[发明专利]一种数字温湿度检测装置

权利要求书

1.一种数字温湿度检测装置，其特征在于，是由温度感应电路A、湿度感应电路B、两路八位拨码开关电路C、A/D转换电路D、复位电路E、中央处理器单元F、晶振电路G、D/A转换电路I、变松器及电压电流保护电路H和温度和湿度模拟量输出电路J组成，其中温度感应电路A、湿度感应电路B、A/D转换电路D、中央处理器单元F、D/A转换电路I、变松器及电压电流保护电路H、温度和湿度模拟量输出电路J组成主电路，两路八位拨码开关电路C在温湿度传感器校准时提供温度和湿度补偿数据，复位电路E、晶振电路G玉单片机处理单元F连接为其工作提供支持，其中：

温度感应电路A是由集成电路U4、电阻R9-R14、电容C4、C5、C15组成，其中电阻R11为铂电阻，即温度感应探头，电阻R9和R12串联集成电路U4的7脚与电源4.2V之间，电阻R11一端节电阻R9、R12之间，另一端接地，电阻R10和R13串联于电源4.2V与接集成电路U4的8脚之间，电阻R14一端接电阻R10、R13之间，另一端接地，电容C15并接集成电路U4的7、8脚，电容C5接集成电路U4的7脚与地线之间，电容C4并接集成电路U4的8脚与地线之间，其中电容C4、C5接地；

湿度感应电路B是由集成电路U2、电阻R1-R8、电容C1-C3组成，其中C1为湿敏电容，即湿度感应探头，电阻R4并接U2的1、12脚，电阻R2并接U2的1、6脚，电阻R3并接U2的6、12脚，电阻R1并接U2的1、7脚，电阻R7并接U2的6、3脚，电阻R8并接U2的3、10脚，电容C1并接U2的7、3脚，电容C2、C3并接U2的3、12脚，U2的3脚接地，12脚接电源5V；

两路八位拨码开关电路C是由拨码开关SW8-1和SW8-2、排阻PS9-1和PS9-2组成，拨码开关SW8-1的1-8脚分别和排阻PS9-1的2-9脚相连，拨码开关SW8-1的9-16脚接地，排阻PS9-1的1脚接5V电源，拨码开关SW8-2的1-8脚分别和排阻PS9-2的2-9脚相连，拨码开关SW8-2的9-16脚接地，排阻PS9-2的1脚接5V电源；

A/D转换电路D由集成电路U4、晶振XT2、电容C6和C7组成，集成电路U4的5脚、9脚、15脚分别接3V、1.2V、3V电源，晶振XT2的两端分别连接集成电路U4的2脚和3脚，电容C6、C7分别连接晶振XT2的两端后接地，集成电路U4的1脚、12脚、13脚分别连接集成电路U1的7脚、12脚、13脚；集成电路U4的16脚接地；

复位电路E由电容C8和电阻R15组成，电阻R15接集成电路U1的10脚与地线之间，电容C8的一端接5V，电容C8的另一端集成电路U1的10脚；

中央处理器单元F由集成电路U1构成，集成电路U1的44脚接5V电源，集成电路U1的22脚接地；

晶振电路G由晶振XT1、电容C13、C14组成，晶振XT1的两端分别连接集成电路U1的20、21脚，电容C13、C14分别连接晶振XT1的两端后接地；

D/A转换电路I由集成电路U3和电容C9组成，集成电路U3的7脚接电阻R16，6脚和8脚分别连接2.1V、5V电源，U3的5脚接地，U3的1脚、2脚、3脚分别连接集成电路U1的15脚、16脚、17脚，4脚接电阻R17，电容C9并接集成电路U3的5、8脚；

变送器及电压电流保护电路H由电阻R16-R24，电容C10、C11，二极管D1、D2、D5，三极管Q1和Q2，二极管D1-D4，保险丝F1-F3，集成电路U5A、U5B和插接件J1组成，电阻R16的两端分别连接集成电路U3的7脚，U5A的3脚，电容C10并接U5A的3、11脚，U5A的11脚接地，4脚接10V电源，电阻R18、二极管D5、保险丝F1和电容C12串接在U5A的4脚与插接件J1的1脚之间，U5A的1脚串电阻R19接三极管Q1的基极，U5A的2脚串电阻R20接三极管Q1的发射极，二极管D1并接三极管Q1的基极与发射极之间，三极管Q1的发射极还串电阻R21接地，三极管Q1的集电极串接保险丝F3接插接件J1的1脚，二极管D3与电容C12和插接件的1、2脚并接；集成电路U3的4脚串电阻R17接集成电路U5B的5脚并接地，U5B的7脚串电阻R22接三极管Q2的基极，U5B的6脚串电阻R23接三极管！2的发射极，三极管Q2的发射极还串电阻R24接地，二极管D2与三极管Q2的基极和发射极并接，三极管Q2的集电极串电阻保险丝接插接件的3脚，二极管D4和电容C13并接插接件J1的2/3脚；

温度和湿度模拟量输出电路J由接插件J1构成，1脚为公共地，2脚为湿度模拟量输出，3脚为温度模拟量输出；

温湿度数据采集方法如下：

温湿度传感器是以中央处理器即集成电路U1为核心的一套检测系统，基于中央处理器对数字信号的高敏感和可控性，根据现场监测范围内的温度、湿度的变化情况，实时的通过温湿度感应模块进行信号的采集并转换成电信号，再运用中央处理器进行数据的分析和处理，由信号采集、信号分析及辅助单元和信号处理三个部分组成，其中：

1)信号采集：由温度感应电路、湿度感应电路、A/D转换电路组成；

湿度感应探头即湿敏电容C1，具有完全互换性，高可靠性和长期稳定性，响应时间快速的特点，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，湿敏电容在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大，集成电路U2由四个独立的运算放大器组成，利用湿敏电容C1电容量随着所测空气湿度的变化电容值随之变化，从而改变在电路中充电和放电的时间的特性，和集成电路U2、电阻R1-R8、电容C1-C3构成振荡电路，输出频率值，即将湿敏电容C1的电容值变化量准确地转变为中央处理器接受的信号，湿敏电容C1的电容测量都是在10MHz条件下测的，但是传感器并没有限制必须工作在5K-100KHz，可以用以下的公式做校正：

CfkHz＝CfkHz(1.027-0.01185Ln(fkHz))

温度感应探头即铂电阻R11，铂电阻与温度之间具有优异的线性和稳定性，利用铂电阻随周围温度的变化电阻值产生改变的特性，在湿度感应电路中电阻R9-R14组成电桥，输出模拟量电压信号给A/D转换电路，即以集成电路U4为核心，集成电路U4为12位的高精度A/D转换器，将接收到的模拟量电压信号转化成数字信号传送给中央处理器，铂电阻是温度测量最稳定的标准器件之一，器计算公式为：

RT＝R0(1+AT+BT2+C(T-100)T3)

其中：A＝3.9083E-3

B＝-5.775E-7

C＝-4.183E-12

2)信号分析及辅助单元：单片机处理单元、复位电路、晶振电路、两路八位拨码开关电路组成；

中央处理器单元即集成电路U1，将接收到的温度感应模块和湿度感应模块传送的数字信号进行分析和运算，同时根据温湿度传感器校准时对两路八位拨码开关设置，读取温度和湿度补偿数据，在中央处理器处理程序中实时自动温湿度补偿技术，最终将高精度的数字信号传送给D/A转换电路即集成电路U3，避免了传统的温湿度传感器的输出精度主要靠电位器、可调电阻等校准，测量精度难以保证的缺点，辅助单元电路为复位电路和晶振电路，为其正常工作提供可靠的复位和时钟；

3)信号处理：D/A转换电路、变送器及电流电压保护电路、温度和湿度模拟量的输出电路组成；

D/A转换电路即以集成电路U3为核心，集成电路U3是一种带有缓冲基准输入的可编程双路12位数模转换芯片，输出电压范围为基准电压的两倍，D/A转换器接收用于编程的16位字产生模拟输出，输出电压公式为：

2(VREFIN)CODE/4096

根据D/A转换器公式计算出转换的温度和湿度电压值，经D/A转换器两路输出管脚传送给变送器及电压电流保护电路H，变送器是以集成电路U5A和U5B为核心组成的运放电路，根据虚短虚断的规律，将电压信号最终转化为电流信号经温度和湿度模拟量的输出电路即接插件J1输出4-20mA电流，电流电压保护电路由TVS保护管D3、D4、自恢复保险丝F1、F2、F3组成，使温湿度传感器安装和运行中得到更佳的防护。