CN202257905U - 一种实验室环境温湿度无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验室环境温湿度无线监测系统，包括分布在多个试验区域的多个温湿度传感器（1），每个温湿度传感器（1）还连接有一个传递无线信号的无线发射电路（2），该系统还包括一个接收无线信号的无线接收电路（3），所述无线接收电路（3）连接有一个显示温湿度信息的显示单元。本实用新型监测系统通过多个温湿度传感器可实时监测多个试验区域，并且与毛发式的温湿度表相比，分辨率和精准度高；本实用新型监测系统通过无线通信的方式来接收无线传感器检测的温湿度信息，便于集中监控和管理。可广泛应用于对温湿度要求高的应用环境中。

Description

一种实验室环境温湿度无线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种温湿度监测仪，尤其是一种实验室环境温湿度无线监测系统。

背景技术

由于试验环境的温湿度对很多试验结果（如：温度、温升、泄露电流、电气强度等）都有着明显的影响。因此各类检测标准都会对试验时允许的环境温湿度的范围进行限定。特别是对家用电器类产品、灯具光源类产品在进行电气安全或能效试验时，需对试验区域的环境温湿度进行监控，以保证实验室的温湿度等环境符合标准条款的要求，确保试验过程中各项检测数据的准确性。

实验室质量管理体系要求对试验环境温湿度进行监控并记录。目前大多数实验室通常采用毛发式温湿度表对试验区域环境温湿度进行人工读取。毛发式温湿度表的工作原理是：基于脱脂人发能随相对湿度的变化伸长缩短的原理制成的。在测定湿度时，仅能准确到5%左右。在使用毛发式温湿度表过程中，往往发现其实际误差有时超出允许范围，其主要原因是毛发和其他物体一样，也有热胀冷缩的现象。毛发本身不仅在相对湿度变化时其伸长量有所改变，就是温度发生变化时，毛发式温湿度表的示值也是有所改变的。所以不同的温湿条件对毛发式温湿度表的示值，会造成不同程度的误差。

采用上述人工记录的方式，不仅难以保证检测的精准度，而且相对于自动记录来说比较繁琐、效率较低；此外使用固定式的温湿度记录仪只能放置在特定的区域，而有些情况受到被试样品、工况和试验区域等方面限制，需要应用便携式的、并且可对多个试验区域进行记录的温湿度监测仪。

为了保证实验室出具正确的试验数据，同时也考虑操作的方便性，开发一种实验室环境温湿度无线监测系统势在必行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种对环境的温湿度监测精度高并且可同时监测多个试验区域、操作便利的无线监测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种实验室环境温湿度无线监测系统，包括分布在多个试验区域的多个温湿度传感器，每个温湿度传感器还连接有一个传递无线信号的无线发射电路，还包括一个接收无线信号的无线接收电路，所述无线接收电路连接有一个显示温湿度信息的显示单元。

进一步作为优选的实施方式，所述温湿度传感器为集成式的温湿度传感器，包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，所述测湿元件和测温元件连接至一个A/D转换器，所述A/D转换器连接有一个串行接口电路。

进一步作为优选的实施方式，所述无线发射电路和无线接收电路均采用无线通信的无线单片机。

进一步作为改进，所述无线接收电路的还通过通信接口连接有一供查看实时数据、趋势曲线的监控计算机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型监测系统通过多个温湿度传感器可实时监测多个试验区域，并且与毛发式的温湿度表相比，分辨率和精准度高；本实用新型监测系统通过无线通信的方式来接收无线传感器检测的温湿度信息，便于集中监控和管理。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型监测系统的原理框图；

图2是本实用新型监测系统采用的温湿度传感器的原理框图；

图3是本实用新型实施例中无线通信电路的电路原理图；

图4是本实用新型实施例中温湿度传感器与无线发射电路连接的示意图；

图5是本实用新型监测系统的系统软件结构图；

图6是本实用新型监测系统实施例中无线发射、无线接收程序的流程图；

图7是本实用新型实施例中温湿度测量时序图；

图8是本实用新型实施例中温湿度采集程序的流程图。

具体实施方式

参照图1,一种实验室环境温湿度无线监测系统，包括分布在多个试验区域的多个温湿度传感器1，每个温湿度传感器1还连接有一个传递无线信号的无线发射电路2，该系统还包括一个接收无线信号的无线接收电路3，所述无线接收电路3连接有一个显示温湿度信息的显示单元。

在本发明的具体实施例中，无线发射电路2和无线接收电路3均采用无线单片机CC1110，温湿度传感器1采用结合数字式温湿度传感器SHT11，在图1中，包括试验区域1至试验区域5，包括分布在每个实验区域内的5个温湿度传感器SHT11，每个温湿度传感器SHT11连接有一个无线单片机CC1110作为无线发射端，作为无线接收端的无线单片机CC1110可以随意安排在500米以内的任何区域。

参照图2，本实用新型采用的温湿度传感器1包括一个电容式聚合体测湿元件11和一个能隙式测温元件12，所述测湿元件11和测温元件12连接至一个A/D转换器13，所述A/D转换器13连接有一个串行接口电路14。

参照图4，本实施例中温湿度传感器SHT11芯片供电电压3.3V，在电源引脚VDD和GND之间安装一个100nF的电容，起到去耦滤波的作用。串行接口是两线式的结构，串行时钟输入SCK与无线单片机CC1110的P1.5相连，用于无线单片机CC1110与温湿度传感器SHT11之间的通讯同步；串行数据DATA是一个三态门结构，与无线单片机CC1110的P1.4相连，用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿改变状态，并仅在SCK上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA需要保持稳定，为了避免信号冲突，再安装一个10k上拉电阻R1，使P1.4输出低电平。

参照图3,晶振电路由X1（26MHz晶振）、C211、C201组成，是无线单片机CC1110的高速时钟源，本系统的无线接收端由市电电源供电，可不计较功耗，因此采用高速时钟源。晶振电路X2（32.768kHz晶振）、C171、C181是低速时钟源，在试验区域内工作的无线发射端由电池供电，同时担当温湿度数据采集的任务，考虑到电池消耗的问题，采用低功耗的低速时钟源。电容C121—C131和电感L121—L131组成的电路完成将信号转换成单端RF信号，与50Ω天线配合。电阻R271用来设置一个精确的偏置电流。天线的选择对传输距离有相当大的影响，考虑到冰箱间室边壁和门对无线信号的衰减作用，为保证无线信号的稳定可靠，本系统采用了接收和发射能力较强的单鞭天线。

进一步作为改进，本系统的无线接收电路3通过RS232串口与上位的监控计算机4进行通信，接收监测指令并传递检测到的温湿度信息，通过监控计算机内部的程序生成实时温湿度趋势曲线和历史曲线，供用户查询。

本系统的软件设计包括以下两个部分：无线单片机CC1110的8051内核的软件设计和上位计算机的监控软件设计，软件结构如图5所示。无线单片机CC1110的8051内核的软件设计又包括无线接收和无线发射两部分。无线接收部分主要包括：无线接收程序、串口通信、液晶显示、Flash存储器读写、按键扫描和状态灯指示等；无线发射部分包括：无线发射程序和温湿度数据读取等。上位计算机的监控软件设计包括查看实时温湿度趋势曲线和历史曲线、数据库读写操作、保存和查看历史数据、串口通信等。下面具体介绍无线通信、温湿度采集、监控计算机监控软件三个部分的程序设计。

无线通信程序：

无线通信程序又分为无线发射和无线接收两大部分，均对无线单片机CC1110芯片的编程，采用C语言进行程序设计，具有较高的开发效率，在程序开始运行后首先运行的是初始化程序段，发射端定时读取温湿度信号，并检测是否有同步信号，如果接收到同步信号，则发送温度和湿度数据直到到发送结束；如果没有接收到同步信号则继续等待。接收端程序开始运行后，时刻监测是否有按键按下，即人工启动开始检测按钮，同时还要监测是否有监控计算机RS-232传来的开始检测命令，如果有启动命令，则发送同步信号，然后开始接收温度和湿度数据，直到温度和湿度数据接收完毕，再经过RS-232把数据传到计算机，程序流程如图6所示。

温湿度采集程序：

温湿度采集程序是对无线发射端CC1110的程序设计的一部分。首先初始化SHT11数据传输，在SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平。SHT11的命令为一个字节，高3位为器件地址位，SHT11命令的地址位只有000可用，低5位为实际的命令代码。其中热启动命令将使SHT11进行复位，不但使通信接口复位，同时清除状态寄存器内容为默认值；SHT11热启动过程所需时间最少为11ms，所以热启动以后需要等待11m s以上才可以进行下一步操作。在发送每一个命令之前需要有一个传输初始化信号，即一个传输起始序列：由无线单片机CC1110拉低DATA线，在DATA为低电平期间，SCK线发送一个高—低—高的序列，图7所示为CC1110发送湿度测量命令的时序，由于在下一个SCK信号周期，SHT11将会向DATA线发送一个握手应答信号表示正确接收了一个字节，所以在一个字节发送结束之后CC1110需要释放DATA线。SHT11在完成一次湿度或者温度测量之后会向DATA线发送一个低电平信号，通知CC1110已经可以读取数据。在本系统中温度和湿度测量分别设置为14位和12位，SHT11的完成一次12位的AD转换约55ms，14位的AD转换约200ms。

在无线单片机CC1110对SHT11进行读操作时，类似于写操作的时序，但是读操作有两种情况，在读取SHT11的转换结果、状态寄存器的时候，在读完每一个字节之后都需要CC1110在第9个SCK周期向DATA线发送一个低电平作为握手应答信号，才可以读取接下来的数据：在读取8位CRC校验码时不需要CC1110发送应答信号。此外，在每次对SHT11操作之前或者通信出现错误时都需要对SHT11进行通信复位，与其建立通信，通信复位时序为：DATA线为高电平，并且维持9个SCK周期以上。

图8为温湿度采集程序的具体流程图。

监控计算机监控软件：

通过RS232串行接口，将无线接收端上传的温湿度数据和运行信息传递到监控计算机。采用计算机高级语言C#对接收到的温湿度数据进行整理分析，并存储于数据库。根据运行的需要，数据库可灵活地进行扩充和修改，各种在线操作不影响运行。监控软件具有以下功能：

a)  实时显示各个试验区域环境的温湿度数据；

b)  当被监视部位的温湿度数据超过设定值范围时，发出警告信息并自动标记；

c)   将温度和湿度数据绘制成以时间为横坐标的实时曲线，可按照时间长度任意缩放曲线；

d)  可以按照任意时间段查询历史数据和历史曲线；

e)   具有任意时段温度和湿度数据最大值、最小值和平均值的统计功能；

f)    温湿度数据可生成excel表格，作为原始记录存储；

g)  能够对温度和湿度曲线、统计结果、警告信息进行查询和打印。

本实用新型监测系统采用集成式的温湿度传感器SHT11作为试验区域环境温湿度的测量元件。传统的毛发式的湿度表的准确度只有5％—7％RH，分辨率为1%RH。而集成式的温湿度传感器SHT11的准确度一般为3%—5%RH，分辨率为0.03%RH。可见与毛发式的湿度表相比，集成式的温湿度传感器SHT11在准确度、分辨率方面具有明显优势。

本实用新型监测系统检测的温湿度数据采用无线传输方式，在短距离范围内，例如一般在同一栋楼内，数据均可正常传输，误码率在1%以下。

本实用新型系统实现了多个试验区域环境温湿度的同时测量，测量得到的温湿度数据统一记录在计算机的数据库SQL SEVER的功能。检测员可以通过计算机的监控程序随时调用任意时间段各个试验区域的环境温湿度数据。

通过计算机程序使环境温湿度数据每一分钟记录一次，也在监控画面上显示出来变化曲线，横坐标为时间轴，纵坐标为湿度和温度。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种实验室环境温湿度无线监测系统，包括分布在多个试验区域的多个温湿度传感器（1），其特征在于：每个温湿度传感器（1）还连接有一个传递无线信号的无线发射电路（2），该系统还包括一个接收无线信号的无线接收电路（3），所述无线接收电路（3）连接有一个显示温湿度信息的显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种实验室环境温湿度无线监测系统，其特征在于：所述温湿度传感器（1）为集成式的温湿度传感器，包括一个电容式聚合体测湿元件（11）和一个能隙式测温元件（12），所述测湿元件（11）和测温元件（12）连接至一个A/D转换器（13），所述A/D转换器（13）连接有一个串行接口电路（14）。

3.根据权利要求1所述的一种实验室环境温湿度无线监测系统，其特征在于：所述无线发射电路（2）和无线接收电路（3）均采用无线通信的无线单片机。

4.根据权利要求1所述的一种实验室环境温湿度无线监测系统，其特征在于：所述无线接收电路（3）的还通过通信接口连接有一供查看实时数据、趋势曲线的监控计算机（4）。

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