专利名称：数字式温度记录仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于计算机电子技术领域，具体涉及一种采用数字式温度传感器的数字式温度记录仪。
技术背景对于大型工程结构物，例如大型桥梁、渡槽、水坝、基础等，在其混凝土浇注施工过程中，为防止水泥硬化过程中释放的水化热造成结构开裂等质量问题，需对混凝土的温度进行监测。在结构建成投入运营后，受环境温度、日照影响使结构自身温度发生变化，在结构中形成不均匀的温度场，并引起结构内力的变化，从而影响结构的工作状态和承载能力，因此，需对结构温度进行长期监测研究。对于这些大型工程结构物，存在测试断面多、距离远、测试工作量和难度大的特点。一般这些结构物位于山川或河流之中，进行长期温度监测存在环境恶劣，缺少电源，交通不便等困难，不易获得长期连续的测试数据，测试成本高。
据申请人所知，并经情报查询，现有的温度测量装置温度传感器输出为模拟量信号，每个温度传感器必须使用单独的连接导线与测量记录装置相连接，每个传感器占用一个独立的输入端口。随着传感器数量的增加，输入端口的数量必须相应增加，因此，可测的温度传感器数量受到限制。采用模拟量传输方式，根据电流I、电压U、电阻R三者的关系U＝I·R，由于导线电阻的存在，必然在传输导线上产生电压降。传输距离不同引起导线电阻值的变化，传输导线上的电压降也不同，从而影响测试结果的准确性。模数转换电路易受环境温度、电磁场的干扰，使测试结果产生误差。数据存储容量小，不能满足多测点、长期测量数据存储的需要。现有温度测试记录装置只能独立或在计算机控制下工作，独立工作时对庞大的数据量处理困难。在计算机控制下工作则增加了测试的复杂性，不适合无人值守测试的实现。且不具有向用户开放的指令系统，不具备用户根据自己需要对其进行二次开发的能力。
专利ZL 97247958.9公开了一种记忆型温度监测记录仪，由数字温度采样电路、存储记忆电路、微计算机、键盘电路、数码管显示电路组成，其特点是断电情况下不丢失设定的8路被侧设备和定时打印时间间隔设定值，实现了温度的自动测量、显示和打印功能。由于该专利的数字温度采样电路与微计算机的I/O端口直接连接，受微计算机的I/O端口驱动能力的限制，数字温度采样电路的数量和连接距离受到限制。该专利只能进行8路温度测量并保存温度上、下限的设定参数，记录仪本身并不保存所测得的实际温度值，而是将所测得的温度值用打印机记录在打印纸上。受记录纸数量和打印机故障影响，这种方法不能满足多测点的温度测量和长期测量产生的大量数据的自动存储和处理分析的需要。数码管显示内容简单，不能进行复杂信息的显示。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种数字式温度记录仪，它克服了已有技术之不足，可独立或在计算机控制下完成各种测量工作，可进行无人值守、多点、长期和远距离连续温度测量记录，具有使用方便、结构简单、功耗低、体积小、重量轻、可有效降低测量成本等优点，用途广，尤其适用于钢、混凝土桥梁、渡槽、大坝等工程结构物的温度自动测量、记录。
本实用新型的目的是这样实现的参见附图，一种数字式温度记录仪，其特征在于数字式温度传感器电路X以总线方式通过传感器驱动电路II与微计算机I连接；微计算机I通过地址总线、数据总线、控制总线与输入输出电路VIII和/或V、VII相连；电源电路IV连接到各个电路单元，提供工作电压；微计算机1通过运行存储在其程序存储器中的程序，对各单元电路进行控制操作，执行传感器管理、参数设置、温度测量、数据查询、信息显示、时钟调校、串行通讯、电压监测工作。
上述的传感器驱动电路II可由U12、U13、U10、R8～R11组成，其输入端A为传感器数据总线输入端，连接到微计算机I的某一I/O端口，并与U12的2、3、4、6、8引脚连接；输入端B为传感器数据总线数据传输方向控制输入端，连接到微计算机I的某一I/O端口或控制电路的某一输出端，并与U12的引脚1和U10的引脚1、2连接；U10的引脚3与U12的引脚19连接；U12的引脚18与U13的引脚13连接，并通过R8与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线，与数字式温度传感器S连接；U12的引脚16与U13的引脚12连接，并通过R9与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线；U12的引脚14与U13的引脚8连接，并通过R10与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线；U12的引脚12与U13的引脚9连接，并通过R11与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线；U13的引脚11与引脚2连接，引脚10与引脚1连接，引脚3与U12的引脚17连接；也可采用与U12输入/输出端的其它连接方式，实现相同功能；数字式温度传感器S的引脚1为地线，引脚2为数据线、引脚3为电源线Vcc，与数字式温度传感器总线中相应的导线连接；每一路独立的数字式温度传感器总线连接1个或多个数字式温度传感器S。其结构也可使用数据锁存器对微计算机U1的并行数据端口P0上的数据进行锁存，然后再经驱动电路进行驱动，实现数字式温度传感器总线的驱动。或为其他结构的传感器驱动电路。
上述的其他电路也可以采用已有技术电路。
上述的数字式温度传感器最佳为一路总线分离出多路独立的数字式温度传感器总线的电路，以实现由一路数字式温度传感器总线到多路独立的数字式温度传感器总线的分离、混合、驱动方式。
上述的输入输出电路可为串行通讯驱动电路VIII和/或键盘电路VII、液晶显示电路V。
上述的键盘电路VII可由U14、R16、R17、R18、D1～D8、K1～K8组成，U14的引脚1与U1的引脚8连接，U14的引脚2与U1的引脚7连接，U14的引脚3与U1的引脚8连接，并通过R18与电源Vcc连接；U14的引脚9通过R16与D1～D4的正端连接；D1～D8的负端分别连接K1～K8的一端；U14的引脚4与K1和K5的另一端连接，U14的引脚5与K2和K6的另一端连接，U14的引脚6与K3和K7的另一端连接，U14的引脚7与K4和K8的另一端连接；此键盘电路通过12C总线与微计算机U1连接，在微计算机U1的控制下，完成各种测试参数和功能的输入、设置。
较佳的方案是上述的微计算机I与大容量数据存储电路IV、控制电路III及A/D转换电路VI相连；数据存储电路IV由U3、U4、U5、R6组成，控制电路III由U7、U8、U9、U10组成，A0～A20为地址总线，B0～B7为数据总线，R为读控制信号，W为写控制信号；U1的1～5引脚连接到A16～A20，21～28引脚连接到A8～A15，39～32引脚连接到U2的2-9引脚，17引脚连接到R，16引脚连接到W，30引脚连接到U3的11引脚；U2的引脚18-11连接到B0-B7，引脚1连接到R，引脚19连接到地线，U3的引脚3、18、4、17、7、14、8、13连接到B0～B7，引脚2、19、5、16、6、15、9、12连接到A0～A7，引脚1连接到地线；U4、U5、U6的引脚13、14、15、17、18、19、20、21连接到B0～B7，引脚12～5、27、26、23、25、4、28、3、31、2、30、1连接到A0～A18，引脚29连接到W，引脚24连接到R；U4的引脚22连接到U7的引脚15，U5的引脚22连接到U7的引脚14，U4的引脚22连接到U7的引脚13；U7的引脚1、2分别连接到A19、A20，引脚3～5连接到地线，引脚6连接到电源Vcc，引脚12连接到U8的引脚4；U8的引脚1～3连接到A16～A18，引脚5连接到地线，引脚6连接到电源Vcc，引脚7连接到U10的引脚12和引脚12，引脚9连接到U10的引脚9和引脚10，引脚10连接到U15的引脚1；U10的引脚4、5分别连接到R、W，引脚6连接到U9的引脚2和引脚4，引脚8连接到U9的引脚1，引脚11连接到U9的引脚5；U9的引脚3、6分别连接到U16的引脚5、6；用线扩展方式对地址总线进行扩展，使用微控制器U1的1～5引脚作为扩展地址线，使地址总线宽度可达到21位，可寻址的存储空间扩大到2MByte，其中1.5MByte用于数据存储器，其它部分用于液晶显示器、电源电压监测等其它电路部分的控制，可对长期温度测量产生的大数据量数据进行记录。
上述的微计算机I可通过数据总线、控制总线与A/D转换电路VI相连，A/D转换电路VI对输入电源电压进行监测，电压低于规定值时，使微计算机I停止工作，以保证数据存储器中数据的安全。
上述各电路单元名称、功能见表1。表1
由于上述方案的实施，本实用新型有如下优点和积极效果1、解决了已有技术多点温度测量时传感器分布范围大、距测试装置距离远且不相等而引起的测量结果误差大的问题。
2、解决传感器数量受限制的问题。
3、解决无人值守自动测试、记录的问题，电源间断后能够自动恢复测试工作，保证测试数据连续，减少因电源间断造成的数据丢失。
4、解决数据存储容量小，不能在长期无人值守状态下进行数据记录的问题。
5、解决其它测量装置只能独立工作，不能被二次开发和集成于其它测试系统的问题。
利用数字式温度传感器总线的分离驱动技术，实现了数字式温度传感器总线由一条分离为多条独立总线，并且每条总线的驱动能力大为提高。通过在每条总线连接一定数量数字式温度传感器，可以实现多测点、远距离的温度测量。通过工作参数和工作状态的存储记忆，实现无人值守时的自动测量、记录。大容量数据存储电路满足了长期测试数据记录的需要。简单易用的8个键的键盘和可中英文显示液晶显示器，提供了功能完善、友好的用户操作界面和使用方法。数据传输功能为大容量的数据进行计算机处理提供了方便。本装置自身为一功能完善的温度测量记录装置，无需其他设备即可工作，也可以在计算机控制下进行复杂的、实时的温度测量、数据处理和分析，并能够被集成于其他测试系统中。本装置具有结构简单、使用方便、稳定可靠、功耗低、体积小、重量轻、可有效降低测量成本等特点。用途广，可广泛应用于需进行温度测量记录的工农业生产领域，也可被集成于其它的测试系统中，尤其适用于钢、混凝土桥梁、渡槽、大坝等工程结构物，交通不便，缺少电源，环境恶劣条件下，无需人工干预(无人值守)的远距离、大范围、多测点、长期的温度自动测量、记录。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
图1为本实用新型数字式温度记录仪电路原理方框图。
图2为图1的电路原理图的1/3部分。
图3为图1的电路原理图的1/3部分。
图4为图1的电路原理图的1/3部分。
图5为数字式温度传感器电路X与传感器驱动电路II的原理图。
图中元器件符号的说明，见表2。 表2
具体实施方式
图1中，微计算机1通过地址总线、数据总线、控制总线、I/O口，与传感器驱动电路II、控制电路III、大容量数据存储电路IV、液晶显示电路V、A/D转换电路VI、键盘电路VII、RS-232驱动电路VIII相连。控制电路III与驱动电路II、数据存储电路IV、液晶显示电路V、A/D转换电路VI相连。传感器驱动电路II与数字式温度传感器X相连。电源电路IX接到各个电路单元，提供工作电压。微计算机I为安全型微控制器DS5000T，其内部具有可用作程序或数据存储器的非易失存储器、实时时钟、看门狗和复位电路，可使程序安全可靠运行。微计算机I通过运行存储在其程序存储器中的程序，对各单元电路进行控制操作，执行传感器管理、参数设置、温度测量、数据查询、信息显示、时钟调校、串行通讯、电压监测工作。
图2、图3、图4拼装图为实施例电原理总图，图中，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q、R、S、T、A′、B′、C′、D′、E′、F′、G′、H′、I′、J′、K′、L′、M′、N′、O′、P′、Q′、R′、S′、T′为图2、图3、图4间的电路连线端口。
图5中，输入端A为传感器数据总线输入端，连接到微计算机U1的某一I/O端口，本实施例连接到微计算机U1的引脚6，并与U12的2、3、4、6、8引脚连接。输入端B为传感器数据总线数据传输方向控制输入端，连接到微计算机U1的某一I/O端口或控制电路的某一输出端，本实施例连接到U8的引脚11，并与U12的引脚1和U10的引脚1、2连接；U10的引脚3与U12的引脚19连接。U12的引脚18与U13的引脚13连接，并通过R8与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线，与数字式温度传感器S连接。U12的引脚16与U13的引脚12连接，并通过R9与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线；U12的引脚14与U13的引脚8连接，并通过R10与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线。U12的引脚12与U13的引脚9连接，并通过R11与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线。U13的引脚11与引脚2连接，引脚10与引脚1连接，引脚3与U12的引脚17连接。数字式温度传感器S的引脚1为地线，引脚2为数据线、引脚3为电源线Vcc，与数字式温度传感器总线中相应的导线连接；每一路独立的数字式温度传感器总线可连接多个数字式温度传感器S，本实施例中可连接25支；图2中只绘出了一路独立的数字式温度传感器总线，其他三路未绘出，与此路相同。图2为本实施例中由一路数字式温度传感器总线分离出四路独立的数字式温度传感器总线的电路，利用此方法可以实现由一路数字式温度传感器总线到多路独立的数字式温度传感器总线的分离、混合、驱动。
权利要求1.一种数字式温度记录仪，其特征在于数字式温度传感器电路(X)以总线方式通过传感器驱动电路(II)与微计算机(I)连接；微计算机(I)通过地址总线、数据总线、控制总线与输入输出电路(VIII；V、VII)相连；电源电路(IX)连接到各个电路单元，提供工作电压；微计算机(1)通过运行存储在其程序存储器中的程序，对各单元电路进行控制操作，执行传感器管理、参数设置、温度测量、数据查询、信息显示、时钟调校、串行通讯工作。
2.根据权利要求1所述的数字式温度记录仪，其特征在于所述的传感器驱动电路(II)由U12、U13、U10、R8～R11组成，输入端A为传感器数据总线输入端，连接到微计算机(1)的某一I/O端口，并与U12的2、3、4、6、8引脚连接；输入端B为传感器数据总线数据传输方向控制输入端，连接到微计算机(I)的某一I/O端口或控制电路的某一输出端，并与U12的引脚1和U10的引脚1、2连接U10的引脚3与U12的引脚19连接U12的引脚18与U13的引脚13连接，并通过R8与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线，与数字式温度传感器S连接；U12的引脚16与U13的引脚12连接，并通过R9与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线；U12的引脚14与U13的引脚8连接，并通过R10与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线U12的引脚12与U13的引脚9连接，并通过R11与电源Vcc连接，和电源线Vcc、地线共同作为一路独立的数字式温度传感器总线U13的引脚11与引脚2连接，引脚10与引脚1连接，引脚3与U12的引脚17连接；数字式温度传感器S的引脚1为地线，引脚2为数据线、引脚3为电源线Vcc，与数字式温度传感器总线中相应的导线连接；每一路独立的数字式温度传感器总线连接1个或多个数字式温度传感器S。
3.根据权利要求2所述的数字式温度记录仪，其特征在于所述的U12的第一组2个以上的输出引脚(16、14、12)的引线分别作为一路独立的数字式温度传感器总线的数据线，每个引脚均与U13的一个引脚(8、9、12)相连，并通过一个电阻(R9、R10、R11)与电源Vcc相连。
4.根据权利要求1所述的数字式温度记录仪，其特征在于所述的输入输出电路为串行通讯驱动电路(VIII)和/或键盘电路(VII)、液晶显示电路(V)。
5.根据权利要求4所述的数字式温度记录仪，其特征在于所述的键盘电路(VII)由U14、R16、R17、R18、D1～D8、K1～K8组成，U14的引脚1与U1的引脚8连接，U14的引脚2与U1的引脚7连接，U14的引脚3与U1的引脚8连接，并通过R18与电源Vcc连接；U14的引脚9通过R16与D1～D4的正端连接；D1～D8的负端分别连接K1～K8的一端；U14的引脚4与K1和K5的另一端连接，U14的引脚5与K2和K6的另一端连接，U14的引脚6与K3和K7的另一端连接，U14的引脚7与K4和K8的另一端连接；此键盘电路通过12C总线与微计算机U1连接，在微计算机U1的控制下，完成各种测试参数和功能的输入、设置。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的数字式温度记录仪，其特征在于微计算机(I)与大容量数据存储电路(IV)、控制电路(III)及A/D转换电路(VI)相连；数据存储电路(IV)由U3、U4、U5、R6组成，控制电路(III)由U7、U8、U9、U10组成，U1的1～5引脚连接到A16～A20，21～28引脚连接到A8～A15，39～32引脚连接到U2的2-9引脚，17引脚连接到R，16引脚连接到W，30引脚连接到U3的11引脚；U2的引脚18-11连接到B0-B7，引脚1连接到R，引脚19连接到地线，U3的引脚3、18、4、17、7、14、8、13连接到B0～B7，引脚2、19、5、16、6、15、9、12连接到A0～A7，引脚1连接到地线；U4、U5、U6的引脚13、14、15、17、18、19、20、21连接到B0～B7，引脚12～5、27、26、23、25、4、28、3、31、2、30、1连接到A0～A18，引脚29连接到W，引脚24连接到R；U4的引脚22连接到U7的引脚15，U5的引脚22连接到U7的引脚14，U4的引脚22连接到U7的引脚13；U7的引脚1、2分别连接到A19、A20，引脚3～5连接到地线，引脚6连接到电源Vcc，引脚12连接到U8的引脚4；U8的引脚1～3连接到A16～A18，引脚5连接到地线，引脚6连接到电源Vcc，引脚7连接到U10的引脚12和引脚12，引脚9连接到U10的引脚9和引脚10，引脚10连接到U15的引脚1；U10的引脚4、5分别连接到R、W，引脚6连接到U9的引脚2和引脚4，引脚8连接到U9的引脚1，引脚11连接到U9的引脚5；U9的引脚3、6分别连接到U16的引脚5、6。
7.根据权利要求6所述的数字式温度记录仪，其特征在于微计算机(I)通过数据总线、控制总线与A/D转换电路(VI)相连，A/D转换电路(VI)对输入电源电压进行监测，电压低于规定值时，微计算机(I)停止工作，保证数据存储器的数据安全。
专利摘要本实用新型涉及一种数字式温度记录仪，属于计算机电子技术领域，其数字式温度传感器(X)以总线方式通过传感器驱动电路(Ⅱ)与微计算机(Ⅰ)连接微计算机(Ⅰ)通过地址总线、数据总线、控制总线与信号输入输出电路(Ⅷ；Ⅴ、Ⅶ)相连。本实用新型克服了已有技术之不足，可进行无人值守、多点、长期和远距离温度的自动测量的记录，可独立或在计算机控制下工作，并能被集成于其它测试系统中，具有结构简单、使用方便、功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点，用途广，尤其适用于钢、混凝土桥梁、渡槽、大坝等工程结构的温度监测。
文档编号G06F3/00GK2854688SQ20052010453
公开日2007年1月3日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者张彦兵 申请人:张彦兵