CN104330115A - 冰雪传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冰雪传感器，包括圆柱形外壳，外壳内径中固定多层集成结构，由上至下依次为：积水层、湿度检测层、环氧电路板、陶瓷体加热层、环氧树脂灌封层、第一隔热层、信号处理及数字化电路模块、第二隔热层、数据线和温度传感器；将积水接触、湿度检测、温度检测、信号处理及数字化功能集成在一起，使传感器本身形成模拟被测环境的一个平台；积水层由外壳上口至湿度检测层之间的空间形成的凹槽，用于存纳积雪、积水；湿度信号通过线路连接至信号处理及数字化电路模块，微处理器SION1612A将湿度信号转化为数字信号，并通过串行芯片75LB184传输；有益效果是：通过模拟一个与被检测环境等同的微环境，信号数字化处理，为主机长距离检测提供帮助。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域 ，特别涉及一种冰雪传感器，应用于电伴热带除冰除雪及除湿。
背景技术
目前，采用电伴热带除冰除雪、除湿的技术应用比较广泛，其过程是：通过测温和湿度传感器采集被测对象的温度和湿度数据，然后将数据传送到电伴热带控制装置温控仪表主机，温控仪表主机根据设定的温度和湿度阀限进行判断，处理，进而控制电伴热带处于工作或待机状态 。
以往，本行业内生产的冰雪传感器都是应用传统的测温探头，传统的测温探头和湿度探头仅有pt100热电阻或热敏电阻的测温探头结构。
1、由于从测温探头输出的是变化的电阻信号 ，当从安装位置到主机线距过长，实测电阻值加上线阻，会造成信号误差。
2、或者，由pt100热电阻或热敏电阻连接变送模块的测温探头结构 ，从测温探头输出的是变化的5v电压或4-20mA电流信号，由于从安装位置到主机线距过长，电压或电流信号的衰减，会造成信号误差。
由于传统的测温探头和湿度探头输出的信号均为模拟信号，模拟信号通过缆线传送到温控仪表主机，中间的不确定因素较多， 由于安装位置、环境、线距因素，使主机处理信号的精度不准确、信号不稳定。
因此，需要从结构上进行改进和创新，来克服上述缺陷，而数字信号在线缆中传送是不会丢失数据的，如果将积水接触、湿度检测、温度检测、信号处理及数字化功能模块通过多层结构集成在一起，使传感器本身模拟被测环境而整合出一个平台，将信号在采集现场即处理为数字信号，然后通过线缆传送给控制设备，则可克服现有技术的不足，而目前尚未有此类产品和相关文献报道。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种可适合不同的检测环境下使用的冰雪传感器的设计方案，将积水接触、湿度检测、温度检测、信号处理及数字化电路模块通过多层结构集成在一起，使传感器本身模拟被测环境而整合出一个平台，有效的将被测环境，加热，温度检测，湿度检测，信号数字化处理，远距离传输等整合在一起，从传感器送出数字信号给主机，避免因线距过长而造成信号误差，为主机长距离检测的方便性，准确性提供条件。
本发明是通过这样的技术方案实现的：冰雪传感器，其特征在于，其结构上包括一个圆柱形外壳，外壳内径中固定多层集成结构，由上至下依次为：积水层、湿度检测层、环氧电路板、陶瓷体加热层、环氧树脂灌封层、第一隔热层、信号处理及数字化电路模块、第二隔热层、数据线和温度传感器；将积水接触、湿度检测、温度检测、信号处理及数字化功能集成在一起，使传感器本身形成模拟被测环境的一个平台；
所述积水层由外壳上口至湿度检测层之间的空间形成的凹槽，用于存纳积雪、积水；凹槽的深度为：1.5毫米；
所述湿度检测层采用的湿度探头由环形镀金电路板构成，圆盘形环形镀金电路板上侧为多圈环状附铜线，附铜线上镀金，利用水的导电特性感应积水层的水；环形镀金电路板的下侧为环氧电路板，湿度信号通过线路连接至信号处理及数字化电路模块，信号处理及数字化电路模块上的微处理器SION1612A将湿度信号转化为数字信号，并通过串行芯片75LB184传输；
所述环氧电路板上包括用于焊接湿度检测引线的焊盘和用于焊接连接信号处理及数字化电路模块信号输入端的线缆焊盘，环氧电路板下层为陶瓷体加热层；
所述陶瓷体加热层包括圆盘形陶瓷加热体，用以融化，及蒸发积水层的雪；
所述环氧树脂灌封层由环氧树脂灌封形成，其厚度为3至7毫米；
所述第一隔热层由发泡胶填充、密封形成，其厚度为 3至7毫米；
所述信号处理及数字化电路模块由单片机、模拟信号采集电路、通讯芯片75LB184和电源电路连接而成；
单片机采用8位微处理器SINO1612A；模拟信号采集电路包括温度采集电路和湿度采集电路；温度采集电路由电阻R1和热敏电阻Rt串接，电阻R1的一端接VCC+5V，热敏电阻R的一端接地 ，滤波电容C并接在热敏电阻R的两端；电阻R1和热敏电阻R串接的节点PD0连接到8位微处理器SINO1612A的AN1端口；
湿度采集电路由电阻R2一端接VCC+5V , 另一端和湿度探头串接后接到8位微处理器SINO1612A的AN2端口；
电源电路由整流桥、AMS1117系列稳压器芯片及四个滤波电容构成，其整流桥输入端接12V AC电源, AMS1117系列稳压器芯片的输出端输出5V直流电源,为主机提供工作电源VCC；
由整流桥输入端接12V AC电源为陶瓷体加热层的陶瓷加热体提供电源；
本发明有益效果是：针对电伴热带的开启时状态，模拟一个与被检测环境等同的微环境。传感器本身就是模拟被测环境整合出一个平台，有效的将被测环境，加热，温度检测，湿度检测，信号数字化处理，远距离传输等整合在一起的一个微型平台。为主机长距离检测的方便性，准确性有一定帮助。
附图说明
图1、为冰雪传感器剖视图；
图2、为信号处理及数字化电路模块电路原理图；
图3、为湿度传感层示意图；
图4、为环氧电路板焊盘示意图；
图5、信号转换及传输流程图。
图中：1：积水层，2：湿度检测层，3：环氧电路板，4：陶瓷体加热层，5：环氧树脂灌封层，6：第一隔热层，7：信号处理及数字化电路模块 ，8：第二隔热层， 9：数据 10：温度传感器。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图5所示，冰雪传感器，其结构上包括一个圆柱形外壳100，外壳100内径中固定多层集成结构，由上至下依次为：积水层1、湿度检测层2、环氧电路板3、陶瓷体加热层4、环氧树脂灌封层5、第一隔热层6、信号处理及数字化电路模块7、第二隔热层8 、数据线9 和温度传感器10；将积水接触、湿度检测、温度检测、信号处理及数字化功能集成在一起，使传感器本身形成模拟被测环境的一个平台；
积水层1由外壳100上口至湿度检测层之间的空间形成的凹槽，用于存纳积雪、积水；凹槽的深度为：1.5毫米；
湿度检测层2采用的湿度探头由环形镀金电路板构成，圆盘形环形镀金电路板上侧为多圈环状附铜线，附铜线上镀金，利用水的导电特性感应积水层的水；环形镀金电路板的下侧为环氧电路板3，湿度信号通过线路连接至信号处理及数字化电路模块7，信号处理及数字化电路模块7上的微处理器SION1612A将湿度信号转化为数字信号，并通过串行芯片75LB184传输；
环氧电路板3上包括用于焊接湿度检测引线的焊盘和用于焊接连接信号处理及数字化电路模块7信号输入端的线缆焊盘，环氧电路板3下层为陶瓷体加热层4；
陶瓷体加热层4包括圆盘形陶瓷加热体，用以融化，及蒸发积水层的雪；
环氧树脂灌封层5由环氧树脂灌封形成，其厚度为3至7毫米；
第一隔热层6由发泡胶填充、密封形成，其厚度为 3至7毫米；
信号处理及数字化电路模块7由单片机、模拟信号采集电路、通讯芯片75LB184和电源电路连接而成；
单片机采用8位微处理器SINO1612A；模拟信号采集电路包括温度采集电路和湿度采集电路；温度采集电路由电阻R1和热敏电阻Rt串接，电阻R1的一端接VCC+5V，热敏电阻R的一端接地 ，滤波电容C并接在热敏电阻R的两端；电阻R1和热敏电阻R串接的节点PD0连接到8位微处理器SINO1612A的AN1端口；
湿度采集电路由电阻R2一端接VCC+5V , 另一端和湿度探头串接后接到8位微处理器SINO1612A的AN2端口；
电源电路由整流桥、AMS1117系列稳压器芯片及四个滤波电容构成，其整流桥输入端接12V AC电源, AMS1117系列稳压器芯片的输出端输出5V直流电源,为主机提供工作电源VCC；
由整流桥输入端接12V AC电源为陶瓷体加热层4的陶瓷加热体提供电源；
冰雪传感器，其实现方法包括步骤：
a) 用12V直流电使陶瓷加热体加热，利用加热层及隔热层，创造一个微平台环境，环境温度为： 50°C～70°C，使其等同于安装电伴热带的地表环境；
b) 积水层1上凹槽为一个积水平台，1.5毫米深，用以模拟被检测环境的积水状态，当下雨、雪或冰雹时，积水层1湿度的变化被湿度检测层2的湿度探头及时采集，湿度探头采集的模拟信号通过连接线缆传送到所述信号处理及数字化电路模块7，对信号采集、处理、变送输出；
c) 温度传感器10实时检测天气温度的变化，并将温度信号传至所述信号处理及数字化电路模块7；
d) 信号处理及数字化电路模块7将温度，湿度的模拟信号转变为数字信号，再将数字信号通过通讯芯片SN75LB184的485串行通信接口输出，从冰雪传感器安装位置到控制器主机的信号传输距离大于800米，由控制器主机将收到的数字信号加以运算，自动执行程序，输出指令，进而控制电伴热带的工作状态。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (2)
1. 冰雪传感器，其特征在于，其结构上包括一个圆柱形外壳（100），外壳（100）内径中固定多层集成结构，由上至下依次为：积水层（1）、湿度检测层（2）、环氧电路板（3）、陶瓷体加热层（4）、环氧树脂灌封层（5）、第一隔热层（6）、信号处理及数字化电路模块（7）、第二隔热层（8） 、数据线9 和温度传感器（10）；将积水接触、湿度检测、温度检测、信号处理及数字化功能集成在一起，使传感器本身形成模拟被测环境的一个平台；
所述积水层（1）由外壳（100）上口至湿度检测层之间的空间形成的凹槽，用于存纳积雪、积水；凹槽的深度为：1.5毫米；
所述湿度检测层（2）采用的湿度探头由环形镀金电路板构成，圆盘形环形镀金电路板上侧为多圈环状附铜线，附铜线上镀金，利用水的导电特性感应积水层的水；环形镀金电路板的下侧为环氧电路板（3），湿度信号通过线路连接至信号处理及数字化电路模块（7），信号处理及数字化电路模块（7）上的微处理器SION1612A将湿度信号转化为数字信号，并通过串行芯片75LB184传输；
所述环氧电路板（3）上包括用于焊接湿度检测引线的焊盘和用于焊接连接信号处理及数字化电路模块（7）信号输入端的线缆焊盘，环氧电路板（3）下层为陶瓷体加热层（4）；
所述陶瓷体加热层（4）包括圆盘形陶瓷加热体，用以融化，及蒸发积水层的雪；
所述环氧树脂灌封层（5）由环氧树脂灌封形成，其厚度为3至7毫米；
所述第一隔热层6由发泡胶填充、密封形成，其厚度为 3至7毫米；
所述信号处理及数字化电路模块（7）由单片机、模拟信号采集电路、通讯芯片75LB184和电源电路连接而成；
单片机采用8位微处理器SINO1612A；模拟信号采集电路包括温度采集电路和湿度采集电路；温度采集电路由电阻R1和热敏电阻Rt串接，电阻R1的一端接VCC+5V，热敏电阻R的一端接地 ，滤波电容C并接在热敏电阻R的两端；电阻R1和热敏电阻R串接的节点PD0连接到8位微处理器SINO1612A的AN1端口；
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电源电路由整流桥、AMS1117系列稳压器芯片及四个滤波电容构成，其整流桥输入端接12V AC电源, AMS1117系列稳压器芯片的输出端输出5V直流电源,为主机提供工作电源VCC；
由整流桥输入端接12V AC电源为陶瓷体加热层（4）的陶瓷加热体提供电源。
2.如权利要求1所述的冰雪传感器，其特征在于，其实现方法包括步骤：
用12V直流电使陶瓷加热体加热，利用加热层及隔热层，创造一个微平台环境，环境温度为： 50°C～70°C，使其等同于安装电伴热带的地表环境；
积水层（1）上凹槽为一个积水平台，1.5毫米深，用以模拟被检测环境的积水状态，当下雨、雪或冰雹时，积水层（1）湿度的变化被湿度检测层（2）的湿度探头及时采集，湿度探头采集的模拟信号通过连接线缆传送到所述信号处理及数字化电路模块（7），对信号采集、处理、变送输出；
温度传感器（10）实时检测天气温度的变化，并将温度信号传至所述信号处理及数字化电路模块（7）；
所述信号处理及数字化电路模块（7）将温度，湿度的模拟信号转变为数字信号，再将数字信号通过通讯芯片SN75LB184的485串行通信接口输出，从冰雪传感器安装位置到控制器主机的信号传输距离大于800米，由控制器主机将收到的数字信号加以运算，自动执行程序，输出指令，进而控制电伴热带的工作状态。
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