一种电容式凝露及温湿度采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及传感器，具体涉及一种电容式凝露及温湿度采集装置。


背景技术：

2.电力是我国重要能源之一，改革开放以来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，各种电器设备及家用电器使用频繁，社会用电量大幅增加。配电箱分为动力配电箱、照明配电箱、计量箱，是整个城市电力控制与配电系统的末级设备，配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合，它们把上一级配电设备某一电路的电能分配给就近负荷，并对负荷进行保护、监视和控制。
3.户外配电箱需要在较为合适的温湿度环境下进行工作。而部分地区因为昼夜温差较大，容易在配电箱内部金属板面形成凝露，轻则导致设备氧化，重则导致设备短路故障，甚至引起火灾的发生。凝露监测较为常见的是采用电阻式凝露传感器，但是电阻式凝露传感器容易受潮湿环境影响，导致检测电路氧化，从而使得监测灵敏度降低。
4.除了对凝露进行监测外，温湿度也是一个关键监测指标。因此，如何提高采集装置对温湿度监测的精确度，并提升其与上位机之间通讯的保护能力，也是需要考虑的问题。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种电容式凝露及温湿度采集装置，能够有效克服现有技术所存在的不便对凝露进行有效监测、对温湿度监测的精确度较低、与上位机之间的通讯不具备有效保护的缺陷。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
9.一种电容式凝露及温湿度采集装置，包括方波振荡电路、信号采集电路、温湿度采集电路、通讯电路和控制器；
10.方波振荡电路，输出特定频率的方波信号；
11.信号采集电路，对凝露进行检测，将检测结果作为影响方波振荡电路输出波形的输入参数，并对方波振荡电路输出波形进行半波截取后发送至控制器；
12.温湿度采集电路，对温湿度进行检测，并将检测结果发送至控制器；
13.通讯电路，对控制器与上位机进行信号转换，并提供通讯保护。
14.优选地，所述方波振荡电路包括定时器u6，所述定时器u6通过电阻r7连接信号采集电路，所述定时器u6上还连接有电阻r8、电阻r9。
15.优选地，所述信号采集电路包括电容cx、二极管t4，所述电阻r7通过电容cx连接二极管t4的阳极，所述二极管t4的阴极连接控制器u2。
16.优选地，所述电容cx为格栅型电路板或电容极板。
17.优选地，所述温湿度采集电路包括温湿度传感器u4，所述温湿度传感器u4的iic接
口上分别连接有用于抗干扰的上拉电阻r5、r6，所述温湿度传感器u4上还连接有电源滤波电容c4。
18.优选地，所述通讯电路包括用于将控制器u2的串口信号转换为上位机的差分信号的协议电平转换电路，以及连接于协议电平转换电路前端的用于提供保护的通讯保护电路。
19.优选地，所述协议电平转换电路包括通讯协议转换模块u1，所述通讯协议转换模块u1的输出端连接有用于对差分信号进行调理的上拉电阻r2、下拉电阻r3。
20.优选地，所述通讯保护电路包括与通讯协议转换模块u1输出端连接的用于抑制外部电压剧烈变化的双向tvs管dz1，以及连接于双向tvs管dz1与外接端口p1之间用于过流保护的自恢复保险丝f1、f2。
21.优选地，还包括与控制器u2连接的用于下载应用程序的程序烧录接口jp1。
22.(三)有益效果
23.与现有技术相比，本实用新型所提供的一种电容式凝露及温湿度采集装置，具有以下优点：
24.1)利用凝露对电容极板的直接影响进行设计，能够有效避免因长期工作在恶劣环境下导致发生的氧化作用，大大提高了装置的使用寿命和检测精度；
25.2)温湿度采集电路中温湿度传感器的iic接口上连接有用于抗干扰的上拉电阻，使得温湿度采集电路能够将检测结果准确发送至控制器，从而保证温湿度监测的精确度；
26.3)通讯电路中的通讯保护电路能够对协议电平转换电路起到有效保护，防止大电流、波动电压对通讯协议转换模块造成影响，保证控制器与上位机之间的正常通讯。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本实用新型中控制器与通讯电路连接的示意图；
29.图2为本实用新型中方波振荡电路与信号采集电路连接的示意图；
30.图3为本实用新型中温湿度采集电路的示意图；
31.图4为本实用新型中程序烧录接口的示意图。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.一种电容式凝露及温湿度采集装置，如图1至图4所示，包括方波振荡电路、信号采集电路、温湿度采集电路、通讯电路和控制器；
34.方波振荡电路，输出特定频率的方波信号；
35.信号采集电路，对凝露进行检测，将检测结果作为影响方波振荡电路输出波形的输入参数，并对方波振荡电路输出波形进行半波截取后发送至控制器；
36.温湿度采集电路，对温湿度进行检测，并将检测结果发送至控制器；
37.通讯电路，对控制器与上位机进行信号转换，并提供通讯保护。
38.方波振荡电路包括定时器u6，定时器u6通过电阻r7连接信号采集电路，定时器u6上还连接有电阻r8、电阻r9。
39.如图2所示，方波振荡电路利用定时器u6(tlc555定时器)结合电阻r7、r8、r9和电容cx输出特定频率的方波信号。
40.信号采集电路包括电容cx、二极管t4，电阻r7通过电容cx连接二极管t4的阳极，二极管t4的阴极连接控制器u2。
41.电容cx为格栅型电路板或电容极板。
42.如图2所示，当电容cx之间出现凝露时，将改变电容cx之间的介电系数(此时介质为空气与露水的混合物)，且根据c＝ε
×
s/d可知，由于电容极板面积s、电容极板间距d均为定值，此时电容cx的电容值改变，进而导致方波振荡电路输出波形的脉宽发生变化。
43.二极管t4起到单向导通作用，使得脉宽发生变化的方波振荡电路输出波形一直位于x轴上方，方便后续进行模拟量采集及ad模数转换。
44.本技术技术方案中，根据上述分析，当电容cx之间出现凝露时，电容cx的电容值改变，进而导致方波振荡电路输出波形的脉宽发生变化。因此，根据输出波形的脉宽变化能够得到电容cx的电容值，再根据电容cx的电容值与电容cx之间凝露多少的关系，即能够得到电容极板之间凝露的量。
45.值得注意的是，虽然电容cx之间出现凝露时，电容极板之间的介质为空气与露水的混合物，但是依然能够对电容cx的电容值、凝露多少二者之间进行标定，得到一个能够描述二者关系的拟合函数，根据该拟合函数即可得到电容极板之间凝露的量。
46.温湿度采集电路包括温湿度传感器u4，温湿度传感器u4的iic接口上分别连接有用于抗干扰的上拉电阻r5、r6，温湿度传感器u4上还连接有电源滤波电容c4。
47.如图3所示，温湿度采集电路以温湿度传感器u4(sht20)为核心传感器，sht20为温度、湿度一体式高精度传感器，通讯接口为iic接口。在iic接口处各设置1个上拉电阻，能够起到抗干扰作用，使得温湿度采集电路能够将检测结果准确发送至控制器u2，从而保证温湿度监测的精确度。
48.通讯电路包括用于将控制器u2的串口信号转换为上位机的差分信号的协议电平转换电路，以及连接于协议电平转换电路前端的用于提供保护的通讯保护电路。
49.协议电平转换电路包括通讯协议转换模块u1，通讯协议转换模块u1的输出端连接有用于对差分信号进行调理的上拉电阻r2、下拉电阻r3。
50.如图1所示，协议电平转换电路能够将控制器u2的rs232串口信号转换为上位机的rs485差分信号，有效提升数据传输的稳定性。上拉电阻r2、下拉电阻r3用于对rs485差分信号进行调理，保证rs485差分信号电平的确定性。
51.通讯保护电路包括与通讯协议转换模块u1输出端连接的用于抑制外部电压剧烈变化的双向tvs管dz1，以及连接于双向tvs管dz1与外接端口p1之间用于过流保护的自恢复
保险丝f1、f2。
52.如图1所示，自恢复保险丝f1、f2用于过流保护，当外部耦合电流过大时，保险丝会立刻熔断，等外部电流信号恢复后，保险丝恢复正常。双向tvs管dz1能够在外部电压剧烈变化时，抑制对后续通讯协议转换模块u1(sp3485)造成的影响，起到保护作用。
53.外接端口p1供上位机使用，作用有2个，第一个是为装置内部供电模块提供电压输入接口，第二是为上位机提供rs485通讯接口。
54.本技术技术方案中，还包括与控制器u2连接的用于下载应用程序的程序烧录接口jp1。产品完成pcba焊接后，可以通过程序烧录接口jp1下载应用程序到控制器u2内部。
55.值得注意的是，本技术技术方案的目的仅是为了提供一种不同于现有技术的硬件配置，使技术人员能够在这样的硬件配置下实现进一步的开发，至于软件程序可在后期由本领域的编程人员根据实际效果需要进行编程。
56.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。