專利名稱：溫濕度數(shù)據(jù)采集儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及環(huán)境檢測(cè)儀器，特別涉及環(huán)境溫濕度檢測(cè)儀器。
背景技術(shù)：
眾所周知，環(huán)境的溫濕度要素在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪斜妒荜P(guān)注。溫濕度 測(cè)量?jī)x產(chǎn)品已大量問世，但多數(shù)產(chǎn)品只提供實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)顯示，沒有數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功 能，更不能把數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化繪成曲線。這就使應(yīng)用受到很大的局限，特別是那些需要對(duì)溫 濕度瞬間變化過程進(jìn)行觀測(cè)和研究的部門。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種溫濕度數(shù)據(jù)采集儀，本儀器測(cè)量 精度高，穩(wěn)定性好，集數(shù)據(jù)采集和圖形顯示以及存儲(chǔ)功能為一體，可將作業(yè)場(chǎng)所的溫濕度實(shí) 況以數(shù)據(jù)和溫濕度曲線方式直觀的實(shí)時(shí)的表示出來，可廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和部門，特別 是那些需要對(duì)溫濕度瞬間變化過程進(jìn)行觀測(cè)和研究的部門。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種溫濕度數(shù)據(jù)采集儀，包括主機(jī)和傳感頭模塊，傳感頭模塊由傳感頭接口插頭、 電纜和探頭組成，其特征是探頭內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫電阻、濕敏電容、雙時(shí)基集成電路和外圍電路，雙時(shí)基電路中的 第一個(gè)時(shí)基電路通過第二十七號(hào)電阻、第二十八號(hào)電阻、第二十六號(hào)電容連接成方波發(fā)生 器，第二個(gè)時(shí)基電路通過第二十九號(hào)電阻、濕敏電容連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，方波發(fā)生器產(chǎn)生 基準(zhǔn)信號(hào)，該基準(zhǔn)信號(hào)由雙時(shí)基集成電路的5腳輸出給其8腳，從而使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生寬 度與濕敏電容的電容值對(duì)應(yīng)的脈沖檢測(cè)信號(hào)，該脈沖檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過RC濾波器輸出至傳感 頭接口插頭的2腳，測(cè)溫電阻的兩端與傳感頭接口插頭的5、6腳相連；主機(jī)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)、單片機(jī)、液晶 顯示模塊、通訊模塊，主機(jī)外殼上設(shè)置有RS-232接口插座、電源插座、傳感頭接口插座；信號(hào)處理模塊由溫度處理電路和濕度處理電路組成，溫度處理電路由電橋電路和 第一、第二斬波運(yùn)算放大器組成，電橋電路有左、右兩個(gè)橋臂，左橋臂由九號(hào)、十號(hào)、十一號(hào) 電阻組成，右橋臂由七號(hào)、八號(hào)電阻以及測(cè)溫電阻組成，左、右兩個(gè)橋臂分別與傳感頭接口 插座的5、6腳連接，從而將測(cè)溫電阻接入右橋臂中，電橋電路的左、右橋臂的差分輸出端分 別與第一斬波運(yùn)算放大器的兩輸入端連接，第一斬波運(yùn)算放大器的輸出端一路經(jīng)過六號(hào)電 位器與溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的溫度信號(hào)輸入端連接，另一路經(jīng)過七號(hào)電位器與第二斬波運(yùn) 算放大器的反相輸入端連接，第二斬波運(yùn)算放大器的輸出端與電橋電路的左、右橋臂以及 五號(hào)電位器連接；濕度處理電路由穩(wěn)壓電路、偏置電路、第一高精度儀表運(yùn)算放大器、第二高精度儀 表運(yùn)算放大器以及正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)組成，穩(wěn)壓電路由一號(hào)電阻和穩(wěn)壓管串聯(lián)組成， 偏置電路由二號(hào)、三號(hào)電阻和一號(hào)電位器串聯(lián)組成，偏置電路的輸入端連接在穩(wěn)壓管的輸出端上，一號(hào)電位器的滑動(dòng)端與第一高精度儀表運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第一高精 度儀表運(yùn)算放大器的同相輸入端與傳感頭接口插座連接，第一高精度儀表運(yùn)算放大器的輸 出端經(jīng)過三號(hào)電位器分壓后分兩路輸出，一路與第二高精度儀表運(yùn)算放大器的反相輸入端 連接，另一路與正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉端連接，第二高精度儀表運(yùn)算放大器的輸出端 與正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)常開端連接，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制端與單片機(jī)的定時(shí)器 端口連接，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端與溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的濕度信號(hào)輸入端連 接；數(shù)據(jù)采集模塊由單通道A/D變換器、A/D變換器基準(zhǔn)電壓源、采樣時(shí)序控制電路組 成，A/D變換器基準(zhǔn)電壓源的輸出端經(jīng)過四號(hào)電位器的滑動(dòng)端與單通道A/D變換器的基準(zhǔn) 電壓端連接，單通道A/D變換器的四位數(shù)據(jù)線分別與單片機(jī)的Pl 口的低四位口線相連，單 通道A/D變換器的四個(gè)位選線分別與單片機(jī)的Pl 口的高四位口線相連，采樣時(shí)序控制電 路由RS觸發(fā)器和一號(hào)邏輯控制器件、二號(hào)邏輯控制器件、一號(hào)反相器、二號(hào)反相器以及合 成器構(gòu)成，RS觸發(fā)器由與非門構(gòu)成，一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件由與非門構(gòu)成，一號(hào)、二號(hào)反相 器由與非門構(gòu)成，合成器由負(fù)邏輯或門構(gòu)成，RS觸發(fā)器的輸出端與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件 的一個(gè)輸入端連接，一號(hào)邏輯控制器件的輸出端經(jīng)過二號(hào)反相器與單片機(jī)的一個(gè)中斷請(qǐng)求 端連接，二號(hào)邏輯控制器件的輸出端經(jīng)過一號(hào)反相器與單片機(jī)的另一個(gè)中斷請(qǐng)求端連接， 單通道A/D變換器的變換結(jié)束信號(hào)端與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件的另一個(gè)輸入端相連，單 通道A/D變換器的變換開始信號(hào)端與合成器的輸出端相連，合成器的兩個(gè)輸入端分別與一 號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件的輸出端連接；單片機(jī)的PO 口經(jīng)過八位數(shù)據(jù)線與液晶顯示模塊的八位數(shù)據(jù)端連接，單片機(jī)的PO 口經(jīng)過三位地址線與鎖存器的地址端口連接，單片機(jī)的地址選通端口與鎖存器的地址使能 端口連接，鎖存器的地址輸出端口分別與液晶顯示模塊的片選端口以及讀寫信號(hào)端口連 接，單片機(jī)的讀信號(hào)端口、寫信號(hào)端口經(jīng)過門電路與液晶顯示模塊的使能端口連接；通訊模 塊由專用RS-232接口芯片構(gòu)成，單片機(jī)的串行通訊端口與專用RS-232接口芯片的輸入端 連接，專用RS-232接口芯片的輸出端與RS-232插座連接。由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型有以下積極有益效果本儀器測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍精度溫度范圍-50-+50°C精度0.2°C濕度范圍RH0-100%精度RH 10-95% RH 2%其它RH 5%傳感器組件-40-+40°C儀器數(shù)據(jù)顯示精度溫度0. 1°C，濕度RH 0. 1%本儀器可作為局部環(huán)境和對(duì)溫濕度有嚴(yán)格要求場(chǎng)合的觀測(cè)記錄儀器，可廣泛應(yīng)用 于各個(gè)領(lǐng)域，特別對(duì)溫濕度瞬間變化過程進(jìn)行探測(cè)并研究的領(lǐng)域更是必備儀器。

圖1是本實(shí)用新型的主機(jī)外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型傳感器模塊的外形結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖3是濕度傳感器的電路原理圖。圖4是信號(hào)處理模塊的電路原理圖。圖5是數(shù)據(jù)采集模塊、溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)、單片機(jī)、液晶顯示模塊、通訊模塊的 電路原理圖。圖6是通訊參數(shù)設(shè)置窗口的示意圖。圖7是主窗口(功能選擇窗口 )的示意圖。圖8是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的示意圖。圖9是實(shí)時(shí)溫濕度曲線顯示的示意圖。圖10是溫濕度曲線重現(xiàn)的示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5，本實(shí)用新型是一種溫濕度數(shù)據(jù)采集儀，包括主機(jī) 1和傳感頭模塊，傳感頭模塊由傳感頭接口插頭P1、電纜6和探頭5組成，探頭5內(nèi)設(shè)置有 測(cè)溫電阻PT100、濕敏電容C28、雙時(shí)基集成電路ICM7556和外圍電路，雙時(shí)基電路ICM7556 中的第一個(gè)時(shí)基電路通過第二十七號(hào)電阻R27、第二十八號(hào)電阻R28、第二十六號(hào)電容C26 連接成方波發(fā)生器，第二個(gè)時(shí)基電路通過第二十九號(hào)電阻R29、濕敏電容C28連接成單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器，方波發(fā)生器產(chǎn)生約40KHz的基準(zhǔn)信號(hào)，該基準(zhǔn)信號(hào)由雙時(shí)基集成電路ICM7556的5 腳輸出給其8腳，從而使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生寬度與濕敏電容C28的電容值對(duì)應(yīng)的脈沖檢測(cè) 信號(hào)，該脈沖檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過RC (電阻R30、電容C29)濾波器輸出至傳感頭接口插頭Pl的2 腳，測(cè)溫電阻PT100的兩端與傳感頭接口插頭Pl的5、6腳相連。主機(jī)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)、單片機(jī)、液晶 顯示模塊、通訊模塊，主機(jī)1外殼上設(shè)置有RS-232接口插座3，電源插座2，傳感頭接口插座 Jl以及電源開關(guān)4，RS-232接口插座通過電纜與上位計(jì)算機(jī)連接。信號(hào)處理模塊由溫度處理電路和濕度處理電路組成，溫度處理電路由電橋電路和 第一、第二斬波運(yùn)算放大器U6、U7(ICL7650)組成，電橋電路有左、右兩個(gè)橋臂，左橋臂由九 號(hào)、十號(hào)、i^一號(hào)電阻R9、R10、R11組成，右橋臂由七號(hào)、八號(hào)電阻R7、R8以及測(cè)溫電阻PT100 組成，左、右兩個(gè)橋臂分別與傳感頭接口插座Jl的5、6腳連接，從而將測(cè)溫電阻PT100接入 右橋臂中，電橋電路左、右橋臂的差分輸出端分別與第一斬波運(yùn)算放大器U6的兩輸入端連 接，第一斬波運(yùn)算放大器U6的輸出端一路經(jīng)過六號(hào)電位器VR6 (用于調(diào)節(jié)輸出電壓幅度) 輸出給溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U8(⑶4053)的1腳，另一路經(jīng)過七號(hào)電位器VR7與第二斬波運(yùn) 算放大器U7的反相輸入端(4腳)相連，第二斬波運(yùn)算放大器U7(ICL7650)的輸出端與電 橋電路的左、右橋臂及五號(hào)電位器VR5相連。濕度處理電路由穩(wěn)壓電路、偏置電路、第一高精度儀表運(yùn)算放大器U3 (INA105KP)、 第二高精度儀表運(yùn)算放大器U4(INA105KP)以及正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9 (MAX322)組成， 穩(wěn)壓電路由一號(hào)電阻Rl和穩(wěn)壓管Wl串聯(lián)組成，偏置電路由二號(hào)、三號(hào)電阻R2、R3和一號(hào)電 位器VRl串聯(lián)組成，偏置電路的輸入端連接在穩(wěn)壓管Wl的輸出端上，一號(hào)電位器VRl的滑 動(dòng)端與第一高精度儀表運(yùn)算放大器U3的反相輸入端(2腳)連接，第一高精度儀表運(yùn)算放 大器U3的同相輸入端(3腳)與傳感頭接口插座Jl的2腳連接，第一高精度儀表運(yùn)算放大 器U3的輸出端(6腳)經(jīng)過三號(hào)電位器VR3分壓后分兩路輸出，一路與第二高精度儀表運(yùn)算放大器U4的反相輸入端連接，另一路與正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9常閉端N02連接，第二 高精度儀表運(yùn)算放大器U4的輸出端與正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9常開端NOl連接，正負(fù)濕 度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9的控制端mi、IN2與單片機(jī)Ul的定時(shí)器端口 TO連接，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn) 換開關(guān)U9的輸出端C0M1、COM2都與溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U8的濕度信號(hào)輸入端YO連接。數(shù)據(jù)采集模塊由單通道A/D變換器U2(MC14433)、A/D變換器基準(zhǔn)電壓源 TO (MC1403)、采樣時(shí)序控制電路組成，A/D變換器基準(zhǔn)電壓源TO的輸出端(2腳)經(jīng)過四號(hào) 電位器VR4的滑動(dòng)端與單通道A/D變換器U2的基準(zhǔn)電壓端VR連接，單通道A/D變換器U2 的四位數(shù)據(jù)線Q0、Q1、Q2、Q3分別與單片機(jī)Ul的Pl 口的低四位口線PI. 0、P1. UPl. 2、P1. 3 相連，單通道A/D變換器U2的四個(gè)位選線DSl、DS4、DS2、DS3分別與單片機(jī)Ul的Pl 口的 高四位口線 Pl. 4、Pl. 5、Pl. 6、Pl. 7 相連。采樣時(shí)序控制電路由RS觸發(fā)器和一號(hào)邏輯控制器件、二號(hào)邏輯控制器件、一號(hào)反 相器、二號(hào)反相器以及合成器構(gòu)成，RS觸發(fā)器由與非門U12A、U12B構(gòu)成，一號(hào)、二號(hào)邏輯控 制器件分別由與非門U13C、U13D構(gòu)成，一號(hào)、二號(hào)反相器分別由與非門U13A、U13B構(gòu)成，合 成器由負(fù)邏輯或門U12C構(gòu)成，RS觸發(fā)器的輸出端與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件U13C、U13D的 一個(gè)輸入端連接，一號(hào)邏輯控制器件U13C的輸出端經(jīng)過二號(hào)反相器U13B與單片機(jī)Ul的中 斷請(qǐng)求端INTO連接，二號(hào)邏輯控制器件U13D的輸出端經(jīng)過一號(hào)反相器U13A與單片機(jī)的中 斷請(qǐng)求端INTl連接，單通道A/D變換器U2的變換結(jié)束信號(hào)端EOC與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器 件U13C、U13D的另一個(gè)輸入端相連，單通道A/D變換器U2的變換開始信號(hào)端DU與合成器 U12C的輸出端相連，合成器U12C的兩個(gè)輸入端分別與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件U13C、U13D 的輸出端連接，單片機(jī)Ul的PO 口經(jīng)過八位數(shù)據(jù)線與液晶顯示模塊LCD的八位數(shù)據(jù)端連接， 單片機(jī)Ul的PO 口經(jīng)過三位地址線與鎖存器Ull的地址端口連接，單片機(jī)Ul的地址選通端 口 ALE與鎖存器Ull的地址使能端口 LE連接，鎖存器Ull的地址輸出端口 Q6、Q7分別與液 晶顯示模塊IXD的片選端口 RS以及讀寫端口 R/W連接，單片機(jī)Ul的讀信號(hào)端口 RD、寫信號(hào) 端口 WR經(jīng)過門電路與液晶顯示模塊IXD的使能端E連接。通訊模塊由專用RS-232接口芯片U14 (MAX202ECPE)構(gòu)成，單片機(jī)Ul的串行通訊 端口 RXD、TXD與專用RS-232接口芯片U14的輸入端(9腳、10腳)連接，專用RS-232接口 芯片U14的輸出端(8腳、7腳)與RS-232插座JP4(3腳、2腳)連接。雙時(shí)基集成電路ICM7556相當(dāng)兩個(gè)555(著名的時(shí)基集成芯片)的CMOS雙時(shí)基器 件，ICM7556左側(cè)1至6腳相當(dāng)一個(gè)555，它和其左側(cè)的電阻R27、R28、電容C26構(gòu)成頻率為 約40KHz方波振蕩器。ICM7556右側(cè)8_13腳相當(dāng)另一個(gè)555，它和其右側(cè)的電阻R29、R31、 濕敏電容C28構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)態(tài)由方波觸發(fā)，單穩(wěn)態(tài)的輸出信號(hào)的寬度由電阻R29、 濕敏電容C28決定。濕敏電容C28作為濕度傳感器使用。電阻R31是一個(gè)阻值為10兆歐 的電阻，其作用是濕敏電容C28的放電電阻。單穩(wěn)態(tài)電路輸出信號(hào)從雙時(shí)基集成電路U15(ICM7556)的F2 (9腳)輸出端經(jīng)電阻 R32、電容C27濾波得到隨濕度變化的直流電平。圖3所示的溫、濕度傳感器都裝在圖2所 示的探頭5中。信號(hào)處理電路的作用中對(duì)溫度和濕度信號(hào)進(jìn)行處理，以滿足單通道A/D變換器的 要求。測(cè)溫電阻PTlOO通過傳感頭接口插座Jl和傳感頭接口插頭Pl接入電橋電路。第一 斬波集成運(yùn)算放大器的TO輸出經(jīng)六號(hào)電位器VR6調(diào)節(jié)輸出，第一、第二斬波集成運(yùn)算放大器TO、U7都是負(fù)反饋放大器，反饋網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。兩級(jí)放大器TO、U7的輸出分別有RC濾 波網(wǎng)絡(luò)，防止斬波干擾。第二斬波集成運(yùn)算放大器U7的作用是為電橋提供電壓源，用以提 高傳感器的線性，屬于硬件線性補(bǔ)償。第二斬波集成運(yùn)算放大器U7的輸入端4有兩個(gè)電位 器VR7、VR3用來調(diào)節(jié)其輸入的幅度，使輸出在-3V左右。電位器VR7輸出幅度的調(diào)節(jié)直接 影響線性補(bǔ)償程度。高端主要靠電位器VR7調(diào)節(jié)補(bǔ)償；低端主要靠電位器VR3調(diào)節(jié)補(bǔ)償，補(bǔ) 償在標(biāo)定過程中完成。濕度信號(hào)處理電路由兩級(jí)高精度儀表集成運(yùn)算放大器組成第一高精度儀表集成 運(yùn)算放大器U3為差分放大，其零點(diǎn)和放大輸出分別由電位器VRl和電位器VR3調(diào)節(jié)，輸出 正電平。第二高精度儀表集成運(yùn)算放大器U4為第一級(jí)輸出的-1倍放大器(倒相器)，輸出 負(fù)濕度電平。因?yàn)闈穸葲]有負(fù)值，所以當(dāng)單通道A/D變換器某一次采樣的溫度值為負(fù)時(shí)，如 果緊跟著下一次采樣的濕度值為正，這時(shí)A/D變換器不工作；如果這次采樣的濕度值跟溫 度極性一樣是負(fù)值，單通道A/D變換器就正常工作。人為產(chǎn)生的濕度負(fù)電平就是為測(cè)負(fù)溫 時(shí)，保證單通道A/D變換器交替采樣正常工作的要求。具體實(shí)施如下正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9(MAX322)是一個(gè)兩刀開關(guān)，一個(gè)常閉一 個(gè)常開。兩刀的輸出端連在一起，它的作用是作為正負(fù)濕度信號(hào)的輸出的執(zhí)行器件。兩刀開關(guān)的控制端由單片機(jī)Ul的定時(shí)器端口 TO提供。當(dāng)溫度為正時(shí)，TO輸出低 電平，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9不動(dòng)作，常閉端輸出正電平。當(dāng)溫度為負(fù)時(shí)，TO輸出高電平，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9動(dòng)作，常閉端斷開，常開 端閉合，輸出負(fù)電平。也就是溫度控制正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9打開和閉合，使溫度為正 時(shí)濕度輸出為正，溫度為負(fù)時(shí)濕度輸出為負(fù)，從而適應(yīng)單通道A/D變換器U2(MC14433)工作 在交替采樣狀況下溫濕度信號(hào)極性必須一致的要求。負(fù)濕度信號(hào)的A/D變換值取正值，因?yàn)闈穸葲]有負(fù)值，顯示也不設(shè)符號(hào)位。總之正 負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9(MAX322)的作用是讓濕度信號(hào)的輸出極性隨溫度的極性變化，保 證單通道A/D變換器U2在溫濕度交替采樣時(shí)能正常工作。放大后的溫度信號(hào)和經(jīng)過正負(fù)濕 度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U9(MAX322)的濕度信號(hào)分別送至圖5中溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U8 (⑶4053) 一刀兩擲轉(zhuǎn)換開關(guān)的兩輸入端1腳Yl和2腳Y0，等待門控電平控制溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的 輸出端Y交替的與兩輸入端Yl和YO連接，然后送至圖5中單通道A/D變換器U2的信號(hào)電 平輸入端VX。本實(shí)用新型的工作原理如下單片機(jī)Ul采用89C51。本儀器測(cè)量要素是溫濕度二要素，而單通道A/D變換器U2 的信號(hào)輸入是單要素的。因此需要采取對(duì)溫濕度交替采樣的方式，使其分時(shí)完成二要素的 A/D變換。單通道A/D變換器U2 (MC14433)是B⑶碼輸出的A/D變換器。它有一個(gè)A/D變換 開始(啟動(dòng))輸入端DU，還有一個(gè)A/D變換結(jié)束輸出端E0C。在單通道運(yùn)用時(shí)，很簡(jiǎn)單，信號(hào)送進(jìn)VX端，EOC直接與DU相連，用本次變換的結(jié)束 脈沖啟動(dòng)下一次變換，可以循環(huán)工作起來。當(dāng)兩元素信號(hào)用單通道時(shí)，從時(shí)間上就要有所控制，使兩元素分時(shí)交替運(yùn)用這個(gè) 通道。[0052]圖5運(yùn)用兩個(gè)4-2與非門器件74LS00完成這一功能。A/D變換溫濕度二元素交替采樣原理如下單片機(jī)Ul初始化程序預(yù)置定時(shí)器Tl 端口為高電平，使RS觸發(fā)器中與非門U12A的3腳為低電平，U12B的6腳為高電平，此時(shí)， 與非門U12D的輸入端12腳、13腳為高電平，與非門U12D的輸出端為低電平，使RS觸發(fā)器 更穩(wěn)定，此高電平送至溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)U8 (CD4053)的控制端B，保證濕度信號(hào)接通單 通道A/D變換器U2的3腳VX端，等待濕度信號(hào)A/D變換的啟動(dòng)。這時(shí)由單通道A/D變換器U2的14腳來的變換結(jié)束脈沖EOC和RS觸發(fā)器中與非 門U12B的6腳的高電平同時(shí)加載在邏輯控制器件U13C兩個(gè)輸入端上，將其選通，邏輯控制 器件U13C的8腳產(chǎn)生負(fù)脈沖，經(jīng)反相器U13B在6腳產(chǎn)生正脈沖(中斷INTO)，中斷INTO 向單片機(jī)Ul申請(qǐng)后，中斷程序?qū)/D變換的溫度數(shù)據(jù)讀至單片機(jī)Ul的片內(nèi)存儲(chǔ)器RAM內(nèi)， 等待其數(shù)據(jù)調(diào)用和向RS-232接口發(fā)送。中斷INTO也作為即將到來的濕度A/D變換的啟 動(dòng)脈沖。溫度數(shù)據(jù)讀完后，單片機(jī)Ul向計(jì)算機(jī)的RS-232接口發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)。中斷程序 INTO最后將單片機(jī)Ul的15腳Tl置0 (低電平)，這時(shí)RS觸發(fā)器反轉(zhuǎn)，狀態(tài)發(fā)生變化，反相 器U13A的3腳產(chǎn)生正脈沖(中斷INT1)，從而進(jìn)入下一周期濕度讀出數(shù)據(jù)，溫度進(jìn)行A/D 變換的周期。單片機(jī)Ul兩個(gè)中斷INTO和INTl的中斷程序是分別將溫濕度數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)RAM 內(nèi)?？梢姕貪穸榷氐慕惶娌蓸?，是軟硬件配合運(yùn)行的結(jié)果。圖5中的TO(MC1403)為基準(zhǔn)電壓源，用來作為單通道A/D變換器的基準(zhǔn)電壓，由 電位器VR3來調(diào)節(jié)。圖5中的HY-1601C為液晶顯示器件。它是軟硬件成熟的公開技術(shù)。Ull (74LS373) 為數(shù)據(jù)鎖存器。它鎖存單片機(jī)三個(gè)低位地址，它和UlO (74LS00)的三個(gè)門電路聯(lián)合生成液 晶顯示所要求的三個(gè)控制信號(hào)片選RS、讀寫R/W、使能E信號(hào)。圖5中U14(MAX202)為RS-232接口芯片，它是為與計(jì)算機(jī)通訊用的。在這里值得 一提的是向計(jì)算機(jī)發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)是在中斷INTO的中斷程序讀完溫度數(shù)據(jù)后的時(shí)間發(fā)送 的。本儀器主機(jī)上有溫濕度數(shù)據(jù)的液晶顯示，可脫機(jī)作為溫濕度顯示儀使用，通過 RS-232接口與計(jì)算機(jī)連接后，可實(shí)時(shí)連機(jī)工作。計(jì)算機(jī)操作采用窗口控制，而不是菜單控制。這樣更直觀，更便於操作。請(qǐng)參照?qǐng)D 6，通訊參數(shù)設(shè)置窗口中有兩項(xiàng)通訊參數(shù)選項(xiàng)串口選擇(1、2、3、4)。括號(hào)中的數(shù)字代表儀器主機(jī)與計(jì)算機(jī)串口通道號(hào)。如果 你的通道號(hào)是1 (大多數(shù)使用1)，請(qǐng)?jiān)谳斎肟蛑刑?。通訊參數(shù)(19200、n、8、l)此參數(shù)是固定的。通道號(hào)填好后，單擊通訊連接，系 統(tǒng)進(jìn)入主窗口(功能選擇窗口)，如圖7所示。主窗口是核心窗口，通過它進(jìn)入三個(gè)子窗口。每個(gè)子窗口對(duì)應(yīng)不同的使用功能。單 擊三個(gè)使用功能窗口中的任何一個(gè)，就進(jìn)入對(duì)應(yīng)的使用功能窗口。每個(gè)子窗口的右下角有 一返回主窗口按鈕，單擊它，可從所在子窗口返回主窗口，可方便地再進(jìn)入其它功能子窗 口，選擇新的功能。每個(gè)子窗口返回主窗口的右邊有退出按鈕，單擊它，可退出系統(tǒng).下面分別介紹三個(gè)功能子窗口 功能子窗口一 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，[0066]在主窗口，單擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，進(jìn)入圖8所示功能子窗口畫面。在畫面右側(cè)有參 數(shù)輸入框和按鈕有一個(gè)采樣時(shí)間間隔輸入框，輸入數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔，以整數(shù)秒為間隔 選擇數(shù)據(jù)，單位為ms。如間隔1秒，則輸入1000，采樣時(shí)間間隔的范圍為1至10秒。單擊采集啟動(dòng)按鈕，顯示屏就出現(xiàn)以輸入采樣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)為間隔的時(shí)間、溫 度、濕度的數(shù)據(jù)集合。圖8中溫濕度數(shù)據(jù)最右邊的一列順序數(shù)字為數(shù)據(jù)的序列號(hào)，在數(shù)據(jù)和 曲線存儲(chǔ)和重現(xiàn)中將使用它。點(diǎn)擊暫停按鈕可暫停數(shù)據(jù)采集。點(diǎn)擊繼續(xù)按鈕可繼續(xù) 數(shù)據(jù)采集。保存按鈕是為保存數(shù)據(jù)文件而設(shè)置的。單擊保存后，設(shè)置文件名和路徑， 保存數(shù)據(jù)文件在磁盤中。單擊返回主窗口按鈕，屏幕立即返回主窗口畫面。單擊退出按鈕退出系統(tǒng)。功能子窗口 二實(shí)時(shí)溫濕度曲線，在主窗口的功能選項(xiàng)中，有實(shí)時(shí)溫濕度曲線，單擊實(shí)時(shí)溫濕度曲線，進(jìn)入圖9 所示功能子窗口畫面。在畫面上有兩條曲線紅色的為濕度曲線；蘭色的為溫度曲線。曲線的橫坐標(biāo)為 時(shí)間，單位為分鐘。其刻度粗格為分鐘；細(xì)格為0.2分鐘(圖9中僅畫了粗格)?？v坐標(biāo)為 溫度和濕度，范圍為-50-100，單位溫度為。C;濕度RH為％。其刻度粗格為10 ；細(xì)格為2(圖 9中僅畫了粗格)。在圖9畫面的右上方，有采樣時(shí)間間隔系數(shù)j和觀測(cè)時(shí)間系數(shù)η輸入框，j和 η都是正整數(shù)。j表示儀器器件固有的采樣時(shí)間間隔的倍數(shù)。η表示整個(gè)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)曲線圖 切換的次數(shù)，即頁數(shù)。采樣時(shí)間間隔系數(shù)j的選擇要依觀測(cè)的溫濕度的瞬間變化程度，激 烈的選小些；平緩的選大些，以免的占用大的存儲(chǔ)空間。每幅圖的觀測(cè)時(shí)間為5分鐘X j。 總的觀測(cè)時(shí)間為5分鐘X j X η。合理輸入選擇的參數(shù)后，點(diǎn)擊其右邊的啟動(dòng)按鈕，立即開始實(shí)時(shí)繪制隨時(shí)間變 化的溫濕度曲線。同時(shí)在觀測(cè)時(shí)間顯示框內(nèi)顯示總的觀測(cè)時(shí)間。點(diǎn)擊停止按鈕，可以 隨時(shí)停止作業(yè)。說明一點(diǎn)，繪制曲線的數(shù)據(jù)記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集窗口的文本框中。最右 邊的保存曲線按鈕，點(diǎn)擊它，立即將繪制完的曲線的窗口切換至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集窗口。 然后按保存實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)文件的方法保存曲線的數(shù)據(jù)。功能子窗口三溫濕度曲線重現(xiàn)在主窗口，單擊溫濕度曲線重現(xiàn)，進(jìn)入圖10所示功能子窗口畫面。從圖10看出該畫面分左右兩部分，左邊再現(xiàn)的是實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)采集集合。右 邊顯示的是由左邊數(shù)據(jù)繪制的曲線，這樣更直觀，溫濕度曲線重現(xiàn)分兩步完成在畫面的左 上角，點(diǎn)擊打開按鈕。窗口中立即附加一個(gè)打開文件窗口。在選擇路徑和文件名后，再 點(diǎn)擊打開文件窗口窗口中的打開按鈕，在圖10左邊的文本框中再現(xiàn)所保存的曲線文 件的數(shù)據(jù)集合。在窗口的右上方，有一個(gè)采樣時(shí)間間隔系數(shù)j的輸入框，它與實(shí)時(shí)溫濕 度曲線窗口的采樣時(shí)間間隔系數(shù)j是同一參數(shù)。不記得時(shí)，可以從左邊的曲線數(shù)據(jù)的 秒數(shù)據(jù)得知，相鄰的秒差值就是采樣時(shí)間間隔系數(shù)j。還有一個(gè)掃描時(shí)間系數(shù)η小時(shí)
輸入框，要求輸入一個(gè)正整數(shù)。它表示基本曲線掃描時(shí)間(60分鐘)的倍數(shù)。最后一個(gè)輸 入曲線點(diǎn)數(shù)輸入框，從左邊文本框的曲線數(shù)據(jù)的右邊的序號(hào)中找出所要的曲線段的序號(hào) 輸入框中。三參數(shù)輸入完結(jié)，點(diǎn)擊曲線重現(xiàn)按鈕。欲重現(xiàn)的曲線立即出現(xiàn)在畫面上。同 時(shí)在圖10的下邊立即顯示所選曲線段的溫濕度的最大值、最小值和平均值。[0077] 為了更精細(xì)地觀察曲線，將整個(gè)觀測(cè)時(shí)間分成六個(gè)時(shí)間段，曲線框下六個(gè)選擇鈕 與其對(duì)應(yīng)。單擊它們，可精細(xì)觀測(cè)不同時(shí)段的溫濕度變化曲線。實(shí)時(shí)溫濕度曲線應(yīng)用范圍 廣泛，重現(xiàn)它的歷史記錄，進(jìn)行后續(xù)研究也很有價(jià)值。
權(quán)利要求1. 一種溫濕度數(shù)據(jù)采集儀，包括主機(jī)和傳感頭模塊，傳感頭模塊由傳感頭接口插頭、電 纜和探頭組成，其特征是探頭內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫電阻、濕敏電容、雙時(shí)基集成電路和外圍電路，雙時(shí)基電路中的第一 個(gè)時(shí)基電路通過第二十七號(hào)電阻、第二十八號(hào)電阻、第二十六號(hào)電容連接成方波發(fā)生器，第 二個(gè)時(shí)基電路通過第二十九號(hào)電阻、濕敏電容連接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，方波發(fā)生器產(chǎn)生基準(zhǔn) 信號(hào)，該基準(zhǔn)信號(hào)由雙時(shí)基集成電路的5腳輸出給其8腳，從而使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生寬度與 濕敏電容的電容值對(duì)應(yīng)的脈沖檢測(cè)信號(hào)，該脈沖檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過RC濾波器輸出至傳感頭接 口插頭的2腳，測(cè)溫電阻的兩端與傳感頭接口插頭的5、6腳相連；主機(jī)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)、單片機(jī)、液晶顯示 模塊、通訊模塊，主機(jī)外殼上設(shè)置有RS-232接口插座、電源插座、傳感頭接口插座；信號(hào)處理模塊由溫度處理電路和濕度處理電路組成，溫度處理電路由電橋電路和第 一、第二斬波運(yùn)算放大器組成，電橋電路有左、右兩個(gè)橋臂，左橋臂由九號(hào)、十號(hào)、十一號(hào)電 阻組成，右橋臂由七號(hào)、八號(hào)電阻以及測(cè)溫電阻組成，左、右兩個(gè)橋臂分別與傳感頭接口插 座的5、6腳連接，從而將測(cè)溫電阻接入右橋臂中，電橋電路的左、右橋臂的差分輸出端分別 與第一斬波運(yùn)算放大器的兩輸入端連接，第一斬波運(yùn)算放大器的輸出端一路經(jīng)過六號(hào)電位 器與溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的溫度信號(hào)輸入端連接，另一路經(jīng)過七號(hào)電位器與第二斬波運(yùn)算 放大器的反相輸入端連接，第二斬波運(yùn)算放大器的輸出端與電橋電路的左、右橋臂以及五 號(hào)電位器連接；濕度處理電路由穩(wěn)壓電路、偏置電路、第一高精度儀表運(yùn)算放大器、第二高精度儀表 運(yùn)算放大器以及正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)組成，穩(wěn)壓電路由一號(hào)電阻和穩(wěn)壓管串聯(lián)組成，偏 置電路由二號(hào)、三號(hào)電阻和一號(hào)電位器串聯(lián)組成，偏置電路的輸入端連接在穩(wěn)壓管的輸出 端上，一號(hào)電位器的滑動(dòng)端與第一高精度儀表運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第一高精度 儀表運(yùn)算放大器的同相輸入端與傳感頭接口插座連接，第一高精度儀表運(yùn)算放大器的輸出 端經(jīng)過三號(hào)電位器分壓后分兩路輸出，一路與第二高精度儀表運(yùn)算放大器的反相輸入端連 接，另一路與正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉端連接，第二高精度儀表運(yùn)算放大器的輸出端與 正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)常開端連接，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制端與單片機(jī)的定時(shí)器端 口連接，正負(fù)濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端與溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的濕度信號(hào)輸入端連接； 數(shù)據(jù)采集模塊由單通道A/D變換器、A/D變換器基準(zhǔn)電壓源、采樣時(shí)序控制電路組成， A/D變換器基準(zhǔn)電壓源的輸出端經(jīng)過四號(hào)電位器的滑動(dòng)端與單通道A/D變換器的基準(zhǔn)電壓 端連接，單通道A/D變換器的四位數(shù)據(jù)線分別與單片機(jī)的P1 口的低四位口線相連，單通道 A/D變換器的四個(gè)位選線分別與單片機(jī)的P1 口的高四位口線相連，采樣時(shí)序控制電路由 RS觸發(fā)器和一號(hào)邏輯控制器件、二號(hào)邏輯控制器件、一號(hào)反相器、二號(hào)反相器以及合成器構(gòu) 成，RS觸發(fā)器由與非門構(gòu)成，一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件由與非門構(gòu)成，一號(hào)、二號(hào)反相器由與 非門構(gòu)成，合成器由負(fù)邏輯或門構(gòu)成，RS觸發(fā)器的輸出端與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件的一 個(gè)輸入端連接，一號(hào)邏輯控制器件的輸出端經(jīng)過二號(hào)反相器與單片機(jī)的一個(gè)中斷請(qǐng)求端連 接，二號(hào)邏輯控制器件的輸出端經(jīng)過一號(hào)反相器與單片機(jī)的另一個(gè)中斷請(qǐng)求端連接，單通 道A/D變換器的變換結(jié)束信號(hào)端與一號(hào)、二號(hào)邏輯控制器件的另一個(gè)輸入端相連，單通道 A/D變換器的變換開始信號(hào)端與合成器的輸出端相連，合成器的兩個(gè)輸入端分別與一號(hào)、二 號(hào)邏輯控制器件的輸出端連接；單片機(jī)的P0 口經(jīng)過八位數(shù)據(jù)線與液晶顯示模塊的八位數(shù)據(jù)端連接，單片機(jī)的P0 口經(jīng) 過三位地址線與鎖存器的地址端口連接，單片機(jī)的地址選通端口與鎖存器的地址使能端口 連接，鎖存器的地址輸出端口分別與液晶顯示模塊的片選端口以及讀寫信號(hào)端口連接，單 片機(jī)的讀信號(hào)端口、寫信號(hào)端口經(jīng)過門電路與液晶顯示模塊的使能端口連接；通訊模塊由專用RS-232接口芯片構(gòu)成，單片機(jī)的串行通訊端口與專用RS-232接口芯 片的輸入端連接，專用RS-232接口芯片的輸出端與RS-232插座連接。
專利摘要一種溫濕度數(shù)據(jù)采集儀，包括主機(jī)和傳感頭模塊，傳感頭模塊由傳感頭接口插頭、電纜和探頭組成；探頭內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫電阻、濕敏電容、雙時(shí)基集成電路和外圍電路；主機(jī)內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)、單片機(jī)、液晶顯示模塊、通訊模塊；信號(hào)處理模塊由溫度和濕度處理電路組成；數(shù)據(jù)采集模塊由單通道A/D變換器、A/D變換器基準(zhǔn)電壓源、采樣時(shí)序控制電路組成；通訊模塊由專用RS-232接口芯片構(gòu)成；單片機(jī)通過專用RS-232接口芯片與計(jì)算機(jī)連接，本儀器集數(shù)據(jù)采集和圖形顯示以及存儲(chǔ)功能為一體，可將溫濕度實(shí)況以數(shù)據(jù)和溫濕度曲線方式表示出來，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和部門，特別是那些需要對(duì)溫濕度瞬間變化過程進(jìn)行觀測(cè)和研究的部門。
文檔編號(hào)G01K7/16GK201780680SQ201020530819
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者陶文有 申請(qǐng)人:陶文有