跟随器（U5B）把电压信号取出，以便单片机系统进行运算和控制。

对照附图6，所述单片机系统005包括 STM32单片机，所述STM32单片机的型号优选为STM32F103R8；所述STM32单片机性价比高，带有A/D、通信、I/O、定时计数器和看门狗等接口，运算能力强。

对照附图7，所述人机对话单元007包括调试按钮和LED指示灯模块；所述调试按钮具体采用2个独立式按键；所述LED指示灯模块为一个LED灯（D1）；所述2个独立式按键分别为测量按键KEY1和自校正按键KEY2；所述测量按键KEY1和自校正按键KEY2均优选为4脚微动开关，进一步优选为4脚微动开关6*6*5；所述测量按键KEY1与STM32单片机的PC7引脚相接，自校正按键KEY2与STM32单片机的PC8引脚相接。

所述接口模块008用于接口扩展，根据用户需求可选；具体包括采用RS232接口进行RS-232C通信，进一步优选采用美新公司的max3232芯片。

本实用新型利用单片机系统和数字电位器实现湿度传感器的零点和放大倍数的调整，针对在湿度传感器生产中人工调整电路参数随意性大、精度有偏差并不一致的问题，采用A/D转换前置输入电路004和A/D转换前置输出电路006形成了闭环控制系统，通过单片机系统为实现电路参数进行自我调整提供了良好的硬件基础，并可增加接口模块008作为通信模块，有效地提升了生产工艺，拓宽了湿度传感器的应用范围；本实用新型输入VIN和输出VO有监测点，单片机可以通过调整电路的参数，控制湿度传感器的输出曲线，形成闭环控制系统；在调试时，通过人机对话，可以对湿度传感器的精度优化，在传感器的使用时，可以实现远程维护。

本实用新型增加了008是接口模块，可以实现数字传感器功能，只要再增加wifi或射频等模块就可以组成无线传感网，拓展了传感器应用范围；符合当今对传统传感器进行智能化改造的潮流，具有推广价值。

实施例

一种湿度传感器，其结构有湿度传感器取样电路001，放大控制电路002，A/D转换前置输入电路004，单片机系统005， A/D转换前置输出电路006，人机对话单元007，接口模块008组成；其中，湿度传感器取样电路001的第一信号输出端与放大控制电路002的第一信号输入端相连，湿度传感器取样电路001的第二信号输出端与A/D转换前置输入电路004的信号输入端相连，A/D转换前置输入电路004的信号输出端与单片机系统005的第一信号输入端相连，单片机系统005的第二信号输入端与人机对话单元007的信号输出端相连，单片机系统005的第三信号输入端与A/D转换前置输出电路006的信号输出端相连，单片机系统005的第一信号输入输出端与放大控制电路002的信号输入输出端相连，放大控制电路002的信号输出端与A/D转换前置输出电路006的信号输入端相连；所述智能湿度传感器还包括接口模块008，接口模块008的信号输入输出端与单片机系统005的第二信号输入输出端相连接。

所述湿度传感器取样模001电路如图2，由R20、C31、C32、R22、R23、R24与运放U2A组建典型的RC桥式振荡电路，产生频率为1KHz、幅度为1V的正弦波为湿度传感器供电源，电路为了减少后面电路对前面电路的影响增加了一级运放U2B，起阻抗隔离的作用；C33为隔直电容；湿度传感器与RT、W3进行分压，RT为温度补偿电阻，通过U2C进行交流放大，D4为半波整流，最后R5与C30为1阶滤波，把交流变成直流；VIN为输入A/D转换模块004，以及变送器放大和零点控制电路002的输入电压。

所述放大控制电路002如图3，放大控制电路002包括变送器放大电路，零点控制电路，驱动输出电路003；变送器放大电路和零点控制电路包括两部分，上半部分为放大电路，采用了负反馈运放放大电路U2D，W2和R4为反馈电阻，用于调节放大倍数，固定R4为了提高数字电位器调节精度，放大电路主要为了满足智能湿度传感器的输出最大值要达到5V；下半部分为调零电路，是一个典型的运放求和电路，R9与R11的阻值相同，一端是湿度传感器的采样电压，001模块的输出电压VIN，另一端为数字电位器和两个固定电阻（R2、R3、W1）的分压，理论上，当相对湿度为0%，VT与VIN的电压值相同，方向相反，这样的话，当相对湿度为0%，智能湿度传感器的输出就可以为零。

所述驱动输出电路003采用三极管射极跟随器Q1输出，起增加驱动能力和阻抗隔离作用。

为了实现自我调整的闭环控制系统，所述A/D转换前置输入电路004采用了LM358运算放大器，主要在输入端采集湿度传感器取样电路001输送的电压信号；所述A/D转换前置输出电路006包括分压电路和LM358运放跟随器；所述A/D转换前置输出电路006主要采集驱动输出电路003发射极的发射极电压VO的电压信号，再用LM358运放跟随器把电压信号取出，以便单片机系统进行运算和控制。

所述单片机系统（005）采用了STM32单片机STM32F103R8（如图6），该芯片性价比高，带有A/D、通信、I/O、定时计数器和看门狗等接口，运算能力强；引脚RXD1、TXD1为串行接口，与RS232接口相连，引脚ADC0、ADC1分别于AD转换前置电路模块004、AD转换前置电路模块006相连，用于输入、输出电压信号的采集，引脚SO、SI、SCK、CSW1、CSW2用于连接放大控制电路002用于调整该电路的参数，其余JNTRSR、JTDI、SWDIO、SWCLK、JTDO为JTAG插座引脚。

所述人机对话单元007包括调试按钮和LED指示灯模块；所述调试按钮具体采用2个独立式按键与单片机引脚PC7、PC8相连；所述LED指示灯模块为一个LED灯（D1）；所述2个独立式按键分别为测量按键KEY1和自校正按键KEY2；所述测量按键KEY1和自校正按键KEY2均优选为4脚微动开关，进一步优选为4脚微动开关6*6*5。

所述RS232接口模块008用于接口扩展，根据用户需求可选；具体包括采用RS232接口进行RS-232C通信，进一步优选采用美新公司的max3232芯片U4；RS232接口模块008主要作用将TTL电平转换成RS-232C电平，J2为输出插头，其他5个电容为外围电路，具体参考max3232芯片的datasheet，主要作用可以方便的接入wifi模块、4G通信模块和射频模块等，拓展智能湿度传感器的应用范围。