CN109029552A - 一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器，涉及温湿度环境监测领域，包括电源供电监测模块、多传感器接口控制模块、多模拟输出选择控制模块、主控模块、按键参数调节模块、显示模块和远程数据通信模块；电源供电监测模块实现变送器的供电和供电状态的监测控制；多传感器接口控制模块实现不同种类传感器的接口选择；多模拟输出选择控制模块提供至少两种模拟输出可选；主控模块分别连接并控制其它各个模块；按键参数调节模块用于修改设备参数和控制信息；显示模块实时显示温湿度数据和设备工作状态；远程数据通信模块与远程监测控制中心进行数据通信。提高温湿度变送器的重复使用性和普适性，降低成本、提高记录效率。

Description

一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器

技术领域

本发明涉及温湿度环境监测领域，尤其是一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器。

背景技术

随着科学技术水平的不断提高和工业自动化的推广，各行各业对于温湿度的监测要求也越来越高，温湿度与工业生产、日常生活密切相关。温度和湿度的监测在暖通空调、电信基站、计算机房、智能建筑、药厂、博物馆、车站、机场、白酒酿造车间等各个领域被广泛应用。

随着温湿度监测的应用场所越来越多，不同场所下所需的温湿度测量精度、成本控制、数据模拟量输出需求也不同。目前市场上温湿度变送器的传感器种类和数据模拟输出功能单一，用户想要找到满足自身需求的产品需要花费较多时间，并且传统的温湿度变送器不能实现温湿度数据的远距离传输，监测方式也是依靠人工巡回查看记录，不但存在记录错误的可能，也会增加人工成本。

发明内容

本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器。

本发明的技术方案如下：

一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器，所述温湿度变送器包括：电源供电监测模块、多传感器接口控制模块、多模拟输出选择控制模块、主控模块、按键参数调节模块、显示模块和远程数据通信模块；

所述电源供电监测模块用于实现所述温湿度变送器的供电以及供电状态的监测控制；

所述多传感器接口控制模块用于实现不同种类传感器的接口选择；

所述多模拟输出选择控制模块用于提供至少两种模拟输出类型可选，根据所述主控模块的控制选择对应的模拟输出类型；

所述主控模块用于分别连接并控制所述电源供电监测模块、所述多传感器接口控制模块、所述多模拟输出选择控制模块、所述按键参数调节模块、所述显示模块和所述远程数据通信模块的工作；

所述按键参数调节模块用于修改设备参数和控制信息；

所述显示模块用于对当前采集的温湿度数据以及设备工作状态进行实时显示；

所述远程数据通信模块用于与远程监测控制中心进行数据通信。

其进一步的技术方案为：所述温湿度变送器还包括电源电压监测控制模块；

所述电源电压监测控制模块用于实现通用串行总线USB充电识别、锂电池剩余电量监测以及在宽电压输入下保持模拟信号输出。

其进一步的技术方案为：所述电源电压监测控制模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一MOS管、第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极连接所述主控模块的控制端，所述第一MOS管的源极接地，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的栅极连接，所述第二MOS管的源极连接供电电源，所述第二MOS管的漏极连接所述多模拟输出选择控制模块的电源端。

其进一步的技术方案为：所述温湿度变送器还包括传感器接口并存电路；

所述传感器接口并存电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻；所述第四电阻的一端连接电源，另一端连接传感器接口的数据端；所述第五电阻的一端连接电源，另一端连接传感器接口的时钟端；所述第六电阻的一端连接电源，另一端连接传感器接口的数据端。

其进一步的技术方案为：所述主控模块用于控制选择相应的模拟输出类型以及控制关闭未使用的模拟输出。

其进一步的技术方案为：所述传感器至少包括SHTxx系列和DHTxx系列。

其进一步的技术方案为：所述模拟输出类型至少包括0V～5V、0V～10V、4mA～20mA三种类型。

其进一步的技术方案为：所述主控模块的型号为STM32F103RCT6。

本发明的有益技术效果是：

本发明中的温湿度变送器由于具备多传感器接口和多模拟输出类型，解决了传统的温湿度变送器的传感器种类和数据模拟输出功能单一的问题，扩大了温湿度变送器的应用范围，提高了温湿度变送器的普适性，另外该温湿度变送器能够实时显示温湿度数据并提供人机交互界面，还能够智能记录温湿度历史数据，并能够远程传输温湿度数据，因此不需要依靠人工来回查看记录，降低了人工成本，同时避免了记录错误的可能。

另外，由于主控模块能够选择相应的模拟输出类型并且控制关闭未使用的模拟输出，也就可以根据电源输入情况，自动关闭或打开模拟输出，从而降低设备的功耗。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器的架构图。

图2是本发明一个实施例提供的温湿度变送器的结构方框图。

图3是本发明一个实施例提供的电源供电监测模块的原理框图。

图4是本发明一个实施例提供的电源电压监测控制模块的电路原理图。

图5是本发明一个实施例提供的多传感器接口控制模块的原理框图。

图6是本发明一个实施例提供的传感器接口并存电路的原理图。

图7是本发明一个实施例提供的多模拟输出选择控制模块的原理框图。

图8是本发明另一个实施例提供的温湿度变送器的结构方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种适用范围广、普适性强、成本低并且性能优良的多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器。请参见图1，图1是本发明一个实施例提供的多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器的架构图，该架构包括并接在RS485总线上的至少两个温湿度变送器和远程监测控制中心，供电电源用于为各个温湿度变送器供电。每个温湿度变送器包括多传感器接口和多模拟输出，用户可以根据所需监测的环境领域和自身的成本限制，通过修改设备参数来选择相应的传感器类型和模拟输出类型，无需更换整个变送器设备。

远程监测控制中心是整个温湿度环境监测系统的控制中心，负责管理连接在总线上的温湿度变送器设备，具备温湿度数据的显示、监控、存储、查询等功能。远程监测控制中心通过RS485总线与并接在总线上的温湿度变送器设备通信，相当于多个温湿度变送器设备的汇聚控制点，温湿度变送器设备可以将信息发送给远程监测控制中心，也可以回复远程监测控制中心的问询命令，从而实现整个温湿度监测系统的控制。

可选的，远程监测控制中心可以是用于进行远程监控的PC端。

结合参考图2，图2是本发明一个实施例提供的多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器的结构方框图。该温湿度变送器包括：电源供电监测模块、多传感器接口控制模块、多模拟输出选择控制模块、主控模块、按键参数调节模块、显示模块和远程数据通信模块。

电源供电监测模块用于实现温湿度变送器的供电以及供电状态的监测控制；多传感器接口控制模块用于实现不同种类传感器的接口选择；多模拟输出选择控制模块用于提供至少两种模拟输出类型可选，根据主控模块的控制选择对应的模拟输出类型；主控模块用于分别连接并控制电源供电监测模块、多传感器接口控制模块、多模拟输出选择控制模块、按键参数调节模块、显示模块和远程数据通信模块的工作；按键参数调节模块用于修改设备参数和控制信息；显示模块用于对当前采集的温湿度数据以及设备工作状态进行实时显示；远程数据通信模块用于与远程监测控制中心进行数据通信。

可选的，电源供电监测模块可以实现15V～25V宽电压、通用串行总线(英文：Universal Serial Bus，简称：USB)、锂电池三种供电方式，同时可以实现电源电压采样监测，完成USB充电识别和锂电池剩余电量监测以及仅在宽电压输入下保持模拟信号输出。

可选的，该温湿度变送器还包括电源电压监测控制模块，用于实现USB充电识别、锂电池剩余电量监测以及在宽电压输入下保持模拟信号输出。

结合参考图3，其示出了一种电源供电监测模块的原理框图，该电源供电监测模块可以包括电源供电模块和电源电压监测控制模块。可选的，电源供电模块包括三种供电方式：15V～25V宽电压、USB 5V、内置锂电池，同时实现锂电池USB充电保护。

其中，15V～25V宽电压用于将输入的宽电压降压至可用供电电压后为主控模块和多模拟输出选择控制模块供电。锂电池USB充电及保护用于在USB供电的前提下实现对连接锂电池的充电，并具备防止过充以及过放的保护功能，实现锂电池的长时间工作。

本实施例中提供的温湿度变送器可以有三种供电方式可选，并能够实现供电状态的实时监测与现实，保证在15V～25V供电状态下保持温湿度数据的模拟输出，无需人工手动操作。

可选的，主控模块的型号是STM32F103RCT6。

在一种可能的实现方式中，电源电压监测控制模块主要采用主控模块STM32F103RCT6芯片的ADC功能以及两个MOS管完成。三路ADC采样电路分别实现对三种供电电压的监测，并通过主控模块完成相应的控制。第一路电压监测实现在存在15V～25V宽电压输入的前提下控制是否保持模拟输出。结合参考图4，电源电压监测控制模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一MOS管U1、第二MOS管U2。示例性的，电阻的阻值均为1kΩ，第一MOS管U1为N沟道MOS管，第二MOS管U2为P沟道MOS管。第一MOS管U1的栅极连接主控模块的控制端，第一MOS管U1的源极接地，第一MOS管U1的漏极与第二MOS管U2的栅极连接，第二MOS管U2的源极连接15V～25V供电电源，第二MOS管U2的漏极连接多模拟输出选择控制模块的电源端。当存在15V～25V宽电压输入时，通过主控模块的控制端输出高电平时两个MOS管均导通，从而为多模拟输出选择控制模块供电，当不存在15V～25V宽电压输入时，通过主控模块控制MOS管的关断，此时多模拟输出选择控制模块不存在供电电压，并在显示模块上显示。第三路电压监测实现对锂电池剩余电量的估测，并在显示模块上显示。

本实施例中提供的电源电压监测控制模块为整个供电系统的稳定运行提供了良好的监测方法，解决了实际应用中设备功耗高、容易出现断电数据丢失的情况，有利于温湿度变送器的长时间不间断的监测工作。

可选的，连接在该温湿度变送器上的温湿度传感器至少包括SHTxx系列和DHTxx系列。对应的，多传感器接口控制模块包括SHTxx系列和DHTxx系列的传感器接口。

结合参考图5，其示出了多传感器接口控制模块的原理框图。通过按键参数调节模块修改选择传感器类型的参数，进而使主控模块完成对传感器硬件接口以及相应传感器驱动程序的选择。示例性的，提供选择的传感器种类包括SHT1x和SHT2x、DHT11和DHT21的同类型温湿度传感器。SHT1x和SHT2x的精度和测量范围较广，但价格较高，DHT11和DHT21的测量精度与量程范围相较于SHTxx系列要差，但价格比较低廉，用户可以根据自身需要选用不同的温湿度传感器，从而提高温湿度传感器的可重复使用性和适用范围。

可选的，多传感器接口控制模块上包括SHT1x和SHT2x、DHT11和DHT21同类型温湿度传感器接口，并可以通过调节设备参数选择设备当前连接传感器的类型。

在一种可能的实现方式中，温湿度变送器的主板上包括上述两种传感器SHTxx系列和DHTxx系列的传感器接口并存电路，示例性的，结合参考图6，传感器接口并存电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6；第四电阻R4的一端连接电源，另一端连接传感器SHTxx接口的数据端SDA；第五电阻R5的一端连接电源，另一端连接传感器SHTxx接口的时钟端SCK；第六电阻R6的一端连接电源，另一端连接传感器DHTxx接口的数据端DATA，保持上拉作用。两种传感器接口提供接口选择，可以通过主控模块选择相应的传感器接口，简化了多传感器的应用实现方式。

可选的，多模拟输出选择控制模块的模拟输出类型至少包括0V～5V、0V～10V、4mA～20mA三种类型，多模拟输出选择控制模块将温湿度数据线性转换为所选模拟输出类型区间的模拟信号量，并通过MOS管电路实现模拟输出的关断和正常输出。结合参考图7，其示出了多模拟输出选择控制模块的原理框图。可选的，主控模块用于控制选择相应的模拟输出类型以及控制关闭未使用的模拟输出，不使用的模拟输出通过主控模块的控制端关断电源输入，可以降低设备功耗。多种模拟输出可选的情况下大大提高温湿度传感器的可重复使用性和对应用领域变化的适应性。

可选的，按键参数调节模块用于实现对当前温湿度变送器的工作状态参数的调节，包括当前连接传感器类型选择、温湿度阈值、设备地址、数据点智能采样模式、采样记录时间间隔等。

数据点智能采样模式包括开启模式和关闭模式。在实际应用中，开启模式时温湿度变送器的数据点采样记录间隔根据数据是否超限自动调整，当温湿度数据正常时，采样记录时间间隔保持为用户自定义时间，自定义的区间可以是1min～600min，当温湿度数据超限时，采样记录时间间隔保持为预定间隔，比如30s，实现数据点密集采样，完成记录报警数据。关闭模式时无论数据是否超限，采样记录时间间隔均保持为用户自定义时间。

可选的，结合参考图8，其示出了本实施例所涉及的温湿度变送器的结构方框图，并示例性的展示了多传感器接口控制模块的可选接口、多模拟输出选择控制模块的可选模拟输出、电源供电模块的可选供电方式以及电源电压监测模块的可选监测项目。

以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多传感器接口多模拟输出可选的温湿度变送器，其特征在于，所述温湿度变送器包括：电源供电监测模块、多传感器接口控制模块、多模拟输出选择控制模块、主控模块、按键参数调节模块、显示模块和远程数据通信模块；

所述电源供电监测模块用于实现所述温湿度变送器的供电以及供电状态的监测控制；

所述多传感器接口控制模块用于实现不同种类传感器的接口选择；

所述多模拟输出选择控制模块用于提供至少两种模拟输出类型可选，根据所述主控模块的控制选择对应的模拟输出类型；

所述主控模块用于分别连接并控制所述电源供电监测模块、所述多传感器接口控制模块、所述多模拟输出选择控制模块、所述按键参数调节模块、所述显示模块和所述远程数据通信模块的工作；

所述按键参数调节模块用于修改设备参数和控制信息；

所述显示模块用于对当前采集的温湿度数据以及设备工作状态进行实时显示；

所述远程数据通信模块用于与远程监测控制中心进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的温湿度变送器，其特征在于，所述温湿度变送器还包括电源电压监测控制模块；

所述电源电压监测控制模块用于实现通用串行总线USB充电识别、锂电池剩余电量监测以及在宽电压输入下保持模拟信号输出。

3.根据权利要求2所述的温湿度变送器，其特征在于，所述电源电压监测控制模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一MOS管、第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极连接所述主控模块的控制端，所述第一MOS管的源极接地，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的栅极连接，所述第二MOS管的源极连接供电电源，所述第二MOS管的漏极连接所述多模拟输出选择控制模块的电源端。

4.根据权利要求1所述的温湿度变送器，其特征在于，所述温湿度变送器还包括传感器接口并存电路；

所述传感器接口并存电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻；所述第四电阻的一端连接电源，另一端连接传感器接口的数据端；所述第五电阻的一端连接电源，另一端连接传感器接口的时钟端；所述第六电阻的一端连接电源，另一端连接传感器接口的数据端。

5.根据权利要求1所述的温湿度变送器，其特征在于，所述主控模块用于控制选择相应的模拟输出类型以及控制关闭未使用的模拟输出。

6.根据权利要求1所述的温湿度变送器，其特征在于，所述传感器至少包括SHTxx系列和DHTxx系列。

7.根据权利要求1所述的温湿度变送器，其特征在于，所述模拟输出类型至少包括0V～5V、0V～10V、4mA～20mA三种类型。

8.根据权利要求1至7任一所述的温湿度变送器，其特征在于，所述主控模块的型号为STM32F103RCT6。