一种温湿水一体检测传感器的制作方法

本实用新型涉及粮情检测装置领域，尤其涉及一种温湿水一体检测传感器。

背景技术：

粮食是基本的生活生产资粮，是重要的战略资源。一般建立专门的储粮仓库来进行粮食储存。为了保证粮食储存的安全，需要在储粮结构配置粮情检测装置，实时监视储粮过程中，储粮环境的温度和湿度、粮食的温度、粮食的水分含量情况，及时掌握储粮过程中环境以及粮食的变化情况。

现有技术中，在进行粮情检测需要在储粮仓库中布置的传感器主要有温度传感器、温湿度传感器和水分传感器三种。其中通过温度传感器来检测粮堆的温度，通过温湿度传感器来检测粮堆的温度和湿度，通过水分传感器来检测粮食的水分。而且现有的温度传感器普遍采用单总线通讯协议，温湿度传感器和水分传感器普遍采用485通信，要布置温度传感器、温湿度传感器和水分传感器需要布置多条多种通信线路，并配合多种通信模块，导致粮仓布置温度传感器、温湿度传感器和水分传感器成本较高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种温湿水一体检测传感器，解决上述温度传感器、温湿度传感器、水分传感器相互独立且需要布置多条多种通信线路而造成的布置成本增高的问题。

本实用新型提供一种温湿水一体检测传感器，包括单片机，其中，

所述单片机电性连接温度检测单元；

所述单片机电性连接湿度检测单元；

所述单片机配置模数转换模块，所述模数转换模块连接所述温度检测单元和所述湿度检测单元，

所述单片机配置所述逻辑计算模块，所述逻辑计算模块电性连接所述模数转换模块；

所述单片机电性连接报警单元；

所述单片机连接单总线通信单元。

优选地，所述湿度检测单元包括函数发生模块，放大滤波模块，同步检波模块和低频滤波模块，所述函数发生模块电性连接所述放大滤波模块，所述放大滤波模块电性连接同步检波模块，所述同步检波模块连接于所述函数发生模块，所述同步检波模块电性连接低频滤波模块。

优选地，所述函数发生模块包括滞回比较器，所述滞回比较器的输出连接反相积分器，所述反相积分器的输出通过反馈电路连接所述滞回比较器的输入，所述滞回比较器输出方波，所述方波经所述反相积分器积分后成方波，所述反相积分器的输出电性连接放大滤波模块，所述放大滤波模块包括微分放大器，所述反相积分器的输出连接所述微分放大器的输入，所述微分放大器的输出端电性连接第一反向器，所述微分放大器的输入端连接湿敏电容。

优选地，所述微分放大器的输出连接场效应管q1的漏极，所述场效应管q1的栅极连接所述滞回比较器，所述场效应管q1的源极连接变阻器w4的一端；所述第一反向器的输出连接场效应管q2的漏极，所述场效应管q2的栅极经第二反向器连接所述滞回比较器，所述场效应管q2的源极连接所述变阻器w4的另一端，所述变阻器w4连接低频滤波模块，所述低频滤波模块经第一差分放大电路连接到所述单片机。

优选地，所述温度检测单元均包括热敏电阻，所述热敏电阻电性连接恒流模块，所述热敏电阻的两端连接第二差分放大电路，所述第二差分放大电路电性连接所述单片机。

优选地，所述报警单元包括扬声器以及led，所述扬声器和所述led连接于所述单片机。

优选地，所述单片机还设置电源模块、处理模块和存储模块；所述模数转换模块连接所述第一差分放大电路、第二差分放大电路；所述模数转换模块电性连接所述处理模块，所述逻辑计算模块电性连接所述存储模块，所述处理模块连接所述存储模块，所述电源模块对所述单片机供电。

优选地，所述单总线通信单元包括单总线，所述单总线连接上拉电阻，所述上拉电阻连接稳压模块，所述上拉电阻通过mos开关接地，所述mos开关受控连接于所述处理模块。

本申请提出的一种温湿水一体检测传感器具体有以下有益效果：

本申请提出的一种温湿水一体检测传感器通过将所述湿度检测单元中插入到粮食中，检测粮食空隙空气的湿度；通过将所述温度检测单元插入到粮食中，检测粮堆的温度，所述单片机的逻辑计算模块通过温度与湿度来计算粮食水分，减少水分传感器的布置，降低布置成本；所述单片机将检测的粮食的水分、粮食的温度与湿度通过所述单总线通信单元传送给上位机，通过所述单总线通信单元来接收上位机指令；布置过程中仅仅布置一条单总线就能布置成功，布置成本低；另外在所述存储模块存储湿水一体检测传感器的mac，方便管理湿水一体检测传感器；当粮情(粮食温度、含水量、环境温度湿度异常)时，所述单片机通过所述报警单元发出声光警报，便于工作人员及时发现异常且便于异常位置定位。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中的温湿水一体检测传感器的架构示意图；

图2是图1单片机的架构示意图；

图3是本实用新型实施例中函数发生模块的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例中放大滤波模块，同步检波模块，低频滤波模块的电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例中温度检测单元的电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例中单总线通信单元的稳压模块的图；

图7是本实用新型实施例中报警单元的电路结构示意图。

图中标号及含义：

100、单片机，101、电源模块，102、处理模块，103、存储模块，104、模数转换模块，105、逻辑计算模块；

200、湿度检测单元，201、函数发生模块，202、放大滤波模块，203、同步检波模块，204、低频滤波模块，

300、温度检测单元，

400、单总线通信单元，

500、电性连接报警单元，501、扬声器，502、led。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参阅图1所示，本实用新型提供一种温湿水一体检测传感器，包括单片机100，

所述单片机100电性连接湿度检测单元200；所述单片机100电性连接温度检测单元300；所述单片机100电性连接报警单元500；所述单片机100连接单总线通信单元400；所述单总线通信单元400包括单总线，所述单总线连接上拉电阻，所述上拉电阻连接稳压模块，具体实施过程中，参阅图6，所述稳压模块包括稳压二极管d3和并联的滤波电容c7、c8和c9，输入电源通过所述稳压二极管d3连接所述单总线，所述稳压二极管d3与所述输入电源之间连接接地的所述滤波电容c7、c8和c9，所述单总线连接所述单片机100，所述上拉电阻通过mos开关接地，所述mos开关受控连接于所述单片机100。

具体实施过程中，参阅图2所示，所述单片机100设置电源模块101、处理模块102、存储模块103、模数转换模块104和逻辑计算模块105；所述模数转换模块104电性连接所述处理模块102，所述处理模块102连接所述存储模块103，所述逻辑计算模块105连接所述存储模块103，所述电源模块101对所述单片机100供电。所述模数转换模块104通过第一差分放大电路连接所述湿度检测单元200，所述模数转换模块104通过第二差分放大电路连接所述温度检测单元300，所述第一差分放大电路和第二差分放大电路的另外输入端接地；所述模数转换模块104通过比较器连接所述单总线通信单元400中的所述单总线，所述处理模块102连接所述mos开关的栅极；所述逻辑计算模块105连接所述模数转换模块104的寄存器，所述逻辑计算模块105从所述模数转换模块104获取测量的温度与湿度值，所述逻辑计算模块105配置计算水分的第一逻辑电路，向所述第一逻辑电路输入温度与湿度，所述第一逻辑电路输出水分；

水分mc计算的公式为：

其中a、b、c为经验常数，t为温度，r为湿度；

所述逻辑计算模块105配置计算露点温度的第二逻辑电路，向所述第二逻辑电路输入温度与湿度，所述第二逻辑电路输出露点温度；

露点温度tdew计算的公式为：其中，t为温度，r为湿度；

所述逻辑计算模块105配置计算含湿量的第三逻辑电路，向所述第三逻辑电路输入温度与湿度，所述第三逻辑电路输出含湿量；

含湿量d计算的公式为：其中，t为温度，r为湿度。

所述逻辑计算模块105将计算的水分露点温度以及含湿量保存于所述存储模块103。

所述模数转换模块104转换的测量值保存于所述存储模块103。所述存储模块103还存储标志一种温湿水一体检测传感器的mac，方便管理端通过所述mac与传感器部署位置建立映射。上传时，所述处理模块102调取所述存储模块103中最新的数据和所述mac，所述处理模块102控制所述mos开关的截止导通使所述单总线形成高低电平分压，所述上位机接收所述单总线的高低电平获取信息。

结合参阅图3和图4所示，一种可行的实施方式为，所述湿度检测单元200包括函数发生模块201，放大滤波模块202，同步检波模块203和低频滤波模块204，所述函数发生模块201电性连接所述放大滤波模块202，所述放大滤波模块202电性连接同步检波模块203，所述同步检波模块203连接于所述函数发生模块201，所述同步检波模块电性连接低频滤波模块204。

参阅图3所示，具体的，所述函数发生模块201包括滞回比较器，所述滞回比较器的输出连接反相积分器，所述反相积分器的输出通过反馈电路连接所述滞回比较器的输入，所述滞回比较器输出方波，所述方波经所述反相积分器积分后成方波，所述反相积分器的输出电性连接放大滤波模块202。

所述滞回比较器包括ic1，所述ic1为精密斩波稳定运算放大器，一种可行的型号为icl7652，所述ic1的负输入端通过电阻r1接地，所述ic1的输出端与负输入端之间接电阻r2，所述ic1的正输入端连接所述反馈电路，所述ic1的输出端与所述正输入端之间接电容c3，所述ic1、电阻r1、电阻r2和电容c3组成所述回执比较器。所述ic1的输出端通过变阻器w2和电阻r3连接ic2的负输入端，所述ic2的输出端与负输入端支架连接电容c1，所述ic2的正输入端通过变阻器w3接地；所述ic2、电阻r3以及所述电容c1构成所述反相积分器。

所述ic2的输出端通过电阻r6、电阻r5和电阻r4连接ic1的正输入端，电阻r6、电阻r5之间连接ic3的负输入端，所述ic3的输出端连接于所述电阻r4与电阻r5之间，所述ic3的正输入端接地。所述电阻r6、电阻r5和ic3构成所述反馈电路。

参阅图4所示，所述放大滤波模块202包括微分放大器，所述反相积分器的输出连接所述微分放大器的输入，所述微分放大器的输出电性连接第一反向器；所述微分放大器输入端连接的检测粮食水分的电容。所述微分放大器包括电容c2，所述电容c2检测粮食水分的电容，具体结构为两个插入粮堆的电极，所述电容c2的一端连接所述函数发生模块，所述电容c2的另一端连接ic3的负输入端，所述ic3的正输入端接地，所述ic3的输出端与负输入端之间连接电阻r8；所述ic3的输出端连接电阻r9，所述电阻r9连接于ic4的负输入端，所述ic4的正输入端接地，所述ic4的输出端与负输入端之间连接电阻r10。

参阅图4所示，所述微分放大器的输出连接场效应管q1的漏极，所述场效应管q1的栅极连接所述滞回比较器，所述场效应管q1的源极连接变阻器w4的一端；所述第一反向器的输出连接场效应管q2的漏极，所述场效应管q2的栅极经第二反向器连接所述滞回比较器，所述场效应管q2的源极连接所述变阻器w4的另一端，所述变阻器w4连接低频滤波模块，所述低频滤波模块经第一差分放大电路连接到所述模数转换模块104。具体实施过程中，所述滞回比较器输出正方波时，正方波的高电压使得所述场效应管q1导通，而所述场效应管q2连接的第二反向器使得所述场效应管q2截止，这样，所述微分放大器直接输出信号；所述滞回比较器输出负方波时，所述场效应管q1的栅极电压达不到导通要求而截止，而所述场效应管q2连接的第二反向器使得所述场效应管q2导通，这样，微分放大器输出信号经第二反向器输出。两组信号经过所述变阻器w4调节消除所述第二反向器的增益，从而形成直流信号。所述低频滤波模块包括电容c6，通过所述电容c6直流信号中的低频交流部分导入接地。

具体实施过程中，所述温度检测单元300包括热敏电阻，所述热敏电阻电性连接恒流模块，所述热敏电阻的两端连接第二差分放大电路，所述第二差分放大电路电性连接所述单片机。参阅图5所示，三极管的基极连接第三差分放大电路，所述三极管的集电极连接电源，所述三极管的发射机连接所述热敏电阻，所述热敏电阻通过参考电阻接地，所述第三差分放大电路的负输入端连接于所述参考电阻与所述热敏电阻之间，所述第三差分放大电路的正输入端接地。

具体实施过程中，参阅图7所示，所述报警单元500包括扬声器501以及led502，所述扬声器501和所述led502连接于所述处理模块102，所述处理模块102向所述扬声器501和所述led502发送控制电信号。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本实用新型可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。