專利名稱：：一種溫濕度測量裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種溫濕度測量裝置，尤其是一種采用電子式傳感器的溫濕度測量裝置。
背景技術：
：現實生活中，溫濕度測量在倉儲管理、生產制造、氣象觀測、科學研究及日常生活中有著廣泛應用。溫度的測量比較簡單，但濕度的測量卻比較麻煩。常見的濕度測量方法有動態法(雙壓法、雙溫法、分流法)，靜態法(飽和鹽法、硫酸法)，露點法，干濕球法和電子式傳感器法。在18世紀人類就發明了干濕球濕度計，干濕球濕度計的準確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風狀態只有紗布水套、水質、風速都滿足一定要求時，才能達到規定的精度。但是由于干濕球濕度計的測量精度只有5%—7%,所以目前采用較多的是電子式傳感器法測量濕度。電子式濕度傳感器的測量精度可以達到2%—3%。但是在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產生老化、精度下降，導致穩定性不足，所以常規濕度測量裝置均需要使用飽和鹽或者不同濃度的硫酸進行標定，而校準和標定過程復雜，精度難以得到保證，且在線性度、重復性、互換性、一致性等方面往往不盡人意；另外鉑金濕度儀雖然不需要標定，但價格又太貴，不易推廣。
發明內容本發明的目的在于提供一種精度較高、不需要進行濕度標定，且為數字化輸出的溫濕度測量裝置；本發明的另一個目的在于提供一種不易老化且穩定性較好的溫濕度測量裝置。本發明的目的通過以下技術解決方案來實現一種溫濕度測量裝置，其特征在于包括有溫濕度測量部分、數據采集和處理部分、溫濕度顯示部分，以及一個殼體，所述的溫濕度測量部分設置于殼體外部，并與設置在殼體內部的數據采集和處理部分相連接，所述的溫濕度顯示部分設置于殼體上、用于顯示數據采集和處理部分傳輸過來的信號所述的溫濕度測量部分為可產生數字式輸出的電子式傳感器，通過i2c總線接口與數據采集和處理部分進行數據的通信。所述的數據采集和處理部分為采用浮點算法程序的單片機，與溫濕度測量部分通信時采用軟件模擬方式。所述的溫濕度顯示部分為LED數碼管。所述的數據采集和處理部分和溫濕度顯示部分之間還連接有數據轉換模塊，該數據轉換模塊可以將串行信號轉換為并行信號，并送入到溫濕度顯示部分中。所述的溫濕度測量裝置的系統軟件包括傳感器指令程序、浮點算法程序、定點數與浮點數轉化程序、BCD碼轉換程序、模擬串行通信程序、模擬并行通信程序。本發明的有益效果是由于本發明采用電子式傳感器，可同時測量溫度和濕度，測量濕度時不需要維護和標定，數據存在于其芯片當中，芯片可實現A/D轉換，可用匯編語言編程和運算，響應速度快，測量精度高，可適用于高溫低濕測量環境。圖1為本發明的硬件結構示意圖。圖2為本發明的溫濕度傳感器的引腳示意圖。圖3為本發明的軟件的程序框圖。圖4為本發明的溫濕度傳感器輸出的濕度數值與相對濕度的特性曲線。圖5為本發明和常用的千濕球濕度計測量相同環境下的溫濕度的結果。具體實施方式如圖1所示，一種新型的溫濕度測量裝置，包括有溫濕度測量部分l、數據采集和處理部分2、溫濕度顯示部分4，以及一個殼體8。所述的溫濕度測量部分1設置于殼體8外部，并與設置在殼體8內部的數據采集和處理部分2通過I2C總線接口7相連接，所述的溫濕度顯示部分4設置于殼體上、用于顯示數據采集和處理部分2傳輸過來的信號。所述的數據采集和處理部分2和溫濕度顯示部分4之間還連接有數據轉換模塊3，該數據轉換模塊3可以將串行信號轉換為并行信號，并送入到溫濕度顯示部分4中。本實施例中，數據轉換模塊3采用M74HC595模塊。當然，本實施例也需要外接交流電源5，以及在殼體8上設置一個控制接通或斷開電源5的開關6。在本優選實施例中，溫濕度測量部分采用瑞士Semsirion公司推出的基于CMOSens技術的新型溫濕度傳感器SHT15。該傳感器將CMOS芯片與傳感器技術結合起來，發揮出強大的優勢互補作用。新型溫濕度傳感器SHT15屬單片、多用途的智能溫濕度傳感器，它將溫度和濕度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、數字校準全部集成到一個高集成度、體積極小的芯片當中，實現了溫濕度傳感器的數字式輸出，便于實現系統集成，適配各種單片機，構成溫濕度檢測系統，極大地方便了溫濕度傳感器在嵌入式測控領域的應用。而且由于數據存在于其芯片當中，芯片又可實現A/D轉換，可用匯編語言編程和運算，響應速度較普通傳感器快，測量精度高，可以達到±1.5%左右。SHT15的封裝形式為小體積4腳單線封裝，引腳說明如圖2所示。SHT15的供電電壓為2.45.5V。串行時鐘引腳(SCK)用于微處理器與SHT15之間的通訊同步。串行數據引腳(DATA)用于數據的讀取。此外，數據線和時鐘線不要相互平行且靠得太近。數據采集和處理部分的核心控件由Microchip公司生產的PIC16F628A承擔。它具有多功能、體積小、成本低、高性能、全靜態的特點。溫濕度顯示部分4采用低功耗的LED數碼管顯示。由于PIC16F628A不支持串行通信協議和并行通信協議，所以與SHT15采用軟件模擬方式進行并行通信。同時，溫濕度數據輸出時同樣采用軟件模擬SPI通信方式，經由M74HC595將串行信號轉換為并行輸出，點亮發光數碼管。本實施例中的系統軟件主要包括傳感器指令程序、浮點算法程序、定點數與浮點數轉化程序、BCD碼轉換程序、模擬串行通信程序、模擬并行通信程序等。程序框圖如圖3所示。智能溫濕度傳感器SHT15可根據要求設置不同的精度，其默認的分辨率分別為14bit(溫度)、12bit(濕度)，也可以將分辨率分別降至12bit和8bit，本裝置采用傳感器的默認分辨率。SHT15可通過I2C總線直接輸出測量到的與濕度有關的數字量，但是其輸出的濕度數值與相對濕度呈非線性關系。圖4所示為當溫度為25i:時，進行12位A/D轉換時的特性曲線。因為從濕度傳感器中讀出的數據并不是相對溫度值，所以要根據傳感器使用說明對數據進行一系列的轉換。(1)濕度變換為了補償SHT15濕度傳感器的非線性以獲得相對濕度，可按以下公式修正濕度值，參數如表1所示。肌=c,+c2*51+c3*對表1濕度轉換系數<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中6^2^3:常數；i/Z為相對濕度；SC^為傳感器測量值。(2)相對濕度對于溫度依賴性的補償由于相對濕度計算公式的環境參考溫度為25°C，而實際測量時環境溫度值在一定范圍內變化，所以應考慮溫度變化對相對濕度的影響，可以通過以下公式進行修正。參數如表2所示。表2濕度補償系數<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>做咖=(7-25)*"+/2，朋)+做「式中r:實際溫度；/,^:常數；ii/^為修正后的相對濕度值。(3)溫度由能隙材料PATA(正比于絕對溫度)研發的溫度傳感器測量值與實際溫度具有極好的線性。由于采用的電壓不同時，SHT15的溫度轉換參數也不相同，本裝置采用3V直流供電。用公式將測量值轉換為實際溫度值(T)，參數如表3、表4所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中《,《常數；S07.:傳感器測量的溫度值。表3溫度轉換系數<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表4溫度轉換系數<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述公式對單片機PIC16F628A而言計算量很大。如果采用定點數執行上述計算過程則占用的存儲地址過多，所以系統程序采用浮點數進行數值的計算，從而可以簡化單片機程序。首先，將單片機采集的數字信號和常數轉化為浮點數寄存在指定存儲地址。利用浮點數算法進行數據的處理，將所得浮點數轉化為定點數，進而將定點數轉化成為BCD碼，利用査表程序進行查表后，再由M74HC595模塊轉為并行數據送入數碼管顯示。圖5所示為利用本裝置和常用的干濕球濕度計測量相同環境下的溫濕度的結果。其中Tl:本裝置測得的溫度；T2:干濕球濕度計測得的溫度；Hl:本裝置測得的濕度；H2:干濕球濕度計測得的濕度。顯然，二者在溫度測量方面趨近于一致，但在濕度方面有所偏差。從圖5中可以看出，當濕度變化較大時，由于本裝置的靈敏度較高，能及時的反應環境濕度，而干濕球濕度計則相對滯后。除上述優選實施方案之外，本發明尚有多種具體的實施方式。凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。權利要求1.一種溫濕度測量裝置，其特征在于包括有溫濕度測量部分(1)、數據采集和處理部分(2)、溫濕度顯示部分(4)，以及一個殼體(8)，所述的溫濕度測量部分(1)設置于殼體(8)外部，并與設置在殼體(8)內部的數據采集和處理部分(2)相連接，所述的溫濕度顯示部分(4)設置于殼體(8)上、用于顯示數據采集和處理部分(2)傳輸過來的信號。2.根據權利要求1所述的一種溫濕度測量裝置，其特征在于所述的溫濕度測量部分(l)為可產生數字式輸出的電子式傳感器，通過I2C總線接口(7)與數據采集和處理部分(2)進行數據的通信。3.根據權利要求2所述的一種溫濕度測量裝置，其特征在于所述的數據采集和處理部分(2)為采用浮點算法程序的單片機，與溫濕度測量部分(l)通信時采用軟件模擬方式。4.根據權利要求3所述的一種溫濕度測量裝置，其特征在于所述的溫濕度顯示部分(4)為LED數碼管。5.根據權利要求4所述的一種溫濕度測量裝置，其特征在于所述的數據采集和處理部分(2)和溫濕度顯示部分(4)之間還連接有數據轉換模塊(3)，該數據轉換模塊(3)可以將串行信號轉換為并行信號，并送入到溫濕度顯示部分(4)中。6.根據權利要求5所述的一種溫濕度測量裝置，其特征在于所述的溫濕度測量裝置的系統軟件包括傳感器指令程序、浮點算法程序、定點數與浮點數轉化程序、BCD碼轉換程序、模擬串行通信程序、模擬并行通信程序。全文摘要本發明提供了一種溫濕度測量裝置，包括有溫濕度測量部分、數據采集和處理部分、溫濕度顯示部分。本裝置是使用SHT15智能傳感器完成的，實現了溫濕度傳感器的數字式輸出，由于不需要進行濕度標定，所以極大地方便了溫濕度的測試。裝置在工廠實踐中應用效果良好，克服了普通溫濕度傳感器易老化、穩定性不足以至無法使用等問題。并且由于數據存在于其芯片當中，芯片可實現A/D轉換，可用匯編語言編程和運算，響應速度快，測量精度高，可適用于高溫低濕測量環境。該測量裝置還可應用于糧食、棉花、服裝廠、絲織廠、化纖生產等需要測量控制溫濕度的各種場合。文檔編號G01K7/00GK101158604SQ20071013526公開日2008年4月9日申請日期2007年11月12日優先權日2007年11月12日發明者王榴興,陳慶官,陶永春申請人:蘇州市吳中區香雪海光電儀器有限公司