CN104792367A - 一种数字式环境复合传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字式环境复合传感器，其包括主控制器，与主控制器连接的测量环境压力的压力传感器组，与主控制器连接的测量环境温度和环境湿度的温湿度传感器组，连接压力传感器组、温湿度传感器组和主控制器并为其供电的供电单元，以及连接主控制器的电平变换单元；所述压力传感器组包括三个并行的压力传感器，温湿度传感器组包括三个并行的温湿度传感器；所述主控制器对压力传感器组所采集的环境参数进行处理，输出精度更高的环境参数结果。本发明将三模冗余技术应用到数字式环境复合传感器设计中，三个传感器中单独一个传感器的故障不会影响传感器的正确输出，大大提高传感器的可靠性，降低故障率和失效率。
Description
技术领域
本发明属于传感器可靠性设计技术领域，涉及一种数字式环境复合传感器。
背景技术
环境复合传感器用来测量环境中的温度值、湿度值和压力值。
现在国内的环境传感器发展很快,研制生产出较高精度高准确度的环境传感器并非难事，但是，传感器使用的敏感器件都会随着时间或使用出现性能波动，最终导致失效，传感器的可靠性已成为传感器重要的质量指标和市场竞争力的重要标志。
现在数字式的环境复合传感器一般选用单个传感器即一个温压传感器和一个湿度传感器来采集数据，整个***是一个单独的串联***，当有一个传感器发生故障时，传感器就失效，可靠性需要提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种数字式复合传感器，提高传感器工作的可靠性，降低故障率和失效率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种数字式环境复合传感器，其包括主控制器，与主控制器连接的测量环境压力的压力传感器组，与主控制器连接的测量环境温度和环境湿度的温湿度传感器组，连接压力传感器组、温湿度传感器组和主控制器并为其供电的供电单元，以及连接主控制器的电平变换单元；所述压力传感器组包括三个并行的压力传感器，温湿度传感器组包括三个并行的温湿度传感器；所述主控制器对压力传感器组所采集的环境参数进行处理，输出精度更高的环境参数结果。
其中，所述主控制器为具有并行处理能力的可编程逻辑器件CPLD，CPLD包括核心控制模块，与核心控制模块连接的压力传感器控制模块、温湿度传感器控制模块和协议解析与生成模块，连接协议解析与生成模块的串口接收模块和串口发送模块，以及连接上述各个模块的时钟模块；其中，压力传感器控制模块连接压力传感器组，用于控制各压力传感器进行环境压力采集，温湿度传感器控制模块连接温湿度传感器组，用于控制各温湿度传感器进行环境温湿度采集；时钟模块用于控制所有温湿度传感器采用同一个时钟信号且每个数据信号分开采集，并控制所有压力传感器采用同一个时钟信号且每个数据信号分开采集；协议解析与生成模块、串口接收模块和串口发送模块用于实现主控制器与客户端之间的数据通信。
其中，所述核心控制模块对压力传感器组和温湿度传感器组所采集的环境参数进行处理时选行三取二表决的方式。
其中，所述核心控制模块处理环境参数时，将三组数据的平均值作为标准进行表决，去掉三组数据中偏离平均值较大的数据，剩余两组数据，再将这两组数据进行平均后将平均值作为最终结果输出。
其中，所述核心控制模块处理环境参数的实现方式为：压力传感器组和温湿度传感器组所采集的三组输入量分别记为A，B和C，经过求和后分别与三倍的A，B和C做减法，等效得到平均值与每个输入值的差值，然后经过比较器得到偏离平均值最大的输入量，依此作为选择器的输入，如果输入量A偏离最大，则输出(B+C)/2，依次类推。
其中，还包括温湿度校正模型，与所述主控制器连接，用于对主控制器处理得到的温湿度结果进行校正，以提高温湿度测量精度。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的数字式环境复合传感器，将三模冗余技术应用到数字式环境复合传感器设计中，三个传感器中单独一个传感器的故障不会影响传感器的正确输出，大大提高传感器的可靠性，降低故障率和失效率。
附图说明
图1为环境复合传感器***框图；
图2为环境复合传感器主控制器逻辑框图；
图3为三模冗余数据处理逻辑电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1所示，本实施例数字式环境复合传感器包括主控制器，与主控制器连接的测量环境压力的压力传感器组，与主控制器连接的测量环境温度和环境湿度的温湿度传感器组，连接压力传感器组、温湿度传感器组和主控制器并为其供电的供电单元，以及连接主控制器的电平变换单元。
其中，数字式环境复合传感器选用数字式的温湿度传感器和压力传感器，并将三个温湿度传感器和三个压力传感器共六个传感器分别组成温压传感器组和湿度传感器组。在对六个传感器的数据采集上，为保证所采集数据的同步性，采用并行采集的方式对各个传感器进行同步采集。
参照图2所示，主控制器选用具有并行处理能力的可编程逻辑器件CPLD来实现，CPLD包括核心控制模块，与核心控制模块连接的压力传感器控制模块、温湿度传感器控制模块和协议解析与生成模块，连接协议解析与生成模块的串口接收模块和串口发送模块，以及连接上述各个模块的时钟模块；其中，压力传感器控制模块连接压力传感器组，用于控制各压力传感器进行环境压力采集，温湿度传感器控制模块连接温湿度传感器组，用于控制各温湿度传感器进行环境温湿度采集，核心控制模块用于对所采集的环境参数进行处理，输出精度更高的环境参数结果；时钟模块用于控制所有温湿度传感器采用同一个时钟信号且每个数据信号分开采集，并控制所有压力传感器采用同一个时钟信号且每个数据信号分开采集，采用这样方式就可以保证每次采集的数据都是同一时刻的环境参数；协议解析与生成模块、串口接收模块和串口发送模块用于实现主控制器与客户端之间的数据通信。
核心控制模块对压力传感器组和温湿度传感器组所采集的环境参数进行处理的过程中，进行三取二表决，屏蔽掉单个传感器的输出故障，三模冗余技术是常用的一致容错设计技术，三个模块同时执行相同的操作，以多数相同的输出作为表决***的正确输出，通常称为三取二。具体过程为：将三组数据的平均值作为标准进行表决，去掉三组数据中偏离平均值较大的数据，选出两个“正确”的数据，再将这二个数据进行平均后将平均值作为最终结果输出。
核心控制模块进行数据处理的硬件实现方式参见图3所示，压力传感器组和温湿度传感器组所采集的三组输入量分别记为A，B和C，经过求和后分别与三倍的A，B和C做减法，等效得到平均值与每个输入值的差值，然后经过比较器(图中的两个MAX)得到偏离平均值最大的输入量，依此作为选择器的输入，如果输入量A偏离最大，则输出(B+C)/2，依次类推。
三模冗余处理得到的温湿度结果可进一步通过温湿度校正模型进行校正，以提高温湿度测量精度。具体的温湿度校正模型有多种现有的实现方式，在此不做进一步赘述。
与现有的单个传感器采集的方式相比，本发明的有益效果是：
只要集成的三个传感器中有两个输出正确，就能保证传感器的最终输出正确，由于集成的三个传感器是互相独立的，两个传感器同时出现错误是极小概率事件，因此，可以大大提高***的可靠性。
同时，可以对偏离平均值大的数据进行故障判别，如果超过一定值判断为该数据对应的传感器故障，因此，***还具有故障检测能力，可以周期性或在需要时检测故障，发现故障后能及时定位，进行故障处理，减少二次故障发生的概率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种数字式环境复合传感器，其特征在于，包括主控制器，与主控制器连接的测量环境压力的压力传感器组，与主控制器连接的测量环境温度和环境湿度的温湿度传感器组，连接压力传感器组、温湿度传感器组和主控制器并为其供电的供电单元，以及连接主控制器的电平变换单元；所述压力传感器组包括三个并行的压力传感器，温湿度传感器组包括三个并行的温湿度传感器；所述主控制器对压力传感器组所采集的环境参数进行处理，输出精度更高的环境参数结果。
2.如权利要求1所述的数字式环境复合传感器，其特征在于，所述主控制器为具有并行处理能力的可编程逻辑器件CPLD，CPLD包括核心控制模块，与核心控制模块连接的压力传感器控制模块、温湿度传感器控制模块和协议解析与生成模块，连接协议解析与生成模块的串口接收模块和串口发送模块，以及连接上述各个模块的时钟模块；其中，压力传感器控制模块连接压力传感器组，用于控制各压力传感器进行环境压力采集，温湿度传感器控制模块连接温湿度传感器组，用于控制各温湿度传感器进行环境温湿度采集；时钟模块用于控制所有温湿度传感器采用同一个时钟信号且每个数据信号分开采集，并控制所有压力传感器采用同一个时钟信号且每个数据信号分开采集；协议解析与生成模块、串口接收模块和串口发送模块用于实现主控制器与客户端之间的数据通信。
3.如权利要求2所述的数字式环境复合传感器，其特征在于，所述核心控制模块对压力传感器组和温湿度传感器组所采集的环境参数进行处理时选行三取二表决的方式。
4.如权利要求3所述的数字式环境复合传感器，其特征在于，所述核心控制模块处理环境参数时，将三组数据的平均值作为标准进行表决，去掉三组数据中偏离平均值较大的数据，剩余两组数据，再将这两组数据进行平均后将平均值作为最终结果输出。
5.如权利要求4所述的数字式环境复合传感器，其特征在于，所述核心控制模块处理环境参数的实现方式为：压力传感器组和温湿度传感器组所采集的三组输入量分别记为A，B和C，经过求和后分别与三倍的A，B和C做减法，等效得到平均值与每个输入值的差值，然后经过比较器得到偏离平均值最大的输入量，依此作为选择器的输入，如果输入量A偏离最大，则输出(B+C)/2，依次类推。
6.如权利要求3-5中任一项所述的数字式环境复合传感器，其特征在于，还包括温湿度校正模型，与所述主控制器连接，用于对主控制器处理得到的温湿度结果进行校正，以提高温湿度测量精度。
Priority Applications (1)
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| CN201510201832.4A CN104792367A (zh) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | 一种数字式环境复合传感器 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |