一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，包括采用X86架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置連接有電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭、濕度傳感器、數(shù)據(jù)存儲裝置及數(shù)據(jù)通訊裝置；電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭和濕度傳感器集成為一個整體傳感設備；濕度傳感器包括襯底和設置于襯底上方的叉指正電極、叉指負電極；叉指正電極和叉指負電極的表面覆蓋有感濕介質(zhì)，叉指負電極與襯底之間設有空腔，感濕介質(zhì)與叉指正電極、叉指負電極之間設有構(gòu)成檢測電容的空氣層。本實用新型結(jié)合了溫度傳感器和濕度傳感器，能夠辨識自身的故障，快速、準確地探測溫室大棚的空氣溫濕度。
【專利說明】
一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于農(nóng)業(yè)科學技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空氣溫濕度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度測量在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及人們的日常生活中上有著廣泛的應用，也是研究氣象狀況不可缺少的一個因素。濕度傳感器作為濕度測量系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)發(fā)展了很多年。目前，主要的電容式濕度傳感器有兩種，一種是叉指電容式濕度傳感器，常用的叉指電容式濕度傳感器通過表面加工工藝形成，其敏感電容較小，且寄生電容大，不利于測量，另一種是三明治結(jié)構(gòu)的濕度傳感器，這種傳感器將感濕材料置于敏感電容極板之間作為感濕介質(zhì)，雖然靈敏度高，寄生電容小，但是響應速度慢。
[0003]而常規(guī)溫度傳感器無法辨識自身的故障，比如傳感器本身的老化導致的信號漂移，安裝位置不當導致的采溫偏差，而依賴人工進行排查極難，需要逐個與校準過的傳感器進行比對。因此溫度傳感器的更新周期往往都很短，這帶來了大量的維護投入，給運營管理者帶來諸多不便。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，結(jié)合了溫度傳感器和濕度傳感器，能夠快速、準確地探測溫室大棚的空氣溫、濕度。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，包括采用X86架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置連接有電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭、濕度傳感器、數(shù)據(jù)存儲裝置及數(shù)據(jù)通訊裝置；電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭和濕度傳感器集成為一個整體傳感設備;數(shù)據(jù)通訊裝置通信連接有無線智能網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)處理裝置通過無線智能網(wǎng)關(guān)通信連接有終端的電腦和移動設備;濕度傳感器包括襯底和設置于襯底上方的叉指正電極、叉指負電極;叉指正電極和叉指負電極的表面覆蓋有感濕介質(zhì)，叉指負電極與襯底之間設有空腔，感濕介質(zhì)與叉指正電極、叉指負電極之間設有構(gòu)成檢測電容的空氣間隙。
[0007]進一步的，所述的熱偶式溫度采樣探頭、電阻式溫度采樣探頭和芯片式溫度采樣探頭兩兩之間的間距為lm。
[0008]進一步的，所述的溫度套筒內(nèi)充滿潤滑油。
[0009]進一步的，所述的熱偶式溫度采樣探頭及芯片式溫度采樣探頭上貼覆有聚氨酯保溫層。
[0010]進一步的，所述的聚氨酯保溫層厚30mm、長100mm、寬100mm。
[0011]進一步的，感濕介質(zhì)為多孔娃。
[0012]進一步的，所述叉指正電極、叉指負電極為低阻硅。
[0013]進一步的，濕度傳感器與電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭的距離均相等，避免了由于安裝位置不合適導致的測溫偏差。
[0014]綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0015]本實用新型結(jié)合了溫度傳感器和濕度傳感器，并將電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭和濕度傳感器集成為一個整體傳感設備，結(jié)構(gòu)簡單，能夠快速、準確地探測溫室大棚的空氣溫濕度;本實用新型還采用了無線智能網(wǎng)關(guān)，可通過無線智能網(wǎng)關(guān)與其他可聯(lián)網(wǎng)的設備進行通信，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智能。
[0016]加之，叉指電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)，綜合其材料的加工成本、制作工藝的實現(xiàn)方式以及敏感電容的大小來說，體加工工藝加工的叉指電極具有成本低、制作工藝簡單、敏感電容大的優(yōu)點。
[0017]作為對本實用新型所述技術(shù)方案的一種改進，叉指結(jié)構(gòu)(叉指正電極、叉指負電極)與襯底之間有空腔，可以使得高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)雙面感濕，提高相應時間。
[0018]作為對本實用新型所述技術(shù)方案的一種改進，叉指結(jié)構(gòu)(叉指正電極、叉指負電極)之間有空氣間隙，使得響應時間提高。
【附圖說明】
[0019]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0020]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021 ]圖2是本實用新型中濕度傳感器的俯視圖；
[0022]圖3是本實用新型中濕度傳感器的截面圖。
【具體實施方式】
[0023]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0024]如圖1?圖3所示:本實施例的一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，包括采用X86架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理裝置104，數(shù)據(jù)處理裝置104內(nèi)置有自動診斷程序，數(shù)據(jù)處理裝置104連接有電阻式溫度采樣探頭101、熱電偶式溫度采樣探頭102、芯片式溫度采樣探頭103、濕度傳感器
111、數(shù)據(jù)存儲裝置105及數(shù)據(jù)通訊裝置106;電阻式溫度采樣探頭101、熱電偶式溫度采樣探頭102、芯片式溫度采樣探頭103和濕度傳感器111集成為一個整體傳感設備;數(shù)據(jù)通訊裝置106通信連接有無線智能網(wǎng)關(guān)108，數(shù)據(jù)處理裝置104通過無線智能網(wǎng)關(guān)通信連接有終端的電腦和移動設備109;濕度傳感器包括襯底I和設置于襯底I上方的叉指正電極1-2、叉指負電極1-3，所述叉指正電極1-2、叉指負電極1-3為低阻硅;叉指正電極和叉指負電極的表面覆蓋有感濕介質(zhì)2，感濕介質(zhì)2為多孔硅，叉指負電極與襯底之間設有空腔1-5，感濕介質(zhì)2與叉指正電極1-2、叉指負電極1-3之間設有空氣間隙1-4;空氣間隙1-4構(gòu)成檢測電容的介質(zhì)層，用來敏感濕度所引起的電極之間的介電常數(shù)的變化;所述檢測電容呈叉指懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0025]電阻式溫度采樣探頭101、熱電偶式溫度采樣探頭102及芯片式溫度采樣探頭103將信號傳送至數(shù)據(jù)處理裝置104進行數(shù)據(jù)過濾和處理，數(shù)據(jù)同時被記錄到數(shù)據(jù)存儲裝置105，存儲的時間范圍為一天，每分鐘每個采樣信號數(shù)據(jù)將被記錄在數(shù)據(jù)存儲裝置中。數(shù)據(jù)處理中以瞬時數(shù)據(jù)和從數(shù)據(jù)存儲裝置中讀取到的歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過數(shù)值對比和不同時間周期內(nèi)的趨勢變化對比，分析出每個采樣探頭的可信度，并加權(quán)求平均得到預計真實溫度。
[0026]所述的電阻式溫度采樣探頭設置在溫室大棚107內(nèi)，所述的溫室大棚107的內(nèi)壁鉆有孔洞，所述的孔洞內(nèi)設有溫度套筒，溫度套筒內(nèi)充滿潤滑油，所述的電阻式溫度采樣探頭設置在所述的溫度套筒內(nèi)。
[0027]所述的熱電偶式溫度采樣探頭及芯片式溫度采樣探頭分別通過卡箍設置在所述的溫室大棚的內(nèi)壁上;所述的數(shù)據(jù)處理裝置設置在所述的溫室大棚的外部蔭涼的位置，所述的數(shù)據(jù)通訊裝置連接于無線智能網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)處理裝置通過無線智能網(wǎng)關(guān)通信連接有終端的電腦和移動設備，以方便農(nóng)業(yè)工作者隨時獲知溫室大棚的溫度、濕度狀況。
[0028]所述的熱偶式溫度采樣探頭及芯片式溫度采樣探頭上貼覆有聚氨酯保溫層。
[0029]所述的聚氨酯保溫層厚30mm、長100mm、寬100mm。
[0030]濕度傳感器與電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭的距離均相等，且所述的熱偶式溫度采樣探頭、電阻式溫度采樣探頭和芯片式溫度采樣探頭兩兩之間的間距為lm。
[0031]本實用新型采用了三個溫度探頭(電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭)和一個濕度傳感器集成在一個傳感設備中，同時，這三個溫度探頭的測溫原理必須不同，一個是電阻式溫度采樣探頭，一個是熱偶式溫度采樣探頭，還有一個是芯片式溫度采樣探頭，否則會容易誤差同向，同時在安裝上也與傳統(tǒng)傳感器有區(qū)別，這三個溫度探頭必須安裝在距離I米范圍內(nèi)的三個點，優(yōu)選正三角排列，就避免了由于安裝位置不合適導致的測溫偏差。本實用新型將數(shù)據(jù)做了智能分析和判斷，運算后加工出了“應該是正確”的數(shù)據(jù)。
[0032]濕度傳感器制作過程如下:首先，選用低阻硅作為初始材料，對其背面進行光刻工藝和濕法腐蝕工藝，形成背面的空腔；進行硅片和玻璃襯底鍵合，形成帶有底座的空腔結(jié)構(gòu);對硅片正面進行光刻和深反應離子刻蝕工藝，形成具有高深寬比的叉指電容結(jié)構(gòu)，即形成叉指正電極和叉指負電極;將成型的硅叉指結(jié)構(gòu)作為陽極在HF酸溶液中通以電流進行陽極氧化，即可以在硅片表面得到感濕介質(zhì)。其特點是:結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，敏感電容大，寄生電容小的電容式濕度傳感器
[0033]在本實施例中，正負電極、多孔硅感濕層以及空氣層構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)狀的檢測電容，當濕度發(fā)生變化時，由于多孔硅的多孔性會改變其介電常數(shù)，進而引起電容發(fā)生形變，而由于多孔硅之間有空氣層，因而不存在聚合物感濕時的擴散速度慢的問題，進而該電容式濕度傳感器的響應時間得到很大的提高。
[0034]作為對本實用新型所述技術(shù)方案的一種改進，襯底為玻璃襯底，通過鍵合工藝與低阻硅形成結(jié)構(gòu)。綜合所選材料的成本，制作工藝以及材料性能來說，選用玻璃襯底可以減少寄生電容，硅-玻璃鍵合工藝成熟的優(yōu)點。
[0035]無線智能網(wǎng)關(guān)包括處理器和用于供電的電源，處理器電性連接有觸摸屏、flash存儲器、ram存儲器、以太網(wǎng)通信模塊、wifi模塊、GPRS模塊、USB接口、JTAG接口、RS232總線接口、Z_wave模塊、時間及復位模塊、智能云平臺接口、子網(wǎng)穿透模塊等組件。
[0036]處理器用于處理來自與其電性連接的上述各個組件的數(shù)據(jù)信息、命令信息和控制信息。在本實施例中，處理器采用具有64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)的三星S3C6410處理器。
[0037]電源用于提供各個組件所需的工作電壓。
[0038]觸摸屏用于進行人機交互，既可以顯示無線智能網(wǎng)關(guān)的基本信息，如時間、IP地址、與其連接的智能設備的工作狀態(tài)等信息，也可以用于觸控操作該無線智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)上述基本信息的設置與控制。
[0039]flash存儲器用于存放該無線智能網(wǎng)關(guān)的處理器運行的系統(tǒng)代碼、應用程序等數(shù)據(jù)。
[0040]RAM存儲器用于存放該無線智能網(wǎng)關(guān)的處理器正在和等待運行的數(shù)據(jù)。
[0041]RS232數(shù)據(jù)總線接口用于擴展數(shù)據(jù)。
[0042]USB模塊用于將該無線智能網(wǎng)關(guān)連接于USB外設，如電腦或U盤，以備份或運行USB外設中的程序。
[0043]JTAG接口用于連接一開發(fā)板以燒制和調(diào)試該無線智能網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)代碼、應用程序。
[0044]以太網(wǎng)通信模塊與wifi模塊分別通過有線與無線的通信方式將該無線智能網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，GPRS模塊用于將該無線智能網(wǎng)關(guān)接入全球移動通信系統(tǒng)(Global SystemforMobile Communicat1ns，GSM)，以實現(xiàn)用戶可隨時操作外部通信設備，如電腦或手機，與該無線智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)通信以獲知及控制智能設備的工作狀態(tài)。
[0045]Z-wave模塊用于以符合Z_wave標準協(xié)議的無線通信方式連接該無線智能網(wǎng)關(guān)與智能設備以進行數(shù)據(jù)交互和控制。例如，用戶的控制指令可以通過其外部通信設備發(fā)送到或者直接通過觸摸屏輸入到該無線智能網(wǎng)關(guān)，該無線智能網(wǎng)關(guān)的處理器將用戶的指令通過Z-wave模塊精確送達給符合z-wave標準的智能設備，比如符合z_wave標準的窗簾電機、燈光開關(guān)、門鎖等；同時也可以通過Z-wave模塊獲取上述符合z-wave標準的智能設備的實時工作狀態(tài)。
[0046]時間及復位模塊用于設置該無線智能網(wǎng)關(guān)的時間和復位該無線智能網(wǎng)關(guān)。該無線智能網(wǎng)關(guān)可以通過以太網(wǎng)、wifi或GPRS接入互聯(lián)網(wǎng)獲取的IP地址判斷位置并自動設置時間；也可以通過觸摸屏由用戶自定義設置時間及時區(qū)。
[0047]智能云平臺接口用于將該無線智能網(wǎng)關(guān)連接至一智能云平臺，并在智能云平臺上對應用該無線智能網(wǎng)關(guān)的智能設備(如空調(diào)機、加濕器等)進行配置、控制和個性化設置管理。
[0048]子網(wǎng)穿透模塊用于實現(xiàn)該無線智能網(wǎng)關(guān)自動與外部通信設備，如用戶的電腦或手機的連接。子網(wǎng)穿透模塊自動獲取無線智能網(wǎng)關(guān)所在的公網(wǎng)IP地址，同時隨機尋找到一個空閑的端口并占用此端口，無線智能網(wǎng)關(guān)會實時記錄此IP地址和端口號數(shù)據(jù)，間歇性向智能云平臺發(fā)送心跳包，智能云平臺會將信息實時更新至數(shù)據(jù)庫，外部通信設備通過GPRS、wif1、以太網(wǎng)等通信方式連接到智能云平臺獲取無線智能網(wǎng)關(guān)發(fā)布的IP地址和端口號后自動與無線智能網(wǎng)關(guān)建立連接以進行數(shù)據(jù)交互。
[0049]使用時，外部通信設備如用戶的電腦或手機接收到用戶輸入的指令并通過GPRS、wif1、以太網(wǎng)等無線或有線的通信方式將用戶的指令直接傳送至無線智能網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互并根據(jù)用戶的指令對智能設備進行查看、控制、監(jiān)測、配置、設置場景、編輯場景等個性化設置管理。此外，用戶還可以通過外部通信設備接入互聯(lián)網(wǎng)登入智能云平臺，因該無線智能網(wǎng)關(guān)通過智能云平臺接口接入該智能云平臺，因此用戶還可以在智能云平臺上進行查看、控制、監(jiān)測、配置、設置場景、編輯場景等對智能設備的個性化設置管理。
[0050]所述無線智能網(wǎng)關(guān)使用z-wave技術(shù)與智能設備通信，z_wave技術(shù)是一種新型無線通信協(xié)議，具有開發(fā)簡單，通用性高，兼容性強，低功耗，低成本，支持自動組網(wǎng)，雙向通訊等優(yōu)點。
[0051]本實用新型的描述和應用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該清楚的是，在不脫離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，其特征在于，包括采用X86架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置連接有電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭、濕度傳感器、數(shù)據(jù)存儲裝置及數(shù)據(jù)通訊裝置；電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭和濕度傳感器集成為一個整體傳感設備;數(shù)據(jù)通訊裝置通信連接有無線智能網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)處理裝置通過無線智能網(wǎng)關(guān)通信連接有終端的電腦和移動設備；濕度傳感器包括襯底和設置于襯底上方的叉指正電極、叉指負電極;叉指正電極和叉指負電極的表面覆蓋有感濕介質(zhì)，叉指負電極與襯底之間設有空腔，感濕介質(zhì)與叉指正電極、叉指負電極之間設有構(gòu)成檢測電容的空氣間隙； 所述的熱電偶式溫度采樣探頭、電阻式溫度采樣探頭和芯片式溫度采樣探頭兩兩之間的間距為Im;濕度傳感器與電阻式溫度采樣探頭、熱電偶式溫度采樣探頭、芯片式溫度采樣探頭的距離均相等。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，其特征在于，所述的熱電偶式溫度采樣探頭及芯片式溫度采樣探頭上貼覆有聚氨酯保溫層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，其特征在于，所述的聚氨酯保溫層厚3Ctam、長I OCtam、寬I OCtam ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，其特征在于，感濕介質(zhì)為多孔硅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚用空氣溫濕度傳感器，其特征在于，所述叉指正電極、叉指負電極為低阻硅。
【文檔編號】G01D21/02GK205655858SQ201620258726
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年3月31日 公開號201620258726.X, CN 201620258726, CN 205655858 U, CN 205655858U, CN-U-205655858, CN201620258726, CN201620258726.X, CN205655858 U, CN205655858U
【發(fā)明人】李波
【申請人】成都齊沃農(nóng)業(yè)科技有限公司