新研海洋气象要素温湿度传感器的实现

2015-05-05汤传贵王东明

机械管理开发 2015年9期

汤传贵，王东明

（1.海军驻青岛造船厂军事代表室，山东青岛 266001；2.山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛 266001）

引言

目前，国内外已有的温湿度传感器在性能上虽然可以基本满足要求，但是存在如下缺陷：机械部件易损坏、读数准确度低、接口电路复杂、环境适应性差［1］、维护保养过程繁琐；除此之外，国内外已有的温湿度传感器的输出信号单一，无法满足用户对不同接口的需求。为解决现有温湿度传感器存在的问题及缺陷，本文提出一种海洋气象要素温湿度传感器（以下简称传感器），并其实现过程及方法进行了描述。

1 技术方案

首先，该传感器盒体采用注塑模具制造一次成型。盒体的上端装有敏感器件，敏感器件的外壳是由特殊PVC材料制成的防盐雾保护罩，保护罩表面覆盖特氟隆保护膜，此保护罩可有效阻止粉尘、盐雾及其他腐蚀性物质进入保护罩内，起到抗盐雾、抗腐蚀等作用，能有效保护敏感器件，并且该保护罩不含机械部件、抗高温、免维护。

其次，硬件电路均经过温度补偿处理［2］，包括敏感器件、信号放大电路、电压转换电流电路、串行通信电路、输出信号选择电路，从而保证该传感器在高温、低温等复杂的海洋环境中输出信号及测量数据的准确性。

图1信号放大电路包括TLC2652运算放大器及相关的配置电容和电阻。敏感器件的输出信号进入运算放大器的第三管脚同相输入端；通过反馈电阻R14、R18以及微调电位器WR1连接运算放大器的输出端；为了保证放大倍数的准确性，在电路中加入了微调电位器 WR1；敏感器件的输出信号经过运算放大电路实现放大，再分别进入温度和相对湿度回路的电压转换电流电路，保证了其温度漂移性、线性度、高温环境的可靠性。

图1 信号放大电路原理图

通过图2所示电压转换电流电路的搭建，实现了敏感器件的输出信号转换成4～20 mA电流信号的功能，解决了用户对传感器输出电流信号的需求。

图2 电压转换电流电路原理图

图3 ，RS485串行通信电路包括 MAX485转换芯片，将敏感器件的输出电平转换为RS485电平。敏感器件信号分别进入转换芯片的第一管脚和第二管脚，并通过电阻R5和电阻R7进行电平上拉；转换后的信号分别由转换芯片的第六管脚和第七管脚输出；在转换芯片的输出端加入保险电阻F1、F2和稳压二极管D5，可以在户外工作中防止雷击，提高可靠性。

图3 RS485串行通信电路原理图

通过图4所示串行通信电路的搭建，将敏感器件的输出电平转换为RS232电平，实现了敏感器件的输出信号转换成数字信号的功能，解决了用户对传感器输出数字信号的需求。

图4 RS232串行通信电路原理图

图5 输出信号选择电路原理图

图5 所示，电压转换电流电路的输出信号分别进入跳线选择开关J5-T H的第三管脚和J6-RH的第三管脚；RS485串行通信电路的输出信号分别进入跳线选择开关J5-T H的第二管脚和J6-RH的第二管脚；RS485串行通信电路的输出信号分别进入跳线选择开关J5-T H的第一管脚和J6-RH的第一管脚；通过输出信号选择电路的跳线选择开关可以按需选择输出信号形式，包括4～20 mA电流信号、RS485信号和MAX232信号。通过输出信号选择电路的搭建，实现了传感器输出信号的快速灵活切换，解决了用户对传感器不同输出信号选择的需求。