CN103913488A - 湿度变送器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿度变送器，其包括外壳和设置在外壳内的电路板，电路板包括湿度传感器、运算放大器、单片机和温度传感器，温度传感器与单片机相连接；湿度传感器用于检测外部环境的湿度值，将湿度值转换为电信号并传输至运算放大器；运算放大器用于将湿度传感器传输来的电信号放大为放大信号，并将放大信号传输至单片机；温度传感器用于检测外部环境的温度值，并将温度值传输至单片机；单片机用于接收放大信号和温度值，将放大信号经模数转换器转换为数字信号并传输，且基于温度值对放大信号和数字信号进行温度补偿。本发明具有采用温度传感器对温度进行补偿、非线性误差小、测量精度高、稳定性良好以及实用性强等优点。

Description

湿度变送器

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤其是涉及一种湿度变送器。

背景技术

传感器是一种检测元件，也称为敏感元件，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

由于传感器本身产生信号太过弱小及不规则，需要对其信号进行进一步的调制、放大及线性化处理，以实现有效的控制，将传感器进行信号调理后的产品称为变送器。

随着工业技术的进一步发展，对于变送器的输出信号逐渐形成了一定的标准，以便于跟二次仪表接口，常见的几种0-20mA，4-20mA，0-5V，1-5V，0-10V等均为模拟信号。

湿度变送器是反映环境的相对湿度数据的产品，常用于基站监控、楼宇自控及农业大棚的环境控制。

随着人们对生产与生活的安全意识的提高，湿度变送器的应用越来越广泛，许多场所需要安装湿度变送器来对环境进行监控，了解当前环境的湿度状况。但是，目前国内大部分的湿度变送器存在以下缺点：非线性误差大、测量精度低、温度系数高以及稳定性差等。而且传统的湿度变送器是将测量获得的信号进行远传，以电压值或电流值显示，不具备直观性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中湿度变送器具有非线性误差大、测量精度低、温度系数高以及稳定性差等的缺陷，提供一种湿度变送器，该湿度变送器具有采用温度传感器对温度进行补偿、非线性误差小、测量精度高、稳定性良好以及实用性强等优点。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种湿度变送器，其包括一外壳和设置在外壳内的一电路板，该电路板包括一湿度传感器、一运算放大器、一单片机，其特点在于，该电路板还包括一温度传感器，该温度传感器与该单片机相连接；

该湿度传感器用于检测一外部环境的湿度值，将该湿度值转换为一电信号并传输至该运算放大器；

该运算放大器用于将该湿度传感器传输来的该电信号放大为一放大信号，并将该放大信号传输至该单片机；

该温度传感器用于检测该外部环境的温度值，并将该温度值传输至该单片机；

该单片机用于接收该放大信号和该温度值，将该放大信号经一模数转换器转换为一数字信号并传输，且基于该温度值对该放大信号和该数字信号进行温度补偿。

其中，在高温情况下，温度特性曲线偏差较大，故需要该单片机基于该温度值对该放大信号和该数字信号进行温度补偿。

较佳地，该单片机为一TI（Texas Instruments，德州仪器）公司的MSP430（MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机）单片机。该MSP430单片机具有超低功耗的功能，所以使得该MSP430单片机内的电路抗干扰能力、稳定性大大地提高，且使得该温度传感器的校准和调试变得非常方便，使生产效率有所提高。

较佳地，该湿度传感器为一电容式湿度传感器。当然，该湿度传感器除了可以为该电容式湿度传感器，还可以为一电阻式湿度传感器。

较佳地，该电容式湿度传感器包括一电容测量模块，该电容测量模块用于将该电容式湿度传感器的电容的变化量转换为一电压信号并传输至该运算放大器。该电容式湿度传感器上有一探头，该探头上带有电容，该外部环境的湿度值的变化引起该电容式湿度传感器的探头的电容的变化，该电容测量模块通过固定参考电容来检查该探头的电容的相对电容的变化量，用两个可调的电流源与两个电容组成的电桥来测量该探头的电容的变化量，参考电容与该探头的电容决定积分器的振幅，振幅的差放映了该探头的电容的变化量的大小，电容的变化量转换为该电压信号并传输至该运算放大器。

较佳地，该运算放大器为一差分放大器，即该差分放大器用于将该湿度传感器传输来的该电压信号放大为该放大信号。

较佳地，该湿度变送器还包括一输出模块，该输出模块用于接收经该单片机传输来的该数字信号，并将该数字信号转换为一模拟信号输出。

较佳地，该输出模块通过一SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）接口与该单片机相连接。

较佳地，该输出模块为一ADI（Analog Device Inc.，亚德诺半导体技术公司或美国模拟器件公司）公司的AD421。

较佳地，该AD421用于将该数字信号转换为一电流信号。

较佳地，该湿度变送器还包括一显示模块，该单片机存储有一对应表，该对应表记录有放大信号与湿度值的对应关系，该单片机用于基于该放大信号查询该对应表以获得对应的湿度值，并将获得的湿度值传输至该显示模块，该显示模块用于显示获得的湿度值。

本发明的积极进步效果在于：

本发明提供了一种湿度变送器，该湿度变送器具有采用温度传感器对温度进行补偿、非线性误差小、测量精度高、稳定性良好以及实用性强等优点。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的湿度变送器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例的湿度变送器包括一外壳和设置在外壳内的一电路板，该电路板包括一电容式湿度传感器1、一差分放大器2、一TI公司的MSP430单片机3、一温度传感器4、一ADI公司的AD4215和一显示模块6，该电容式湿度传感器1包括一电容测量模块（图中未示出），该MSP430单片机3存储有一对应表，该对应表记录有放大信号与湿度值的对应关系，该温度传感器4与该MSP430单片机3相连接。

其中，该电容式湿度传感器1用于检测一外部环境的湿度值，该电容式湿度传感器1上有一探头，该探头上带有电容，该外部环境的湿度值的变化引起该电容式湿度传感器1的探头的电容的变化，该电容测量模块用于将该电容式湿度传感器1的电容的变化量转换为一电压信号并传输至该差分放大器2。

该差分放大器2用于将该电容式湿度传感器1传输来的该电压信号放大为一放大信号，并将该放大信号传输至该MSP430单片机3。

该温度传感器4用于检测该外部环境的温度值，并将该温度值传输至该MSP430单片机3。

该MSP430单片机3用于接收该放大信号和该温度值，将该放大信号经一模数转换器转换为一数字信号并传输至该AD4215，且基于该温度值对该放大信号和该数字信号进行温度补偿。

该AD4215用于将该数字信号转换为一电流信号。

该MSP430单片机3还用于基于该放大信号查询该对应表以获得对应的湿度值，并将获得的湿度值传输至该显示模块6，该显示模块6用于显示获得的湿度值。

该MSP430单片机3具有超低功耗的功能，所以使得该MSP430单片机3内的电路抗干扰能力、稳定性大大地提高，且使得该温度传感器4的校准和调试变得非常方便，使生产效率有所提高。

另外，该湿度传感器除了可以为该电容式湿度传感器1，还可以为一电阻式湿度传感器。

在具体使用该湿度变送器时，该电容式湿度传感器1检测该外部环境的湿度值，该外部环境的湿度值的变化引起该电容式湿度传感器1的探头的电容的变化，该电容式湿度传感器1中的该电容测量模块将该电容式湿度传感器1的电容的变化量转换为电压信号并传输至该差分放大器2；该差分放大器2将该电压信号放大为放大信号，并传输至该MSP430单片机3；该温度传感器4检测该外部环境的温度值，并将该温度值传输至该MSP430单片机3；该MSP430单片机3接收该放大信号和该温度值，将该放大信号经该模数转换器转换为数字信号并传输至该AD4215，且基于该温度值对该放大信号和该数字信号进行温度补偿，又该MSP430单片机3基于该放大信号查询该对应表以获得对应的湿度值，并将获得的湿度值传输至该显示模块6，该显示模块6显示获得的湿度值；该AD4215将该数字信号转换为一电流信号。

本发明中的各个功能模块均能够在现有的硬件条件下结合现有的软件编程手段加以实现，故在此对其具体实现方法均不做赘述。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种湿度变送器，其包括一外壳和设置在外壳内的一电路板，该电路板包括一湿度传感器、一运算放大器、一单片机，其特征在于，该电路板还包括一温度传感器，该温度传感器与该单片机相连接；

该湿度传感器用于检测一外部环境的湿度值，将该湿度值转换为一电信号并传输至该运算放大器；

该运算放大器用于将该湿度传感器传输来的该电信号放大为一放大信号，并将该放大信号传输至该单片机；

该温度传感器用于检测该外部环境的温度值，并将该温度值传输至该单片机；

该单片机用于接收该放大信号和该温度值，将该放大信号经一模数转换器转换为一数字信号并传输，且基于该温度值对该放大信号和该数字信号进行温度补偿。

2.如权利要求1所述的湿度变送器，其特征在于，该单片机为一TI公司的MSP430单片机。

3.如权利要求1所述的湿度变送器，其特征在于，该湿度传感器为一电容式湿度传感器。

4.如权利要求3所述的湿度变送器，其特征在于，该电容式湿度传感器包括一电容测量模块，该电容测量模块用于将该电容式湿度传感器的电容的变化量转换为一电压信号并传输至该运算放大器。

5.如权利要求4所述的湿度变送器，其特征在于，该运算放大器为一差分放大器。

6.如权利要求1所述的湿度变送器，其特征在于，该湿度变送器还包括一输出模块，该输出模块用于接收经该单片机传输来的该数字信号，并将该数字信号转换为一模拟信号输出。

7.如权利要求6所述的湿度变送器，其特征在于，该输出模块通过一SPI接口与该单片机相连接。

8.如权利要求6所述的湿度变送器，其特征在于，该输出模块为一ADI公司的AD421。

9.如权利要求8所述的湿度变送器，其特征在于，该AD421用于将该数字信号转换为一电流信号。

10.如权利要求1所述的湿度变送器，其特征在于，该湿度变送器还包括一显示模块，该单片机存储有一对应表，该对应表记录有放大信号与湿度值的对应关系，该单片机用于基于该放大信号查询该对应表以获得对应的湿度值，并将获得的湿度值传输至该显示模块，该显示模块用于显示获得的湿度值。