專利名稱：多參數(shù)智能傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，尤其涉及一種能進(jìn)行多參數(shù)信號(hào)測(cè)量的多參數(shù)智能傳感器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，傳感器作為基礎(chǔ)的檢測(cè)元件發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)有技術(shù)傳感器在實(shí)際使用過程中存在的缺陷是1.由于現(xiàn)有技術(shù)傳感器通常是以模擬量輸出，因此在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中帶來了諸多例如模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題。
2.由于現(xiàn)有技術(shù)傳感器能測(cè)量的品種少，并且一個(gè)傳感器只能測(cè)一個(gè)參數(shù)，其能測(cè)量的信號(hào)種類和功能覆蓋面都限窄，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了日益增長(zhǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展需要，對(duì)更多的物理和化學(xué)信號(hào)的測(cè)量以及多參數(shù)信號(hào)的測(cè)量顯得無能為力。
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，提出了以現(xiàn)場(chǎng)總線輸出的智能傳感器，其可降低成本，提高靈活性，是當(dāng)今傳感器領(lǐng)域的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多參數(shù)智能傳感器，它避免了現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多的模數(shù)轉(zhuǎn)換的問題，從而能實(shí)現(xiàn)多參數(shù)信號(hào)的測(cè)量，以滿足日益增長(zhǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展需要。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種多參數(shù)智能傳感器，由傳感器和傳感器控制電路部分組成；其特點(diǎn)是所述的傳感器是一由溫度傳感器和壓力傳感器連成一體組成的溫度壓力傳感器；所述的傳感器控制電路包括，與溫度壓力傳感器電連接的信號(hào)變送單元、順序連接在信號(hào)變送單元后的微控制器單元和CAN總線通訊單元。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器通過焊接連接在壓力傳感器的頭部中心；所述的壓力傳感器在其頭部垂直貫穿設(shè)置四個(gè)流體進(jìn)出口，該四個(gè)流體進(jìn)出口在壓力傳感器頭部以圓心為基點(diǎn)以r為半徑間隔設(shè)置多個(gè)流體進(jìn)出口。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器還包括隔熱墊，該隔熱墊連接在壓力傳感器的后部。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的隔熱墊采用聚碳酸酯制作而成。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的傳感器控制電路中的信號(hào)變送單元包括，一變送器集成電路芯片、設(shè)置在該變送器集成電路芯片的正負(fù)輸入端的一電橋電路、連接在電橋電路下端的由電阻和電容組成的濾波電路、設(shè)置在變送器集成電路芯片輸出端的由二極管電容組成的防擊穿保護(hù)電路。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的傳感器控制電路中的微控制器單元由一單片機(jī)集成電路芯片和設(shè)置在單片機(jī)集成電路芯片的RSEST復(fù)位端的單片機(jī)復(fù)位電路組成。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的傳感器控制電路中的CAN總線通訊單元由一CAN控制器和設(shè)置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口電路集成電路芯片組成。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器的感應(yīng)頭與三個(gè)電阻連接構(gòu)成信號(hào)變送單元中的電橋電路。
在上述的多參數(shù)智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的壓力傳感器本身構(gòu)成信號(hào)變送單元中的電橋電路。
本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本發(fā)明由于將溫度傳感器和壓力傳感器集成為一個(gè)總的溫度壓力傳感器，由此可以同時(shí)對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和壓力測(cè)量，保證被測(cè)點(diǎn)位置上的同一性和參數(shù)在時(shí)間上的實(shí)時(shí)性，適應(yīng)了自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的檢測(cè)要求；2.本發(fā)明由于在本溫度壓力傳感器中還設(shè)置一由聚碳酸酯制作的隔熱墊，由此使溫度壓力傳感器不僅隔熱效果好并且其強(qiáng)度可代替A#鋼；
3.本發(fā)明由于溫度傳感器的感應(yīng)頭本身是一電阻，因此溫度傳感器的感應(yīng)頭與三個(gè)電阻連接構(gòu)成了信號(hào)變送單元中的電橋電路，使電橋輸出的毫伏信號(hào)與溫度高低對(duì)應(yīng)；同時(shí)，由于壓力傳感器采用擴(kuò)散硅制作，壓力傳感器本身構(gòu)成信號(hào)變送單元中的電橋電路，因此它通過壓力的變化輸出毫伏信號(hào)與壓力大小對(duì)應(yīng)；4.本發(fā)明由于微控制器單元中的單片機(jī)集成電路芯片具有8路A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，因此本發(fā)明具有較大的工作提升空間；5.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅可簡(jiǎn)化傳感器制造工藝，并且提高了測(cè)量速度和測(cè)量準(zhǔn)確性。


通過以下對(duì)本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器的一實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器的框圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中的溫度壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示的溫度壓力傳感器的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中采用橋式電路的信號(hào)變送單元的電原理圖；圖5是本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參見圖1所示，圖1是本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器的框圖結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器，由傳感器和傳感器控制電路部分組成。其中，傳感器是一由溫度傳感器1和壓力傳感器1連成一體而組成的溫度壓力傳感器；傳感器控制電路包括，與溫度壓力傳感器電連接的信號(hào)變送單元、順序連接在信號(hào)變送單元后的微控制器單元和CAN總線通訊單元。
在本實(shí)施例中，溫度壓力傳感器中的溫度傳感器和壓力傳感器分別輸出的是電阻信號(hào)，經(jīng)具有電橋電路和變送電路的信號(hào)變送單元將溫度壓力傳感器送出的電壓信號(hào)處理成電流信號(hào)輸出，再經(jīng)取樣產(chǎn)生電壓信號(hào)輸入到微控制器單元，微控制器單元將上述信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后以總線信號(hào)輸出到CAN總線通訊單元。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖2和圖3所示，圖2和圖3是本發(fā)明中的溫度壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。在本發(fā)明中，傳感器包括由溫度傳感器1和壓力傳感器2連接而成；其中，溫度傳感器1呈一棒，它通過焊接連接在壓力傳感器2的頭部中心；壓力傳感器2在其頭部以圓心為基點(diǎn)以r為半徑間隔設(shè)置多個(gè)流體進(jìn)出口21，在本實(shí)施例中，設(shè)置了四個(gè)流體進(jìn)出口21，它們垂直貫穿設(shè)置在壓力傳感器2的頭部。
本實(shí)施例中，所采用的溫度傳感器和壓力傳感器的參數(shù)如下溫度傳感器感應(yīng)頭型號(hào)為Pt100，量程0-100℃，精度1％。
壓力傳感器量程1Mpa，精度0.5％，工作溫度-10-100℃。
在本實(shí)施例中，溫度壓力傳感器還包括隔熱墊3，該隔熱墊3由聚碳酸酯制作而成，它連接設(shè)置在壓力傳感器2的后部，該隔熱墊3不僅隔熱效果好，并且其強(qiáng)度可代替A#鋼。
請(qǐng)結(jié)合圖1和圖2參見圖4所示，圖4是本發(fā)明中采用橋式電路的信號(hào)變送單元的電原理圖。本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器中信號(hào)變送單元包括變送器集成電路芯片、電橋電路、濾波電路、保護(hù)電路。其中，變送器集成電路芯片采用的是BB(BURR-BROWN)公司生產(chǎn)的型號(hào)為XTR101的變送器集成電路芯片，該XTR101變送器集成電路具有低補(bǔ)償電壓、低電壓漂移、低非線性等優(yōu)點(diǎn)，XTR101變送器集成電路在本單元中承擔(dān)主要的信號(hào)變送工作，將檢測(cè)到的以電壓形式表示的溫度、壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20mA電流信號(hào)；電橋電路設(shè)置在XTR101變送器集成電路芯片的正負(fù)輸入端，用以對(duì)檢測(cè)到的溫度、壓力信號(hào)進(jìn)行整理，提供XTR101變送器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作；連接在電橋電路下端的濾波電路由并聯(lián)的電阻和電容組成，用以提高電路的抗干擾性能；設(shè)置在XTR101變送器集成電路輸出端的是由二極管和電容串聯(lián)組成的保護(hù)電路，防止干擾電流對(duì)XTR101變送器集成電路的擊穿而設(shè)置的保護(hù)電路。在圖4所示的電路中，在電源的兩端還設(shè)置一型號(hào)為L(zhǎng)M129D穩(wěn)壓管，用于對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)壓。
在本實(shí)施例中，信號(hào)變送單元設(shè)置有兩套，分別接收溫度傳感器和壓力傳感器的信號(hào)。然而，溫度壓力傳感器中的溫度傳感器其Pt100感應(yīng)頭本身是一電阻，因此溫度傳感器的感應(yīng)頭與三個(gè)電阻連接構(gòu)成了信號(hào)變送單元中的電橋電路，此時(shí)電橋輸出的毫伏信號(hào)與溫度高低對(duì)應(yīng)；同時(shí)，溫度壓力傳感器中的壓力傳感器采用擴(kuò)散硅制作，壓力傳感器本身構(gòu)成信號(hào)變送單元中的電橋電路，它通過壓力的變化輸出毫伏信號(hào)，其輸出信號(hào)與壓力大小對(duì)應(yīng)。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖5所示，圖5是本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器的電路原理圖。本發(fā)明傳感器控制電路中的微控制器單元由一單片機(jī)集成電路芯片和設(shè)置在單片機(jī)集成電路芯片的RSEST復(fù)位端的單片機(jī)復(fù)位電路組成。其中，單片機(jī)電路采用的是型號(hào)為ADUC812BS單片機(jī)集成電路芯片，單片機(jī)復(fù)位電路采用的是型號(hào)為74HC123復(fù)位集成電路芯片。
型號(hào)為ADUC812BS單片機(jī)集成電路芯片能對(duì)8052兼容，具有8路A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換功能；它可將變送單元輸出的4～20mA電流信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)化為0.5～2.5V的電壓信號(hào)后再進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換；該單片機(jī)芯片上帶有8K片內(nèi)程序閃存和640字節(jié)數(shù)據(jù)閃存，因此不需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，減少了元器件數(shù)量；并且該單片機(jī)芯片可以通過串口在線調(diào)試和重復(fù)下載程序，使之開發(fā)周期短，開發(fā)成本低。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果在微控制器內(nèi)進(jìn)行處理，根據(jù)溫度、壓力之間的相互影響進(jìn)行擬和，通過軟件的方法來消除傳感器自身由于工作環(huán)境改變而引起的變化，因此數(shù)據(jù)客觀準(zhǔn)確。
請(qǐng)參見圖5所示，發(fā)明傳感器控制電路中的CAN總線通訊單元由CAN控制器和設(shè)置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口電路集成電路芯片組成。其中，CAN控制器采用的是型號(hào)為SJA1000 CAN控制器集成電路芯片，接口電路采用的是型號(hào)為A82C250 CAN控制器接口電路芯片。CAN總線通訊單元直接實(shí)現(xiàn)了CAN數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的通訊協(xié)議，從而大大降低了系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期。
請(qǐng)繼續(xù)參見圖5所示，在圖5多參數(shù)智能傳感器電原理圖中，J6為溫度傳感器輸入，J7為壓力傳感器輸入；J6和J7分別連接在變送器集成電路U5和U6的輸入端，U5和U6與附屬電路構(gòu)成對(duì)溫度和壓力的兩個(gè)信號(hào)變送單元，并且分別在J8、J9處輸出4～20mA的電流信號(hào)；4～20mA信號(hào)經(jīng)精密電阻轉(zhuǎn)換為0.5V～2.5V的電壓信號(hào)；集成電路U1和U3構(gòu)成了微控制器單元，對(duì)所采集的溫度和壓力的電壓信號(hào)進(jìn)行處理；集成電路U2、U4構(gòu)成CAN總線通訊單元；集成電路A2是一電源電路，它將集成電路U4即CAN總線接口電路送出的24V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為5V的電壓信號(hào)輸出至J4。
本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器的工作原理和流程是，溫度傳感器和壓力傳感器分別輸出電阻信號(hào)，經(jīng)相應(yīng)電橋分別產(chǎn)生毫伏信號(hào)輸送到信號(hào)變送單元，信號(hào)變送單元將接收到的毫伏信號(hào)處理成4-20mA的電流信號(hào)輸出，經(jīng)電阻取樣產(chǎn)生O.5-2.5V的電壓信號(hào)輸入到微控制器單元，微控制器單元將信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后以總線信號(hào)輸出到CAN總線通訊單元。
在本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器控制電路中，微控制器具有8路A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，在本實(shí)施例的圖中僅表示了應(yīng)用了兩路的實(shí)施例的情況，因此本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器具有可根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出系列的傳感器，實(shí)現(xiàn)由單個(gè)CPU對(duì)應(yīng)多參數(shù)的傳送，由此可見本發(fā)明具有較大的工作提升空間。
綜上所述，本發(fā)明多參數(shù)智能傳感器由于將溫度傳感器和壓力傳感器集成為一個(gè)總的溫度壓力傳感器，由此可同時(shí)對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和壓力測(cè)量，既保證被測(cè)點(diǎn)位置上的同一性和參數(shù)在時(shí)間上的實(shí)時(shí)性，又適應(yīng)了自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的檢測(cè)要求；同時(shí)由于在本溫度壓力傳感器中設(shè)置由聚碳酸酯制作的隔熱墊，使之隔熱效果好并強(qiáng)度可代替A#鋼；另外由于溫度傳感器的感應(yīng)頭本身是一電阻，感應(yīng)頭與三個(gè)電阻連接構(gòu)成了信號(hào)變送單元中的電橋電路，與此同時(shí)采用擴(kuò)散硅制作的壓力傳感器本身構(gòu)成了電橋電路，因此使電橋輸出的毫伏信號(hào)與溫度高低和壓力大小相對(duì)應(yīng)；并且微控制器具有8路A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，因此本發(fā)明具有較大的工作提升空間；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)化，提高了測(cè)量速度和測(cè)量準(zhǔn)確性，因此極為實(shí)用。
權(quán)利要求
1.一種多參數(shù)智能傳感器，由傳感器和傳感器控制電路部分組成；其特征在于所述的傳感器是一由溫度傳感器(1)和壓力傳感器(2)連成一體組成的溫度壓力傳感器；所述的傳感器控制電路包括，與溫度壓力傳感器電連接的信號(hào)變送單元、順序連接在信號(hào)變送單元后的微控制器單元和CAN總線通訊單元。
2.如權(quán)利要求1所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器(1)通過焊接連接在壓力傳感器(2)的頭部中心；所述的壓力傳感器(2)在其頭部垂直貫穿設(shè)置四個(gè)流體進(jìn)出口(2)，該四個(gè)流體進(jìn)出口(2)在壓力傳感器(2)頭部以圓心為基點(diǎn)以r為半徑間隔設(shè)置多個(gè)流體進(jìn)出口(21)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的溫度壓力傳感器還包括隔熱墊(3)，該隔熱墊(3)連接在壓力傳感器(2)的后部。
4.如權(quán)利要求3所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的溫度壓力傳感器中的隔熱墊(3)采用聚碳酸酯制作而成。
5.如權(quán)利要求1所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的傳感器控制電路中的信號(hào)變送單元包括，一變送器集成電路芯片、設(shè)置在該變送器集成電路芯片的正負(fù)輸入端的一電橋電路、連接在電橋電路下端的由電阻和電容組成的濾波電路、設(shè)置在變送器集成電路芯片輸出端的由二極管電容組成的防擊穿保護(hù)電路。
6.如權(quán)利要求1所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的傳感器控制電路中的微控制器單元由一單片機(jī)集成電路芯片和設(shè)置在單片機(jī)集成電路芯片的RSEST復(fù)位端的單片機(jī)復(fù)位電路組成。
7.如權(quán)利要求1所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的傳感器控制電路中的CAN總線通訊單元由一CAN控制器和設(shè)置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口電路集成電路芯片組成。
8.如權(quán)利要求1或5所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器的感應(yīng)頭與三個(gè)電阻連接構(gòu)成信號(hào)變送單元中的電橋電路。
9.如權(quán)利要求1或5所述的多參數(shù)智能傳感器，其特征在于所述的溫度壓力傳感器中的壓力傳感器本身構(gòu)成信號(hào)變送單元中的電橋電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多參數(shù)智能傳感器，由傳感器及其控制電路部分組成；其特點(diǎn)是，傳感器是由溫度傳感器、壓力傳感器、隔熱墊連接組成溫度壓力傳感器；傳感器控制電路包括由變送器、電橋、濾波電路組成的信號(hào)變送單元，由單片機(jī)及其復(fù)位電路組成微控制器單元，由CAN控制器和接口電路組成的CAN總線通訊單元。本發(fā)明由于將溫度、壓力傳感器集成一溫度壓力傳感器，使之能對(duì)一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和壓力測(cè)量；同時(shí)由于溫度傳感器感應(yīng)頭與三個(gè)電阻連接構(gòu)成電橋，而壓力傳感器本身構(gòu)成電橋，使電橋輸出信號(hào)與溫度壓力相對(duì)應(yīng)，提高了測(cè)量的速度和準(zhǔn)確性；并且微控制器具有8路A/D轉(zhuǎn)換功能，因此本發(fā)明具有提升空間滿足自動(dòng)化監(jiān)控檢測(cè)需要，其結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)化，極為實(shí)用。
文檔編號(hào)G01D21/02GK1719201SQ20051002776
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者韓華, 顧海宏, 劉赟, 呂健, 黃鶴, 張平, 史文祥, 陳亞杰, 劉予學(xué), 段征 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所