專利名稱：一種數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量領(lǐng)域，尤其是一種數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器。
背景技術(shù)：
紅外測(cè)溫技術(shù)用于植物冠層溫度測(cè)量領(lǐng)域，無擾動(dòng)，對(duì)植物影響小，測(cè)量方便，對(duì) 研究桿物受水分迫協(xié)，耗水狀況，精確灌溉指導(dǎo)有非常重要的意義，但由于沒有專用設(shè)備， 傳統(tǒng)方法測(cè)量不方便，不準(zhǔn)確，人為誤差大，且測(cè)量手段不是專門針對(duì)冠層設(shè)計(jì)，而是采用 手持式測(cè)溫槍進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行大面積溫度數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要人工操作測(cè)溫，人工記錄數(shù)據(jù)， 效率低，測(cè)量周期過長(zhǎng)，數(shù)據(jù)時(shí)效性差。不能進(jìn)行在線觀測(cè)。美國出產(chǎn)的紅外冠層溫度傳感 器，模擬信號(hào)輸出，測(cè)量精度、傳感器的致性誤差，都受限于數(shù)據(jù)采集器的模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換 電路的分辨率和精度，且需要用戶進(jìn)行編程計(jì)算，推斷植物的水分狀況及水分虧缺。采用工業(yè)上通用的紅外傳感器，由于其使用領(lǐng)域測(cè)量精度要求不高，且測(cè)量范圍 寬，分辨率高。國外生產(chǎn)的紅外冠層專用傳感器，由于采用模擬信號(hào)輸出，系統(tǒng)誤差即信號(hào) 的傳輸、A/D轉(zhuǎn)換誤差影響測(cè)量精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，克服了上述產(chǎn)品壽命 短、誤差大、體積大、使用不方便的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，包括外殼(1)、激光瞄準(zhǔn)燈(2)、保溫填充材料
(3)、紅外測(cè)溫頭(4)、電路板(6)和吹掃氣管(7)，所述不銹鋼結(jié)構(gòu)的外殼(1)內(nèi)封裝激光 瞄準(zhǔn)件(2)、保溫填充材料(3)、紅外測(cè)溫頭(4)、電路板(6)和吹掃氣管(7)，所述紅外測(cè)溫 頭⑷和激光瞄準(zhǔn)燈⑵分別嵌固在外殼⑴側(cè)壁上，所述紅外測(cè)溫頭⑷一側(cè)還設(shè)有吹掃 氣管(7)，吹掃氣管(7)末端與紅外測(cè)溫頭(4)末端相對(duì)；所述MLX90614型號(hào)的紅外測(cè)溫頭
(4)通過IIC總線(5)連接電路板(6)上的單片機(jī)(10)，所述電路板(6)上還設(shè)有EEPROM 電路(11)、SDI-12接口電路(12)、電源電路(13)、硬件喚醒電路(14)和防雷電路(15)。所述紅外測(cè)溫頭(4)外側(cè)附著保溫填充材料(3)。所述EEPROM電路(11)通過IIC總線(5)連接在單片機(jī)(10)上，所述的激光瞄 準(zhǔn)燈(2)、硬件喚醒電路(14)連接在單片機(jī)(10)上，所述SDI-12接口電路(12)與單片機(jī) (10)的串口連接，并通過防雷電路(15)與外部電纜(9)連接；所述紅外測(cè)溫探頭(4)、單片 機(jī)(10)、SDI-12接口電路(12)分別連接電源電路(13)。所述單片機(jī)(10)通過SDI-12接口電路(12)進(jìn)行SDI-12通信。本實(shí)用新型所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器的有益效果為采用數(shù)字化紅外 測(cè)溫探頭，無信號(hào)傳輸誤差，接口采用SDI-12總線方式，結(jié)構(gòu)新穎，測(cè)量范圍適合于冠層生 長(zhǎng)溫度，測(cè)量范圍小，測(cè)量精度高，可用于各種精密非接觸溫度測(cè)量；同時(shí)具備環(huán)境溫度補(bǔ) 償電路，測(cè)量精度提高到0.2度，單片機(jī)按植物發(fā)射率定制補(bǔ)償，無需要人工計(jì)算；結(jié)合了微型處理器，根據(jù)冠層溫度測(cè)量的特殊需要，確定電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能；環(huán)境溫度補(bǔ)償 電路具有高效，不受環(huán)境影響等特點(diǎn)，完全由工廠進(jìn)行校準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)緊湊；帶發(fā)射率自動(dòng)補(bǔ)償 系統(tǒng)，單片機(jī)對(duì)取得的外紅外溫度進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出針對(duì)植物冠層更精確；無發(fā)射率設(shè)定 誤差，無目標(biāo)接觸誤差，無發(fā)射率漂移誤差，無摩擦熱誤差，無用戶可調(diào)節(jié)誤差，無熱滲漏誤 差，無背景反射誤差。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器的原理圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器的電路圖。圖中1、外殼；2、激光瞄準(zhǔn)燈；3、保溫填充材料；4、紅外測(cè)溫頭；5、總線；6、電路板；7、 吹掃氣管；8、電纜緊固件；9、電纜；10、單片機(jī)；11、EEPROM電路；12、SDI-12接口電路；13、 電源電路；14、硬件喚醒電路；15、防雷電路。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，包括外殼1、 激光瞄準(zhǔn)燈2、保溫填充材料3、紅外測(cè)溫頭4、電路板6和吹掃氣管7，所述不銹鋼結(jié)構(gòu)的外 殼1內(nèi)封裝激光瞄準(zhǔn)件2、保溫填充材料3、紅外測(cè)溫頭4、電路板6和吹掃氣管7，紅外測(cè)溫 頭4固定在外殼1 一端中部，紅外測(cè)溫頭4末端由外殼1側(cè)壁穿出，所述紅外測(cè)溫頭4外側(cè) 附著保溫填充材料3 ；所述紅外測(cè)溫頭4 一側(cè)設(shè)有激光瞄準(zhǔn)燈2，激光瞄準(zhǔn)燈2末端從外殼 側(cè)壁穿出；所述紅外測(cè)溫頭4 一側(cè)還設(shè)有吹掃氣管7，吹掃氣管7 —端折彎后對(duì)準(zhǔn)紅外測(cè)溫 頭4末端，吹掃氣管7另一端從外殼1側(cè)壁穿出，在使用時(shí)吹掃氣管7通過外部壓縮空氣吹 掃準(zhǔn)紅外測(cè)溫頭4，使的紅外測(cè)溫探頭4透鏡表面清潔。所述紅外測(cè)溫頭4通過IIC總線5連接電路板6，電路板6連接外接電纜9，所述 電纜9通過電纜緊固件8固定在外殼1側(cè)壁上。如圖2和3所示，所述電路板6上設(shè)有單片機(jī)10、EEPROM電路11、SDI-12接口電 路12、電源電路13、硬件喚醒電路14和防雷電路15，所述EEPROM電路11通過IIC總線5連 接在單片機(jī)10上，EEPROM電路11用于計(jì)算出最小值，最大值，平均值，最大溫差值，EEPROM 電路為電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，所述的激光瞄準(zhǔn)燈2電路連接在單片機(jī)10的I/O 口上， 通過SDI-12指令控制激光瞄準(zhǔn)燈2電路，使得激光瞄準(zhǔn)燈2瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，所述的硬件喚 醒電路14連接在單片機(jī)10的外部中斷I/O 口上，通過SDI-12總線上的高電平來解發(fā)喚 醒，所述的SDI-12接口電路12與單片機(jī)10的串口連接，再通過防雷電路15與外部電纜9 連接，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)10通過SDI-12接口電路12進(jìn)行SDI-12通信；所述紅外測(cè)溫探頭4、 單片機(jī)10、SDI-12接口電路12分別連接電源電路13。所述紅外測(cè)溫探頭4為MLX90614型號(hào)，MLX90614為德國Melexis公司出品， MLX90614中的感應(yīng)器件是一枚硅芯片連接著一層由微機(jī)械加工、對(duì)外物的紅外輻射異常靈 敏的薄膜。定制的信號(hào)處理芯片專門將感應(yīng)膜采集的信號(hào)放大并數(shù)字化，然后使用預(yù)制的 刻度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出被測(cè)物體的溫度，最后以數(shù)字形式輸出的溫度是完全線性的并且會(huì)對(duì)環(huán)境溫度變化進(jìn)行代償。MLX90614xAC的數(shù)字處理芯片采用了高級(jí)低噪音放大器、17bit的ADC 以及功能強(qiáng)勁的DSP單元，能夠適應(yīng)從-40°C到125°C的工作溫度范圍，而測(cè)量溫度范圍則 從-40°C到125°C，精度達(dá)到了 0. 02°C。當(dāng)被測(cè)物體溫度在0°C至50°C之間時(shí)，MLX90614xAC 感應(yīng)器的絕對(duì)精確度為士0.5°C，在此范圍之外則為士 1°C。所述激光瞄準(zhǔn)燈2 當(dāng)需確認(rèn)觀測(cè)面積時(shí)，上位機(jī)發(fā)出一個(gè)指令，單片機(jī)10接收到 后，控制激光瞄準(zhǔn)燈2點(diǎn)亮，該燈靶線圖形指示區(qū)域即為紅外溫度測(cè)量區(qū)域。所述紅外測(cè)溫探頭4 紅外溫度測(cè)量傳感器，內(nèi)置光學(xué)鏡頭，數(shù)字信號(hào)輸出。所述吹掃氣管7 傳感器在野外或其他有塵環(huán)境中長(zhǎng)期使用時(shí)，紅外測(cè)溫探頭4的 鏡頭會(huì)積塵，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度，利用吹掃氣管7，加壓縮空氣，可將鏡頭上的塵土吹 去。所述保溫填充材料3 可有效抑制紅外測(cè)溫探頭4所處環(huán)境溫度突變，從而影響測(cè)
量準(zhǔn)確度。所述EEPROM電路11 保存?zhèn)鞲衅鬟\(yùn)行所需要的配置信息和紅外溫度的待處理數(shù) 據(jù)。防雷電路15 可將雷電感應(yīng)的過電壓通過GND泄放，從而保護(hù)傳感器整體電路。所述硬件喚醒電路14 可將上位機(jī)(數(shù)據(jù)采集器)發(fā)送的喚醒電平傳送給單片機(jī) 10，從而使單片機(jī)10喚醒。所述SDI-12接口電路12 可對(duì)單片機(jī)10內(nèi)的電平信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其傳輸?shù)碾?平信號(hào)符合SDI-12標(biāo)準(zhǔn)。電源的控制方式為所述單片機(jī)10和SDI-12接口電路12為持續(xù)供電方式，以確保能接收到上位機(jī) (數(shù)據(jù)采集器)的指令，EEPROM電路11采用控制供電方式，當(dāng)需要保存和讀取數(shù)據(jù)時(shí)，由單 片機(jī)10控制供電；所述紅外測(cè)溫探頭4采用控制供電方式，當(dāng)需要讀取溫度時(shí)，由單片機(jī) 10控制供電；所述激光瞄準(zhǔn)燈2采用控制供電方式，當(dāng)需要定靶時(shí)，由上位機(jī)發(fā)出指令，單 片機(jī)10控制供電。主要指令與功能M指令進(jìn)行一次測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果存貯。XLl指令激光瞄準(zhǔn)燈2開啟指令。XLO指令激光瞄準(zhǔn)燈2關(guān)閉指令。Ml指令溫差測(cè)量指令，并將當(dāng)次測(cè)量與前一次測(cè)量結(jié)果的差值存貯，供上位機(jī) 獲取。XM擴(kuò)展綜合測(cè)量指令傳感器每次測(cè)量值均保存在EEPROM電路11中，當(dāng)接收到XM指令后，以前一次的 XM指令完成后的第一個(gè)數(shù)據(jù)開始，到本次XM指令其間的數(shù)據(jù)，計(jì)算出最小值，最大值，平均 值，最大溫差值，完成計(jì)算后將這些數(shù)據(jù)另存貯，并將原始記錄數(shù)據(jù)清除。DO指令數(shù)據(jù)獲取指令，傳感器接收到上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)獲取指令后，傳感器向 上位機(jī)發(fā)送已經(jīng)通過M指令進(jìn)行測(cè)量并已經(jīng)存貯的溫度值。工作流程 傳感器供電后，單片機(jī)10初始化各項(xiàng)配置，完成后即進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低功耗，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出一個(gè)指令后，SDI-12接口電路12會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，從而把單片機(jī)10從休眠 狀態(tài)喚醒到工作狀態(tài)，單片機(jī)10解讀命令與自已匹配，指令無誤后，立即按接收到的指令 執(zhí)行相應(yīng)的工作。當(dāng)接收到M指令后，立即進(jìn)行一次測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果存貯在EEPROM電路11中，然 后在接收到數(shù)據(jù)獲取指令D指令后，將這個(gè)結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)接收到Ml指令后，立即進(jìn)行第二次測(cè)量，并將前一次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，將溫 差值存貯在EEPROM電路11中，然后在接收到數(shù)據(jù)獲取指令D指令后，將這個(gè)結(jié)果發(fā)送給上 位機(jī)。當(dāng)接收到XMl指令后，立即將EEPROM電路11中的存貯記錄進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出最小 值，最大值，平均值，最大溫差值，完成計(jì)算后將這些數(shù)據(jù)另存貯，然后在接收到數(shù)據(jù)獲取指 令D指令后，將這個(gè)結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)接收到XLl指令后，單片機(jī)10將IO 口置為高電平，控制激光瞄準(zhǔn)燈2的供電開 啟，當(dāng)收到指令XLO指令后，單片機(jī)10將IO置為低電平，將激光瞄準(zhǔn)燈2關(guān)閉。
以上所述的實(shí)施例，只是本實(shí)用新型較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
的一種，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員在本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換，都應(yīng)包含在本實(shí)用新型技術(shù) 方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，包括外殼(1)、激光瞄準(zhǔn)燈(2)、保溫填充材料(3)、紅外測(cè)溫頭(4)、電路板(6)和吹掃氣管(7)，其特征在于所述不銹鋼結(jié)構(gòu)的外殼(1)內(nèi)封裝激光瞄準(zhǔn)件(2)、保溫填充材料(3)、紅外測(cè)溫頭(4)、電路板(6)和吹掃氣管(7)，所述紅外測(cè)溫頭(4)和激光瞄準(zhǔn)燈(2)分別嵌固在外殼(1)側(cè)壁上，所述紅外測(cè)溫頭(4)一側(cè)還設(shè)有吹掃氣管(7)，吹掃氣管(7)末端與紅外測(cè)溫頭(4)末端相對(duì)；所述MLX90614型號(hào)的紅外測(cè)溫頭(4)通過IIC總線(5)連接電路板(6)上的單片機(jī)(10)，所述電路板(6)上還設(shè)有EEPROM電路(11)、SDI 12接口電路(12)、電源電路(13)、硬件喚醒電路(14)和防雷電路(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，其特征在于所述紅外測(cè)溫頭(4)外側(cè)附著保溫填充材料(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，其特征在于所述EEPROM電路(11)通過IIC總線(5)連接在單片機(jī)(10)上，所述的激光瞄準(zhǔn)燈(2)、硬件喚醒電路(14) 連接在單片機(jī)(10)上，所述SDI-12接口電路(12)與單片機(jī)(10)的串口連接，并通過防 雷電路(15)與外部電纜(9)連接；所述紅外測(cè)溫探頭(4)、單片機(jī)(10)、SDI-12接口電路(12)分別連接電源電路(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，其特征在于所述單片機(jī) (10)通過SDI-12接口電路(12)進(jìn)行SDI-12通信。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字化紅外冠層溫度傳感器，包括外殼、激光瞄準(zhǔn)燈、保溫填充材料、紅外測(cè)溫頭、電路板和吹掃氣管，所述外殼內(nèi)封裝激光瞄準(zhǔn)件、保溫填充材料、紅外測(cè)溫頭、電路板和吹掃氣管，所述紅外測(cè)溫頭通過IIC總線連接電路板，所述電路板上設(shè)有單片機(jī)、EEPROM電路、SDI-12接口電路、電源電路、硬件喚醒電路和防雷電路，所述EEPROM電路通過IIC總線連接在單片機(jī)上，所述的激光瞄準(zhǔn)燈電路、硬件喚醒電路分別連接在單片機(jī)上，所述的SDI-12接口電路與單片機(jī)的串口連接，并通過防雷電路與外部電纜連接。本實(shí)用新型有益效果為無信號(hào)傳輸誤差，結(jié)構(gòu)新穎，測(cè)量范圍縮小，測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01J5/00GK201772928SQ201020000049
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者李新, 陳亞寧 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所;北京杰普森環(huán)境技術(shù)研究中心有限公司