CN109142456A - 基于积分运算的湿度检测装置 - Google Patents

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Abstract

基于积分运算的湿度检测装置，包括：至少两个湿敏电阻单元；通道选择器，其分别与所述至少两个湿敏电阻单元连接以分别将至少两个湿敏电阻单元中的一个湿敏电阻单元的检测电压信号输出；信号放大器，其输入端与所述通道选择器的输出端连接，用于将通道选择器输出的检测电压信号放大以得到放大信号；积分模块，其与所述信号放大器的输出端连接以获取信号放大器输出的放大信号，并对该放大信号进行积分运算；比较模块，其与积分模块连接以将该积分模块的积分运算后输出的积分电压与预设电压进行比较，并根据比较结果输出比较结果信号；主控模块，其与所述比较模块连接，所述主控模块用于根据所述比较模块输出的比较结果信号计算得到对应湿敏电阻单元检测的湿度值。

Description

基于积分运算的湿度检测装置
技术领域
本发明涉及湿度检测领域，具体涉及一种基于积分运算的湿度检测装置。
背景技术
湿度检测需要采用湿敏元件。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。
但是现有技术中的湿度检测采用的湿敏电阻时会遇到检测精度小，且灵敏度较低的缺陷。
发明内容
本发明实施例提供基于积分运算的湿度检测装置，具有提高检测精度以及灵敏度的有益效果。
本发明实施例提供了一种基于积分运算的湿度检测装置，包括：
至少两个湿敏电阻单元；
通道选择器，其分别与所述至少两个湿敏电阻单元连接以分别将所述至少两个湿敏电阻单元中的一个湿敏电阻单元的检测电压信号输出；
信号放大器，其输入端与所述通道选择器的输出端连接，用于将通道选择器输出的检测电压信号放大以得到放大信号；
积分模块，其与所述信号放大器的输出端连接以获取所述信号放大器输出的放大信号，并对该放大信号进行积分运算；
比较模块，其与所述积分模块连接以将该积分模块的积分运算后输出的积分电压与预设电压进行比较，并根据比较结果输出比较结果信号；
主控模块，其与所述比较模块连接，所述主控模块用于根据所述比较模块输出的比较结果信号计算得到对应湿敏电阻单元检测的湿度值。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，所述所述四个湿敏电阻单元的湿敏电阻的基准电阻值依次增大。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，所述通道选择器包括第二选通芯片以及第三选通芯片；所述至少两个湿敏电阻单元的数量为四个；
所述第三选通芯片的两个输入端分别与四个所述湿敏电阻单元中的两个湿敏电阻单元一一对应地连接，所述第三选通芯片的输出端以及四个所述湿敏电阻单元中的其他两个湿敏电阻单元与所述第二选通芯片的三个输入端一一对应地连接；所述第二选通芯片的输出端与所述信号放大器的输入端连接；
所述第二选通芯片以及所述第三选通芯片的控制端分别与所述主控模块连接。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，所述积分模块包括第一选通芯片以及积分单元，所述第一选通芯片与所述积分单元连接，所述主控模块与所述第一选通芯片的控制端连接以通过该第一选通单元来控制所述积分单元在积分阶段和复位阶段之间切换。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，所述积分单元包括电容C23、电阻R20以及第一运算放大器；
所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述电容C23的第一端以及所述电阻R20的第一端连接，所述第一运算放大器的正相输入端接入第一基准电压，所述第一运算放大器的输出端分别与所述比较模块以及所述电容C23的第二端连接，所述第一选通芯片的引脚Z与所述电容C23的第二端连接，所述第一选通芯片的引脚Z1与所述电容C23的第一端连接，所述第一选通芯片的引脚X与所述电阻R20的第二端连接，所述第一选通芯片的一输入端与所述信号放大器的输出端连接；
所述主控模块与所述第一选通芯片的控制端连接，以控制该所述积分模块在积分阶段和复位阶段之间切换。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，在积分阶段时，所述第一选通芯片将引脚Z以及引脚Z1之间隔离，将控制模块连接的输入端与该引脚X接通，该电容C23、电阻R20以及第一运算放大器构成积分单元并对电容C23进行充电；
在复位阶段时，所述第一选通芯片将引脚Z以及引脚Z1连接，以对该电容C23进行放电。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，所述比较模块包括第二运算放大器；
所述第二运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；
所述第二运算放大器的正相输入端还接入第一基准电压。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，还包括锁存器，所述第二运算放大器的输出端与所述锁存器的一输入端连接，所述锁存器的输出端以及另一输入端与所述主控模块连接。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，每一所述湿敏电阻单元包括湿敏电阻、分压电阻R1、分压电阻R6以及滤波电容C1；
所述湿敏电阻的两端分别与所述分压电阻R6的两端连接，所述分压电阻R1的一端接入预设电压，所述分压电阻R1的另一端与所述分压电阻R6的一端连接，所述分压电阻R6的另一端与所述滤波电容C1的一端连接，所述滤波电容C1的另一端接地；所述分压电阻R6以及所述滤波电容C1的公共节点的电压为所述检测电压信号。
在本发明所述的基于积分运算的湿度检测装置中，所述主控模块分别与每一所述湿敏电阻单元的分压电阻R1以及分压电阻R6的公共节点连接以检测对应湿敏电阻是否有连接上。
本发明提供的一种基于积分运算的湿度检测装置通过设置四个湿敏电阻单元；通道选择器，其分别与所述至少两个湿敏电阻单元连接以分别将所述至少两个湿敏电阻单元中的一个湿敏电阻单元的检测电压信号输出；信号放大器，其输入端与所述通道选择器的输出端连接，用于将通道选择器输出的检测电压信号放大以得到放大信号；积分模块，其与所述信号放大器的输出端连接以获取所述信号放大器输出的放大信号，并对该放大信号进行积分运算；比较模块，其与所述积分模块连接以将该积分模块的积分运算后输出的积分电压与预设电压进行比较，并根据比较结果输出比较结果信号；主控模块，其与所述比较模块连接，所述主控模块用于根据所述比较模块输出的比较结果信号计算得到对应湿敏电阻单元检测的湿度值；从而实现对湿度的快速以及精准检测，由于采用了信号放大模块，并采用积分模块对湿度检测信号进行积分，进一步提高了检测精确度。
附图说明
图1是本发明实施例中的基于积分运算的湿度检测装置的一种结构示意图。
图2是本发明实施例中的基于积分运算的湿度检测装置的一种详细结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参照图1，图1是本发明一实施例中的基于积分运算的湿度检测装置的结构示意图，该1、一种基于积分运算的湿度检测装置，包括：四个湿敏电阻单元10、通道选择器20、信号放大器30、积分模块40、比较模块50以及主控模块60。
其中，每一湿敏电阻单元10均用于检测温度并生成对应的检测电压信号。通道选择器20分别与所述至少两个湿敏电阻单元10连接以分别将所述至少两个湿敏电阻单元10中的一个湿敏电阻单元10的检测电压信号输出；信号放大器30的输入端与所述通道选择器20的输出端连接，用于将通道选择器20输出的检测电压信号放大以得到放大信号；积分模块40与所述信号放大器30的输出端连接以获取所述信号放大器30输出的放大信号，并对该放大信号进行积分运算；比较模块50与所述积分模块40连接以将该积分模块40的积分运算后输出的积分电压与预设电压进行比较，并根据比较结果输出比较结果信号；主控模块60与所述比较模块50连接，所述主控模块60用于根据该比较结果信号得到对应对应湿敏电阻单元10检测的湿度值，具体为根据比较模块50输出的比较结果信号中的高电平的持续时间计算出对应湿敏电阻单元10检测的湿度值。
其中，请同时参照图2，该主控模块60与所述通道选择器20的控制端连接，以用于控制该通道选择器20将对应湿敏电阻单元10的检测电压信号输出给所述积分模块40。该主控模块60采用单片机，其型号为AT89S51RT2，当然也可以采用其他型号的单片机或者微处理芯片。主控模块60也即是单片机AT89S51RT2分别与每一所述湿敏电阻单元10的分压电阻R1以及分压电阻R6的公共节点连接以检测对应湿敏电阻是否有连接上。
具体地，每一湿敏电阻单元10包括湿敏电阻、分压电阻R1、分压电阻R6以及滤波电容C1；湿敏电阻的两端分别与分压电阻R6的两端连接，例如图中的端子J11以及J12分别与一湿敏电阻的两端连接，端子J21以及J22分别与一湿敏电阻的两端连接，端子J31以及J32分别与一湿敏电阻的两端连接，端子P41以及32分别与一湿敏电阻的两端连接。该分压电阻R1的一端接入预设电压，例如2.5V，所述分压电阻R1的另一端与所述分压电阻R6的一端连接，所述分压电阻R6的另一端与所述滤波电容C1的一端连接，所述滤波电容C1的另一端接地；所述分压电阻R6以及所述滤波电容C1的公共节点的电压为所述检测电压信号。并且，每一湿敏电阻单元10的湿敏电阻与滤波电容C1连接的一端还与该主控模块60也即是该单片机AT89S51RT2连接。具体为，图中的端子J12、J22、J32以及J42分别与单片机AT89S51RT2的引脚P00、P01、P02、P03一一对应地连接。
其中，该通道选择器20包括第二选通芯片S2以及第三选通芯片S3；所述至少两个湿敏电阻单元10的数量为四个。
其中，该第三选通芯片S3的两个输入端分别与四个所述湿敏电阻单元10中的两个湿敏电阻单元10一一对应地连接，所述第三选通芯片S3的输出端以及四个所述湿敏电阻单元10中的其他两个湿敏电阻单元10与所述第二选通芯片S2的三个输入端一一对应地连接；所述第二选通芯片S2的输出端与所述信号放大器30的输入端连接；所述第二选通芯片S2以及所述第三选通芯片S3的控制端分别与所述主控模块60连接。
其中，该第二选通芯片S2以及第三选通芯片S3均可以采用型号为4053芯片。该第三选通芯片S3的VEE引脚通过电容C26接地，INH引脚以及GND引脚均接地，该第三选通芯片S3的选通控制引脚A、B、C分别与该主控模块60引脚P20、P21以及P22一一对应地连接。该第三选通芯片S3的引脚X1与该端子P32连接，该第三选通芯片S3的引脚Y1与该端子P42连接。其中，该第三选通芯片S3的引脚X1、Y1以及Z1均为该信号输入引脚。该第三选通芯片S3的引脚X也即是选通输出引脚与该第二选通芯片S2的信号输入端也即是引脚Z1连接。该主控模块60通过控制该输出给该第三选通芯片S3的引脚A、B、C的电平来控制该第三选通芯片S3的选通情况。
该第二选通芯片S2的另外两个引号输入端也即是引脚X1以及引脚Y1分别与端子J12以及端子J22连接。该第二选通芯片S2的选通输出引脚也即是引脚X与该信号放大器30的输入端连接。该第二选通芯片S2的引脚A、B、C分别与主控模块60引脚P15、P16、P17连接。该主控模块60通过控制该输出给该第二选通芯片S2的引脚A、B、C的电平来控制该第二选通芯片S2的选通情况。该信号放大器30采用现有技术中的常规信号放大电路即可实现，在此不赘述。该积分模块40包括第一选通芯片U6以及积分单元，所述第一选通芯片U6与所述积分单元连接，所述主控模块60与所述第一选通芯片的控制端连接以通过该第一选通单元U6来控制所述积分单元在积分阶段和复位阶段之间切换。具体地，该积分单元包括电容C23、电阻R20以及第一运算放大器F2；第一运算放大器F2的反相输入端分别与所述电容C23的第一端以及所述电阻R20的第一端连接，所述第一运算放大器F2的正相输入端接入第一基准电压，所述第一运算放大器F2的输出端分别与所述比较模块50以及所述电容C23的第二端连接，所述第一选通芯片S1的引脚Z与所述电容C23的第二端连接，所述第一选通芯片S1的引脚Z1与所述电容C23的第一端连接，所述第一选通芯片S1的引脚X与所述电阻R20的第二端连接，所述第一选通芯片的一输入端与所述信号放大器30的输出端连接；所述主控模块60与所述第一选通芯片U6的控制端连接，以控制该所述积分模块40在积分阶段和复位阶段之间切换。
在积分阶段时，所述第一选通芯片将引脚Z以及引脚Z1之间隔离并悬空，将控制模块连接的输入端与该引脚X接通，该电容C23、电阻R20以及第一运算放大器构成积分单元并对电容C23进行充电；在复位阶段时，所述第一选通芯片将引脚Z以及引脚Z1连接，以对该电容C23进行放电。
其中，该比较模块50包括第二运算放大器F3、滤波电容C15以及滤波电容C18；所述第二运算放大器F3的反相输入端与所述第一运算放大器F2的输出端连接，所述第二运算放大器F3的正相输入端分别与所述滤波电容C15的一端以及滤波电容C18的一端连接，所述滤波电容C15的另一端以及滤波电容C18的另一端接地；第二运算放大器F3的正相输入端还接入第一基准电压。
在一些实施例中，该比较模块50还包括括锁存器F4以及电阻R27，所述第二运算放大器F3的输出端与所述电阻R27的一端连接，所述电阻R27的另一端与所述锁存器F4的一输入端连接，所述锁存器F4的输出端以及另一输入端与所述主控模块60连接，具体为与该主控模块60的引脚P16连接。
本发明提供的一种基于积分运算的湿度检测装置通过设置四个湿敏电阻单元；通道选择器，其分别与所述至少两个湿敏电阻单元连接以分别将所述至少两个湿敏电阻单元中的一个湿敏电阻单元的检测电压信号输出；信号放大器，其输入端与所述通道选择器的输出端连接，用于将通道选择器输出的检测电压信号放大以得到放大信号；积分模块，其与所述信号放大器的输出端连接以获取所述信号放大器输出的放大信号，并对该放大信号进行积分运算；比较模块，其与所述积分模块连接以将该积分模块的积分运算后输出的积分电压与预设电压进行比较，并根据比较结果输出比较结果信号；主控模块，其与所述比较模块连接，所述主控模块用于根据所述比较模块输出的比较结果信号计算得到对应湿敏电阻单元检测的湿度值；从而实现对湿度的快速以及精准检测，由于采用了信号放大模块，并采用积分模块对湿度检测信号进行积分，进一步提高了检测精确度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (9)

1.基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于，包括：四个湿敏电阻单元；通道选择器，其分别与所述至少两个湿敏电阻单元连接以分别将所述至少两个湿敏电阻单元中的一个湿敏电阻单元的检测电压信号输出；信号放大器，其输入端与所述通道选择器的输出端连接，用于将通道选择器输出的检测电压信号放大以得到放大信号；积分模块，其与所述信号放大器的输出端连接以获取所述信号放大器输出的放大信号，并对该放大信号进行积分运算；比较模块，其与所述积分模块连接，用于将该积分模块的积分运算后输出的积分电压与预设电压进行比较，并根据比较结果输出比较结果信号；主控模块，其与所述比较模块连接，所述主控模块用于根据所述比较模块输出的比较结果信号计算得到对应湿敏电阻单元检测的湿度值。
2.根据权利要求1所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于每一所述湿敏电阻单元包括湿敏电阻、分压电阻R1、分压电阻R6以及滤波电容C1；所述湿敏电阻的两端分别与所述分压电阻R6的两端连接，所述分压电阻R1的一端接入预设电压，所述分压电阻R1的另一端与所述分压电阻R6的一端连接，所述分压电阻R6的另一端与所述滤波电容C1的一端连接，所述滤波电容C1的另一端接地；所述分压电阻R6以及所述滤波电容C1的公共节点的电压为所述检测电压信号。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于所述主控模块分别与每一所述湿敏电阻单元的分压电阻R1以及分压电阻R6的公共节点连接以检测对应湿敏电阻是否有连接上。
4.根据权利要求1或者权利要求3所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于所述所述四个湿敏电阻单元的湿敏电阻的基准电阻值依次增大。
5.根据权利要求1或者权利要求4所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于所述通道选择器包括第二选通芯片以及第三选通芯片；所述至少两个湿敏电阻单元的数量为四个；所述第三选通芯片的两个输入端分别与四个所述湿敏电阻单元中的两个湿敏电阻单元一一对应地连接，所述第三选通芯片的输出端以及四个所述湿敏电阻单元中的其他两个湿敏电阻单元与所述第二选通芯片的三个输入端一一对应地连接；所述第二选通芯片的输出端与所述信号放大器的输入端连接；所述第二选通芯片以及所述第三选通芯片的控制端分别与所述主控模块连接。
6.根据权利要求1或者权利要求5所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于所述积分模块包括第一选通芯片以及积分单元，所述第一选通芯片与所述积分单元连接，所述主控模块与所述第一选通芯片的控制端连接以通过该第一选通单元来控制所述积分单元在积分阶段和复位阶段之间切换。
7.根据权利要求1或者权利要求6所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于所述积分单元包括电容C23、电阻R20以及第一运算放大器；所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述电容C23的第一端以及所述电阻R20的第一端连接，所述第一运算放大器的正相输入端接入第一基准电压，所述第一运算放大器的输出端分别与所述比较模块以及所述电容C23的第二端连接，所述第一选通芯片的引脚Z与所述电容C23的第二端连接，所述第一选通芯片的引脚Z1与所述电容C23的第一端连接，所述第一选通芯片的引脚X与所述电阻R20的第二端连接，所述第一选通芯片的一输入端与所述信号放大器的输出端连接；所述主控模块与所述第一选通芯片的控制端连接，以控制该所述积分模块在积分阶段和复位阶段之间切换；所述第一选通芯片将引脚Z以及引脚Z1之间隔离，将控制模块连接的输入端与该引脚X接通，该电容C23、电阻R20以及第一运算放大器构成积分单元并对电容C23进行充电；在复位阶段时，所述第一选通芯片将引脚Z以及引脚Z1连接，以对该电容C23进行放电。
8.根据权利要求1或者权利要求7所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于所述比较模块包括第二运算放大器；所述第二运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；所述第二运算放大器的正相输入端还接入第一基准电压。
9.根据权利要求1或者权利要求8所述的基于积分运算的湿度检测装置，其特征在于还包括锁存器，所述第二运算放大器的输出端与所述锁存器的一输入端连接，所述锁存器的输出端以及另一输入端与所述主控模块连接。
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CN109298029A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 王虹 基于积分运算的智能湿度检测装置

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