CN114166264B - 密集烤房干湿球温度传感器检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体为密集烤房干湿球温度传感器检测仪,包括外部接口和单片机接口,其检测方法包括以下步骤：步骤一：检测仪自动识别传感器和控制器是否连接，进入相应检测环节；步骤二：对密集烤房干湿球温度传感器进行检测；步骤三：检测密集烤房控制器的温度控制误差。利用该检测仪实现快速检测密集烤房干湿球温度传感器是否故障，避免了人工连接控制器和手动操作控制器繁琐步骤，提高了检测效率。解决目前没有方法判断传感器是否符合标准的仪器，也不能准确判断传感器是否与控制器良好匹配的问题，避免烘烤过程中才发现传感器不能正常工作的问题。

Description

密集烤房干湿球温度传感器检测仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为密集烤房干湿球温度传感器检测仪及其检测方法。

背景技术

《密集烤房技术规范（试行）修订版》（国烟办综〔2009〕418号）规定了密集烤房的干湿球温度传感器技术标准，该传感器包括4个DS18B20温度传感器，分别测量上棚干球温度，上棚湿球温度，下棚干球温度，下棚湿球温度，采用5569-6P插头并规定了引脚顺序。干湿球温度传感器故障、温度控制误差是造成烘烤损失的常见原因，因此在烘烤季节的前、中、后期需要对传感器和控制器进行检测、维修或更换。虽然该技术标准执行了十余年，但一直缺少密集烤房专用的检测设备，只能通过将传感器和控制器进行连接通电，人工查看控制器显示温度值的方式进行判断是否故障，控制误差的判断则由烘烤师不定时的观察控制器显示值和目标值的偏差来人工记录，存在检测速度慢，检测不准确，检测内容不全面等问题。

另一方面，DS18B20传感器是美国DALLAS公司的一款数字式温度传感器，随着中美竞争加剧，进口传感器的价格大幅上涨，货源短缺情况日益严重，甚至面临停产的风险。近年来国产替代型号越来越多，但是质量良莠不齐，不同厂家的传感器通信时序差别较大，传感器的信号上升沿时间相差超过3倍，甚至还有部分假货流入市场。原来的部分控制器不能适应部分国产替代型号传感器，造成温度读取错误，影响烘烤质量。如何检测新购置的传感器是否符合技术规范并与控制器相匹配，也成为一个日益突出的问题。现在的做法是直接将传感器与控制器相连，如果能够正常显示则认为合格。这种判断方法存在误判的可能，首先传感器在不同温度下的时序特性略有差别，检测时可以正常工作，不代表烤房环境下可以一直正常工作。其次控制器读取传感器数据采取多次采集后去除异常数据并进行滤波后显示，短时间内显示正常并不能证明传感器工作一直正常，即可能存在较高的读取错误率。最后，密集烤房群一般有多种不同型号的控制器，则需要把传感器安装在每一种型号的控制器上进行检测，工作量非常巨大，耗费人力。

发明内容

本发明的目的在于提供密集烤房干湿球温度传感器检测仪及其检测方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：密集烤房干湿球温度传感器检测仪，包括外部接口和单片机接口，外部接口包括：

P1为电源接口，4-10VDC供电；

P2为开关按键，所述检测仪只有1个按键，用于开机和关机；

P3和P4为显示屏接口，显示运行信息；

P5为调试接口，用于调试检测仪；

J1为控制器接口，连接控制器的温湿度传感器接口；

J2为传感器接口，连接温湿度传感器；

单片机接口：

AD_VBAT，测量供电电压，用于判断供电是否在正常范围内，保证检测仪正常工作；

AD_VDS，测量控制器温度传感器接口电压，用于检测控制器是否连接；

LCD_CS/LCD_SID/LCD_SCK/LCD_AK，连接显示屏，显示运行信息；

LED，为板载指示灯，用于显示检测仪的工作状态；

CTRL_PWR，连接开关按键，控制开机和关机；

TPMV，连接环境温度传感器；

DSIN1_1/ DSIN1_2/ DSIN1_3/DSIN1_4，连接干湿球温度传感器；

AD_TDRY，为设置目标干球温度的旋钮；

AD_TWET，为设置目标湿球温度的旋钮；

SW_CTRL，为设置控制模式，选择上棚控制或下棚控制。

作为本发明的进一步方案，所述外部接口和单片机接口之间通过电性连接。 作为本发明的进一步方案，密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：检测仪自动识别传感器和控制器是否连接，进入相应检测环节；

步骤二：对密集烤房干湿球温度传感器进行检测；

步骤三：检测密集烤房控制器的温度控制误差。

作为本发明的进一步方案，步骤二中包括采集传感器数据、传感器通信时序判断、传感器稳定性判断、逻辑检测和传感器功耗分析。 作为本发明的进一步方案，在步骤一中，控制器是否连接的检测方法为，采集VBAT电压，根据电压值分为3种情况：

a. 电压为0V，则认为控制器没有连接；

b. 电压在3-5.5V范围，则认为控制器连接；

c. 电压不在上述2种正常范围，则认为控制器故障；

传感器是否连接的检测方法为，向传感器引脚发送检测信号，根据收到的响应信号进行判断，包括3种情况：

a. 没有响应，则认为传感器未连接；

b. 收到传感器的正常响应信号，则认为传感器已连接；

c. 收到传感器的响应信号，但是响应信号不符合传感器技术要求，则认为传感器故障；

如果连接的传感器和控制器有故障，则显示屏显示故障信息，如果没有故障，则根据4种连接情况，进入不同的检测流程；

a. 传感器和控制器都未连接：不进入检测程序；

b. 传感器未连接，控制器连接：不进入检测程序；

c. 传感器连接，控制器未连接：进入传感器检测程序；

d. 传感器连接，控制器连接：先进入传感器检测程序，后进入控制器检测程序。

作为本发明的进一步方案，所述传感器通信时序判断包括2个步骤：

a. 根据采集传感器数据中读取传感器数据时采用的通信时序及前后相邻2个通信时序，分别读取传感器数据N次，选择读取数据成功率最高的通信时序作为该传感器的通信时序。

b. 判断该通信时序与标准通信时序的差异，与标准通信时序相差超出一定范围，比如30%，则认为该传感器通信时序不符合标准，任何一个传感器的通信时序不符合标准，则认为干湿球温度传感器不符合技术规范。 作为本发明的进一步方案，所述逻辑检测的逻辑关系为：

a. 干湿球逻辑判断，即同棚的干球温度≥湿球温度-0.3；

b. 上下棚逻辑判断，即只有下面两种正常情况，其余情况均为异常；

上棚干球≥下棚干球，且，上棚湿球≥下棚湿球；

上棚干球≤下棚干球，且，上棚湿球≤下棚湿球。

作为本发明的进一步方案，所述传感器功耗分析步骤为：

a. 读取传感器温度，作为初始温度，计数器清零；

b. 启动传感器温度转换，读取传感器温度作为实时温度，计数器加1；

c. 如果实时温度-初始温度>温升上限（比如1℃）则认为功耗超限并转入步骤d，否则如果计数器达到上限值（比如15）则功耗未超限并跳转至步骤d，如果计数器没有达到上限值则返回步骤b；

d. 输出功耗检测结果。

作为本发明的进一步方案，步骤三中，检测密集烤房控制器的温度控制误差的步骤如下：

a.根据控制器上的目标温度、目标湿度、上下棚控制模式设置检测仪，方法为，分别调节旋钮A和旋钮B设置目标温度和目标湿度，用拨码开关C设置上棚控制或下棚控制；

b.采集控制棚的干湿球温度，记录控制器温度传感器测量周期，如果低于设定最小间隔时间，则在显示屏上显示温度测量误差风险提示；

c.根据测量值与目标值，计算并显示平均误差，最大误差，并显示计时时间，如果在一定时间内的平均误差和最大误差小于技术规范则认为符合控制精度要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）利用该检测仪实现快速检测密集烤房干湿球温度传感器是否故障，避免了人工连接控制器和手动操作控制器繁琐步骤，提高了检测效率。可应用于多种场合，比如：传感器出厂检测、购买传感器时进行检测确保质量合格、烘烤季节准备时以及每次烘烤装烟开始前进行检测以确保温度采集准确、烘烤过程温度异常时检测以排查是否传感器故障还是控制器故障、烘烤季节结束后保养存储传感器之前进行检测以丢掉故障传感器和减少人工浪费。

（2）利用该检测仪判断密集烤房干湿球温度传感器的通信时序是否符合标准，解决目前没有方法判断传感器是否符合标准的仪器，也不能准确判断传感器是否与控制器良好匹配的问题，避免烘烤过程中才发现传感器不能正常工作的问题。

（3）密集烤房控制器的控制精度目前没有专用的测试手段，基本处于厂家自己监督自己的状态。利用该检测仪准确检测密集烤房控制器的温度控制误差，判断是否达到行业技术规范，避免了人工巡检观察数据记录频率低、控制器显示数据可信度存疑的问题，甚至部分控制器为了掩盖控制误差，故意显示的虚假的温度值，而烘烤人员和检测人员无法发现。

附图说明

图1为本发明中外部接口中P1和P2接口的示意图；

图2为本发明中外部接口中P3接口的示意图；

图3为本发明中外部接口中P4接口的示意图；

图4为本发明中外部接口中单片机接口的示意图；

图5为本发明中外部接口中J1接口的示意图；

图6为本发明中外部接口中J2接口的示意图；

图7为传感器和控制器连接状态进入检测程序的流程图； 图8为温度传感器检测步骤图； 图9为传感器逻辑判断流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，密集烤房干湿球温度传感器检测仪，包括外部接口和单片机接口，其中，外部接口包括：

P1为电源接口，4-10VDC供电；

P2为开关按键，所述检测仪只有1个按键，用于开机和关机；

P3和P4为显示屏接口，显示运行信息；

P5为调试接口，用于调试检测仪；

J1为控制器接口，连接控制器的温湿度传感器接口；

J2为传感器接口，连接温湿度传感器；

单片机接口：

主控芯片为C8051F310，引脚定义包括：

AD_VBAT，测量供电电压，用于判断供电是否在正常范围内，保证检测仪正常工作；

AD_VDS，测量控制器温度传感器接口电压，用于检测控制器是否连接；

LCD_CS/LCD_SID/LCD_SCK/LCD_AK，连接显示屏，显示运行信息；

LED，为板载指示灯，用于显示检测仪的工作状态；

CTRL_PWR，连接开关按键，控制开机和关机；

TPMV，连接环境温度传感器；

DSIN1_1/ DSIN1_2/ DSIN1_3/DSIN1_4，连接干湿球温度传感器；

AD_TDRY，为设置目标干球温度的旋钮；

AD_TWET，为设置目标湿球温度的旋钮；

SW_CTRL，为设置控制模式，选择上棚控制（以上棚温度作为实际温度）或下棚控制（以下棚温度作为实际温度）。

密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法的工作流程如下：

1.检测仪自动识别传感器和控制器是否连接，进入相应检测环节

（1）控制器是否连接的检测方法为，采集VBAT电压，根据电压值分为3种情况：

a. 电压为0V，则认为控制器没有连接；

b. 电压在3-5.5V范围，则认为控制器连接；

c. 电压不在上述2种正常范围，则认为控制器故障。

（2）传感器是否连接的检测方法为，向传感器引脚发送检测信号，根据收到的响应信号进行判断，包括3种情况：

a. 没有响应，则认为传感器未连接；

b. 收到传感器的正常响应信号，则认为传感器已连接；

c. 收到传感器的响应信号，但是响应信号不符合传感器技术要求，则认为传感器故障。

（3）如果连接的传感器和控制器有故障，则显示屏显示故障信息，如果没有故障，则根据4种连接情况，进入不同的检测流程，如图7；

a. 传感器和控制器都未连接：不进入检测程序；

b. 传感器未连接，控制器连接：不进入检测程序；

c. 传感器连接，控制器未连接：进入传感器检测程序；

d. 传感器连接，控制器连接：先进入传感器检测程序，后进入控制器检测程序。

2.对密集烤房干湿球温度传感器进行检测

如图8，包括5个步骤，依次执行：

（1）采集传感器数据

设计若干种不同通信时序的传感器读取程序，在读取传感器数据时分别进行尝试不同通信时序，直至正确读取传感器数据。若所有通信时序都不能正确读取传感器数据，如果控制器未连接则认为传感器故障，如果控制器连接则认为控制器接口不规范或传感器故障。

在读取传感器数据的时机方面，也分为两种情况：

a. 控制器未连接，直接读取采集传感器数据。

b. 控制器已连接，为了不影响控制器工作，检测仪首先检测控制器读取传感器的周期，在传感器空闲时间读取传感器数。

（2）传感器通信时序判断

包括2个步骤：

a. 根据采集传感器数据中读取传感器数据时采用的通信时序及前后相邻2个通信时序，分别读取传感器数据N次，选择读取数据成功率最高的通信时序作为该传感器的通信时序。

b. 判断该通信时序与标准通信时序的差异，与标准通信时序相差超出一定范围，比如30%，则认为该传感器通信时序不符合标准。任何一个传感器的通信时序不符合标准，则认为干湿球温度传感器不符合技术规范。

（3）传感器稳定性判断

以不低于一定时间的间隔，比如3秒，连续读取传感器数据X次，计算读取错误率和数据波动范围，如果错误率超过一定值，比如90%，或者数据波动范围超过0.5℃，则认为传感器不稳定。

（4）逻辑检测

干湿球温度传感器包括4个温度传感器，分别为上棚干球温度、上棚湿球温度、下棚干球温度、下棚湿球温度，如果4个温度传感器满足2个逻辑关系才认为工作正常，2个逻辑关系为：

a. 干湿球逻辑判断，即同棚的干球温度≥湿球温度-0.3；

b. 上下棚逻辑判断，即只有下面两种正常情况，其余情况均为异常；

上棚干球≥下棚干球，且，上棚湿球≥下棚湿球；

上棚干球≤下棚干球，且，上棚湿球≤下棚湿球（如图9）。

（5）传感器功耗分析

常规的传感器功耗采用测量电流的方式进行直接测量，本发明提出一种通过提高温度传感器温度转换频率并测量温升的方式来间接判断传感器功耗。

步骤为：

a. 读取传感器温度，作为初始温度，计数器清零；

b. 启动传感器温度转换，读取传感器温度作为实时温度，计数器加1；

c. 如果实时温度-初始温度>温升上限（比如1℃）则认为功耗超限并转入步骤d，否则如果计数器达到上限值（比如15）则功耗未超限并跳转至步骤d，如果计数器没有达到上限值则返回步骤b；

d. 输出功耗检测结果。

3. 检测密集烤房控制器的温度控制误差

常规判断控制误差的方式，是读取目标温度和实际温度，计算两者之间的差值。但是本测试仪只能测量实际温度（即传感器读数），没有读取控制器中设置的目标温度，因此只能手动设置检测仪。

步骤如下：

1）根据控制器上的目标温度、目标湿度、上下棚控制模式设置检测仪，方法为，分别调节旋钮A和旋钮B设置目标温度和目标湿度，用拨码开关C设置上棚控制或下棚控制；

2）采集控制棚的干湿球温度，记录控制器温度传感器测量周期，如果低于设定最小间隔时间，则在显示屏上显示温度测量误差风险提示；

3）根据测量值与目标值，计算并显示平均误差，最大误差，并显示计时时间，如果在一定时间内的平均误差和最大误差小于技术规范则认为符合控制精度要求。

（1）利用该检测仪实现快速检测密集烤房干湿球温度传感器是否故障，避免了人工连接控制器和手动操作控制器繁琐步骤，提高了检测效率。可应用于多种场合，比如：传感器出厂检测、购买传感器时进行检测确保质量合格、烘烤季节准备时以及每次烘烤装烟开始前进行检测以确保温度采集准确、烘烤过程温度异常时检测以排查是否传感器故障还是控制器故障、烘烤季节结束后保养存储传感器之前进行检测以丢掉故障传感器和减少人工浪费。

（2）利用该检测仪判断密集烤房干湿球温度传感器的通信时序是否符合标准，解决目前没有方法判断传感器是否符合标准的仪器，也不能准确判断传感器是否与控制器良好匹配的问题，避免烘烤过程中才发现传感器不能正常工作的问题。

（3）密集烤房控制器的控制精度目前没有专用的测试手段，基本处于厂家自己监督自己的状态。利用该检测仪准确检测密集烤房控制器的温度控制误差，判断是否达到行业技术规范，避免了人工巡检观察数据记录频率低、控制器显示数据可信度存疑的问题，甚至部分控制器为了掩盖控制误差，故意显示的虚假的温度值，而烘烤人员和检测人员无法发现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.密集烤房干湿球温度传感器检测仪，包括外部接口和单片机接口，其特征在于，外部接口包括：

P1为电源接口，4-10VDC供电；

P2为开关按键，所述检测仪只有1个按键，用于开机和关机；

P3和P4为显示屏接口，显示运行信息；

P5为调试接口，用于调试检测仪；

J1为控制器接口，连接控制器的温湿度传感器接口；

J2为传感器接口，连接温湿度传感器；

单片机接口包括：

AD_VBAT，测量供电电压，用于判断供电是否在正常范围内，保证检测仪正常工作；

AD_VDS，测量控制器温度传感器接口电压，用于检测控制器是否连接；

LCD_CS/LCD_SID/LCD_SCK/LCD_AK，连接显示屏，显示运行信息；

LED，为板载指示灯，用于显示检测仪的工作状态；

CTRL_PWR，连接开关按键，控制开机和关机；

TPMV，连接环境温度传感器；

DSIN1_1/ DSIN1_2/ DSIN1_3/DSIN1_4，连接干湿球温度传感器；

AD_TDRY，为设置目标干球温度的旋钮；

AD_TWET，为设置目标湿球温度的旋钮；

SW_CTRL，为设置控制模式，选择上棚控制或下棚控制。

2.根据权利要求1所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪，其特征在于：所述外部接口和单片机接口之间通过电性连接。

3.一种如权利要求1所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：检测仪自动识别传感器和控制器是否连接，进入相应检测环节；

步骤二：对密集烤房干湿球温度传感器进行检测；

步骤三：检测密集烤房控制器的温度控制误差。

4.根据权利要求3所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于：步骤二中包括采集传感器数据、传感器通信时序判断、传感器稳定性判断、逻辑检测和传感器功耗分析。

5.根据权利要求3所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于：在步骤一中，控制器是否连接的检测方法为，采集VBAT电压，根据电压值分为3种情况：

a. 电压为0V，则认为控制器没有连接；

b. 电压在3-5.5V范围，则认为控制器连接；

c. 电压不在上述2种正常范围，则认为控制器故障；

传感器是否连接的检测方法为，向传感器引脚发送检测信号，根据收到的响应信号进行判断，包括3种情况：

a. 没有响应，则认为传感器未连接；

b. 收到传感器的正常响应信号，则认为传感器已连接；

c. 收到传感器的响应信号，但是响应信号不符合传感器技术要求，则认为传感器故障；

如果连接的传感器和控制器有故障，则显示屏显示故障信息，如果没有故障，则根据4种连接情况，进入不同的检测流程；

a. 传感器和控制器都未连接：不进入检测程序；

b. 传感器未连接，控制器连接：不进入检测程序；

c. 传感器连接，控制器未连接：进入传感器检测程序；

d. 传感器连接，控制器连接：先进入传感器检测程序，后进入控制器检测程序。

6.根据权利要求4所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于：所述传感器通信时序判断包括2个步骤：

a. 根据采集传感器数据中读取传感器数据时采用的通信时序及前后相邻2个通信时序，分别读取传感器数据N次，选择读取数据成功率最高的通信时序作为该传感器的通信时序；

b. 判断该通信时序与标准通信时序的差异，与标准通信时序相差超出一定范围，则认为该传感器通信时序不符合标准，任何一个传感器的通信时序不符合标准，则认为干湿球温度传感器不符合技术规范。

7.根据权利要求4所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于：所述逻辑检测的逻辑关系为：

a. 干湿球逻辑判断，即同棚的干球温度≥湿球温度-0.3；

b. 上下棚逻辑判断，即只有下面两种正常情况，其余情况均为异常；

上棚干球≥下棚干球，且，上棚湿球≥下棚湿球；

上棚干球≤下棚干球，且，上棚湿球≤下棚湿球。

8.根据权利要求4所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于：所述传感器功耗分析步骤为：

a. 读取传感器温度，作为初始温度，计数器清零；

b. 启动传感器温度转换，读取传感器温度作为实时温度，计数器加1；

c. 如果实时温度-初始温度>温升上限，则认为功耗超限并转入步骤d，否则如果计数器达到上限值，则功耗未超限并跳转至步骤d，如果计数器没有达到上限值则返回步骤b；

d. 输出功耗检测结果。

9.根据权利要求3所述的密集烤房干湿球温度传感器检测仪的检测方法，其特征在于：步骤三中，检测密集烤房控制器的温度控制误差的步骤如下：

a.根据控制器上的目标温度、目标湿度、上下棚控制模式设置检测仪，方法为，分别调节旋钮A和旋钮B设置目标温度和目标湿度，用拨码开关C设置上棚控制或下棚控制；

b.采集控制棚的干湿球温度，记录控制器温度传感器测量周期，如果低于设定最小间隔时间，则在显示屏上显示温度测量误差风险提示；

c.根据测量值与目标值，计算并显示平均误差，最大误差，并显示计时时间，如果在一定时间内的平均误差和最大误差小于技术规范则认为符合控制精度要求。

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