一种基于继电器的温度监控供电控制装置的制作方法

本实用新型涉及温度监控技术，具体是一种基于继电器的温度监控供电控制装置。

背景技术：

混凝土凝固过程中，产生水化热使混凝土温度升高而变形引起裂缝，给大坝安全带来极大的隐患。目前，混凝土温度的监测主要采用人工方式：采用人工现场读数和室内整理、分析资料的监控方式，使得温度监测的实时性差，而且有人为误差，这种人为误差不仅与监测人员迫于工程进度的要求故意人为调整所测的混凝土温度值有关，而且受人员的技术水平、测量读数习惯等因素影响，不能表现出混凝土真实的状况，给大坝的质量和安全带来隐患。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种有效解决人工监测费时费力、测读不及时、有盲段和人为误差的问题，在待机状态时自动关闭外围电路电源，可节省电池组电量，延长装置续航时间的基于继电器的温度监控供电控制装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于继电器的温度监控供电控制装置，包括壳体、显示屏、探测头、电池组和控制电路；

所述的显示屏安装在壳体顶部；所述的壳体前侧面安装有开关、充电接口和数据接口；所述的电池组和控制电路均安装在壳体内；所述的控制电路通过开关与电池组电相连；所述的电池组与充电接口相连接；所述的数据接口与控制电路相连接；

所述的探测头内设有温度传感器和湿度传感器；所述的温度传感器和湿度传感器均通过数据线接入到数据接口中；

所述的控制电路主要由主控电路、时钟芯片、限流电阻RCON（1/4W-5.1K±1%）、三极管Q、二极管D和继电器K组成；

所述的主控电路主要由单片机U和晶振电路组成；所述的显示屏、温度传感器、湿度传感器、时钟芯片均与单片机U相连；

所述的晶振电路主要由晶体振荡器Y、第一负载电容C12和第二负载电容C13组成；

所述的晶体振荡器Y的一端与第一负载电容C12的一端、单片机U的一个时钟输入引脚相连，晶体振荡器Y的另一端与第二负载电容C13的一端、单片机的另一个时钟输入引脚相连，第一负载电容C12的另一端与第二负载电容C13的另一端、地相连；

单片机U的控制电平输出端与限流电阻RCON的一端相连，限流电阻RCON的另一端与三极管Q的基极相连，三极管Q的集电极接地，三极管Q的发射极与继电器K的第一使能端引脚4、二极管D的正极相连，二极管D的负极与继电器K的第二使能端引脚5、电池组连接，

继电器K的1脚与显示屏、温度传感器、湿度传感器的正极端相连，继电器K的3脚与电池组的正极端相连，继电器K的6脚与电池组的负极端相连，继电器K的8脚与显示屏、温度传感器、湿度传感器的负极端相连。

作为进一步的技术改进，所述的探测头表面开有透气孔。

作为进一步的技术改进，所述的单片机U采用型号为STC11F32XE的单片机。

作为进一步的技术改进，所述的单片机U的P4.4引脚通过第一上拉电阻R13与电池组相连，单片机U的P4.5引脚通过第二上拉电阻R12与电池组相连，单片机U的P4.6引脚通过第三上拉电阻R11与电池组相连。

作为进一步的技术改进，所述的三极管Q为PNP型三极管。

作为进一步的技术改进，所述的三极管Q采用型号为9012的PNP型三极管。

作为进一步的技术改进，所述的二极管D采用型号为1N4007的二极管。

作为进一步的技术改进，所述的电池组为锂电池组。

作为进一步的技术改进，所述的时钟芯片采用型号为DS1302N的时钟芯片。

作为进一步的技术改进，所述的晶体振荡器Y采用型号为SND7050的晶体振荡器。SND7050型晶体振荡器具有12Mhz的振荡频率，可得到极为精准的通信波特率，我们所使用的波特率为2400pbs。

作为进一步的技术改进，所述第一负载电容C12与第二负载电容C13的容值相同。

作为进一步的技术改进，所述的显示屏为LED显示屏。

本实用新型的工作原理：

单片机U1为选用8051单片机STC11F32XE，STC11系列为高速、宽电压、大容量和低功耗的单片机，可配置I/O口四种输出模式，并且加密性强、抗干扰性能强，而STC11F32XE含有32K Flash程序存储空间，足够运行本套系统的程序；

STC11F32XE的P3.6引脚（控制电平输出端）通过限流电阻RCON与三极管Q的基极相连；

将充电器的充电线插入充电接口，可以为电池组充电；

显示屏、温度传感器和湿度传感器并不是一直在工作状态，而是能够定时采集数据和显示数据，因此在平常待机的情况下可关闭外围电路电源，以节省电瓶电量，而在需要采集的时候，再开启外围供电进行数据采集和显示，这里用继电器K来控制供电；二极管D作正向稳压和反向保护作用；继电器K不工作时，2脚与3脚处于接通状态，6脚与7脚处于接通状态，此时显示屏、温度传感器和湿度传感器的电源输入端被断开，当到达时钟芯片设定的时间时，时钟芯片反馈给单片机U信号，单片机U的P3.6引脚发送高电平，使三极管Q导通，从而启动继电器K，使其1脚与3脚导通、6脚与8脚导通，使得显示屏、温度传感器和湿度传感器的电源输入端被接通，显示屏显示一段时间后，单片机U控制继电器K停止工作；

对于主控电路而言，单片机U可以控制通道开断，温度传感器、湿度传感器通过AD模块与单片机U相连，AD模块可以读取温度传感器和湿度传感器的数值，温度传感器实时采集监测区域的温度数值并反馈给单片机U，湿度传感器实时采集监测区域的湿度数值并反馈给单片机U，单片机U将相应的数值信号输出至显示屏，显示屏可显示出相应的温度数值和湿度数值，可以通过通信模块与上位机通信，可存储数据，主控电路中还带有看门狗电路，看门狗电路能够防止系统运行异常；

运行流程：当单片机U接收到来自上位机的指令，或者到了定时时间，单片机U控制为外围电路供电，开始选择通道进行数据采集并保存，采集完成换下一个通道继续采集，数据采集完毕后关闭电路，回到待机状态；

单片机的P0、P1、P2、P3口均为数据传输I/O端口，此外还使用了P4.4、P4.5和P4.6端口（P4端口需要单片机内部配置）；

P0口主要完成三项工作：继电器K（温度采集通道）8选1通道开断，CD4052（IIC数据通道）8选1通道开断，LCD显示屏并行数据输出；

P1口主要也是三项工作：LCD显示屏控制信号输出，AD模块，看门狗脉冲输出；P1.1控制电源与继电器的开断；P1.2与P1.3为传感器信号线，用以传输时钟数据和获取传感器信息；P1.4、P1.5和P1.6为AD模块AD芯片7705的数据线，用以提供时钟信号，写入和读取AD芯片数据；P1.7的网络为WDI，是看门狗的信号线，持续不断的输出脉冲信号；

P2口为按键输入端口；

P3口功能较为繁多：P3.0与P3.1为单片机U1串口，与通信模块相连，通过通信模块与上位机通信；P3.2与P3.3为传感器端IIC总线，用于读取传感器里存储的信息；P3.4为LCD显示屏供电开关引脚，加以电阻R16限流，此脚为低电平时显示屏不供电，高电平时为显示屏上电；P3.5为LCD显示屏背光开关引脚，低电平时无背光，高电平时背光亮；P3.6用以控制供电继电器K和继电器K充电的开断，电路待机状态下为低电平，电路工作的时候为高电平，此时将开启外围电路供电，并停止充电；P3.7为LED心跳指示灯，明暗周期为2S，表明电路工作正常；

P4口：P4.4与P4.5为主板IIC总线，总线上连接有1个时钟芯片和2个存储芯片，用于读写时间、存储采集的数据；P4.6为单片机U1使能脚；单片机U1的I/O口外接排阻上拉，增加抗干扰能力和驱动能力，增强单片机稳定性；

单片机U1的18引脚与晶体谐振器Y的一端相连，晶体谐振器Y的另一端与单片机U1的19引脚相连；

单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分，根据晶振要求负载电容选值，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，负载电容能最大限度保证频率值的误差，也能保证温漂等误差；两个电容的取值相同，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者不起振。

与现有技术相比较，本实用新型具备的有益效果：

1. 本实用新型通过探测头中的温度传感器和湿度传感器对混凝土凝固处进行实时监控，有效解决人工监测费时费力、测读不及时、有盲段和人为误差的问题。

2.本实用新型通过单片机控制继电器的工作，从而控制外围电路供电开断，在待机状态时自动关闭外围电路电源，可节省电池组电量，有效延长装置续航时间。

3.本实用新型中的二极管可起到正向稳压和反向保护作用，可提高继电器工作的稳定性和可靠性；限流电阻用于限制支路电流的大小，以防电流过大烧坏串联元器件，进一步提高了继电器工作的可靠性。

4.本实用新型中单片机采用外接排阻上拉，不仅增加了单片机的抗干扰能力和驱动能力，而且增强了单片机的稳定性。

5.本实用新型采用12Mhz晶振管，可得到极为精准的通信波特率，并且两个负载电容的容值相同，能保证温漂等误差，避免造成谐振的不平衡，造成停振或者不起振现象。

附图说明

图1为本实用新型的外部结构示意图。

图2为本实用新型中主控电路的电路原理图；

图3为本实用新型中继电器及外围电路原理图。

附图标记：1-充电接口，2-数据线，3-开关，4-壳体，5-电池组，6-数据接口，7-探测头，8-显示屏。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

实施例：

一种基于继电器的温度监控供电控制装置，包括壳体4、显示屏8、探测头7、电池组5和控制电路；

所述的显示屏8安装在壳体4顶部；所述的壳体4前侧面安装有开关3、充电接口1和数据接口6；所述的电池组5和控制电路均安装在壳体4内；所述的控制电路通过开关3与电池组5电相连；所述的电池组5与充电接口1相连接；

所述的探测头7内设有温度传感器和湿度传感器；所述的温度传感器和湿度传感器均通过数据线2接入到数据接口6中；

所述的控制电路主要由主控电路、时钟芯片、限流电阻RCON（1/4W-5.1K±1%）、三极管Q、二极管D和继电器K组成；

所述的主控电路主要由单片机U和晶振电路组成；所述的显示屏8、温度传感器、湿度传感器、时钟芯片均与单片机U相连；

所述的晶振电路主要由晶体振荡器Y、第一负载电容C12和第二负载电容C13组成；

所述的晶体振荡器Y的一端与第一负载电容C12的一端、单片机U的一个时钟输入引脚相连，晶体振荡器Y的另一端与第二负载电容C13的一端、单片机的另一个时钟输入引脚相连，第一负载电容C12的另一端与第二负载电容C13的另一端、地相连；

单片机U的控制电平输出端与限流电阻RCON的一端相连，限流电阻RCON的另一端与三极管Q的基极相连，三极管Q的集电极接地，三极管Q的发射极与继电器K的第一使能端引脚4、二极管D的正极相连，二极管D的负极与继电器K的第二使能端引脚5、电池组5连接，

继电器K的1脚与显示屏8、温度传感器、湿度传感器的正极端相连，继电器K的3脚与电池组5的正极端相连，继电器K的6脚与电池组5的负极端相连，继电器K的8脚与显示屏8、温度传感器、湿度传感器的负极端相连。

所述的探测头7表面开有透气孔。

所述的单片机U采用型号为STC11F32XE的单片机。

所述的单片机U的P4.4引脚通过第一上拉电阻R13与电池组5相连，单片机U的P4.5引脚通过第二上拉电阻R12与电池组5相连，单片机U的P4.6引脚通过第三上拉电阻R11与电池组5相连。

所述的三极管Q为PNP型三极管。

所述的三极管Q采用型号为9012的PNP型三极管。

所述的二极管D采用型号为1N4007的二极管。

所述的电池组5为锂电池组。

所述的时钟芯片采用型号为DS1302N的时钟芯片。

所述的晶体振荡器Y采用型号为SND7050的晶体振荡器。

所述第一负载电容C12与第二负载电容C13的容值相同。

所述的显示屏8为LED显示屏。

该实施例的工作原理：

单片机U1为选用8051单片机STC11F32XE，STC11系列为高速、宽电压、大容量和低功耗的单片机，可配置I/O口四种输出模式，并且加密性强、抗干扰性能强，而STC11F32XE含有32K Flash程序存储空间，足够运行本套系统的程序；

STC11F32XE的P3.6引脚（控制电平输出端）通过限流电阻RCON与三极管Q的基极相连；

将充电器的充电线插入充电接口1，可以为电池组5充电；

显示屏8、温度传感器和湿度传感器并不是一直在工作状态，而是能够定时采集数据和显示数据，因此在平常待机的情况下可关闭外围电路电源，以节省电瓶电量，而在需要采集的时候，再开启外围供电进行数据采集和显示，这里用继电器K来控制供电；二极管D作正向稳压和反向保护作用；继电器K不工作时，2脚与3脚处于接通状态，6脚与7脚处于接通状态，此时显示屏8、温度传感器和湿度传感器的电源输入端被断开，当到达时钟芯片设定的时间时，时钟芯片反馈给单片机U信号，单片机U的P3.6引脚发送高电平，使三极管Q导通，从而启动继电器K，使其1脚与3脚导通、6脚与8脚导通，使得显示屏8、温度传感器和湿度传感器的电源输入端被接通，显示屏8显示一段时间后，单片机U控制继电器K停止工作；

对于主控电路而言，单片机U可以控制通道开断，温度传感器、湿度传感器通过AD模块与单片机U相连，AD模块可以读取温度传感器和湿度传感器的数值，温度传感器实时采集监测区域的温度数值并反馈给单片机U，湿度传感器实时采集监测区域的湿度数值并反馈给单片机U，单片机U将相应的数值信号输出至显示屏8，显示屏8可显示出相应的温度数值和湿度数值，可以通过通信模块与上位机通信，可存储数据，主控电路中还带有看门狗电路，看门狗电路能够防止系统运行异常；

运行流程：当单片机U接收到来自上位机的指令，或者到了定时时间，单片机U控制为外围电路供电，开始选择通道进行数据采集并保存，采集完成换下一个通道继续采集，数据采集完毕后关闭电路，回到待机状态；

单片机的P0、P1、P2、P3口均为数据传输I/O端口，此外还使用了P4.4、P4.5和P4.6端口（P4端口需要单片机内部配置）；

P0口主要完成三项工作：继电器K（温度采集通道）8选1通道开断，CD4052（IIC数据通道）8选1通道开断，LCD显示屏8并行数据输出；

P1口主要也是三项工作：LCD显示屏8控制信号输出，AD模块，看门狗脉冲输出；P1.1控制电源与继电器的开断；P1.2与P1.3为传感器信号线，用以传输时钟数据和获取传感器信息；P1.4、P1.5和P1.6为AD模块AD芯片7705的数据线2，用以提供时钟信号，写入和读取AD芯片数据；P1.7的网络为WDI，是看门狗的信号线，持续不断的输出脉冲信号；

P2口为按键输入端口；

P3口功能较为繁多：P3.0与P3.1为单片机U1串口，与通信模块相连，通过通信模块与上位机通信；P3.2与P3.3为传感器端IIC总线，用于读取传感器里存储的信息；P3.4为LCD显示屏8供电开关引脚，加以电阻R16限流，此脚为低电平时显示屏8不供电，高电平时为显示屏8上电；P3.5为LCD显示屏8背光开关引脚，低电平时无背光，高电平时背光亮；P3.6用以控制供电继电器K和继电器K充电的开断，电路待机状态下为低电平，电路工作的时候为高电平，此时将开启外围电路供电，并停止充电；P3.7为LED心跳指示灯，明暗周期为2S，表明电路工作正常；

P4口：P4.4与P4.5为主板IIC总线，总线上连接有1个时钟芯片和2个存储芯片，用于读写时间、存储采集的数据；P4.6为单片机U1使能脚；单片机U1的I/O口外接排阻上拉，增加抗干扰能力和驱动能力，增强单片机稳定性；

单片机U1的18引脚与晶体谐振器Y的一端相连，晶体谐振器Y的另一端与单片机U1的19引脚相连；

单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分，根据晶振要求负载电容选值，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，负载电容能最大限度保证频率值的误差，也能保证温漂等误差；两个电容的取值相同，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者不起振；SND7050型晶体振荡器具有12Mhz的振荡频率，可得到极为精准的通信波特率，我们所使用的波特率为2400pbs。