一种复合传感器数据融合装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种复合传感器数据融合装置，包括复合传感器由芯片基板上设置湿度传感器、温度传感器、放大器、A/D转换器、校验存储器与控制单元组成，温、湿度传感器分别产生相对湿度、温度的信号，信号经过放大器放大，分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错，送至控制单元，最后通过二线串行接口将测量的数据送至单片机。发明专利技术的优点在于，它不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点，测量相对温度的范围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为

【技术实现步骤摘要】
一种复合传感器数据融合装置


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种测量相对湿度、温度、露点的复合传感器数据融合处理装置。

技术介绍

[0002]在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对多个物理量进行测量及控制。测湿度往往要对环境条件加以侦测，脱离了环境条件的湿度物理量单测，意义已经失去了大半。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题，因此现有技术中不能同时测量相对温度，还能测量温度和露点。
[0003]复合传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用，而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息，通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。这不仅是利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。

技术实现思路

[0004]专利技术的目的就是要解决现有技术中存在的多个物理量参数不可同时测量的问题，提高的一种复合传感器数据融合装置。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种复合传感器数据融合装置，其特征在于，复合传感器由芯片基板上设置的湿度传感器、温度传感器、放大器、A/D转换器、校验存储器与控制单元组成，温、湿度传感器分别产生相对湿度、温度的信号，信号经过放大器放大，分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错，送至控制单元，最后通过二线串行接口将测量的数据送至单片机；控制单元7包括校准存储器E2PROM、易失存储器RAM、状态寄存器、循环冗余校验码CRC寄存器、二线串行接口。
[0006]进一步的，所述的放大器由两级构成，第一级放大实现输入信号的放大和噪声抑制，增益可调范围为1
‑
32倍，第一级放大由运放A1、A2以及R1、R2、R3组成，运放A1的同向端接输入IN
‑
、反向端接R1和R2的一端，运放A1输出端接R2的另一端；运放A2的同相端接输入IN+、反向端接R1的另一端，R3一端接A2反向端、另一端接A2输出端。
[0007]第二级放大由运放A3以及电阻R4、R5、R6、R7组成，运放A3的反向端连接电阻R4的一端、电阻R4的另一端连接运放A1的输出端，运放A3的同相端连接电阻R6及R7的一端、电阻R6的另一端连接运放A2的输出端、电阻R7的另一端连接参考电压Vref，电阻R5一端连接运放A3反向端、另一端连接运放A3输出端。
[0008]进一步的，A/D转换器中采样保持电路采用采样开关时钟CLK和栅压自举电路。
[0009]进一步的，所述DAC采用电容阵列结构为单位分段电容DAC结构，使得分段电容等于单位电容 C，而且DAC中各个电容的权重仍然满足以2为底数的指数关系，包括校正DAC电容和主DAC电容，主DAC电容包括低段电容和高段电容，校正DAC电容、低段电容和高段电容中的每个电容下极板接4个开关，它们分别接输入信号、VCM、Vref 和 GND，接输入信号的开关S1的控制端接栅压自举电路的输出，实现对信号的采样；接VCM的开关S2的控制端接控制逻辑电路，该控制逻辑电路由SAR逻辑的输出和校正冗余切换逻辑共同控制。
[0010]进一步的，在SAR ADC中的比较器采用Latch结构来实现，利用两个背靠背的反相器正反馈实现两个信号的比较，场效应管M1
‑
M2是锁存器的输入对管，场效应管M3
‑
M4、场效应管M5
‑
M6 构成了两个背靠背的反相器，场效应管M7是锁存器的尾电流源，同时也用于锁存器的复位，场效应管M8
‑
M11构成锁存器的复位开关。
[0011]本专利技术的有益效果：专利技术解决了现有技术中存在的多个物理量参数不可同时测量的问题，它不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是 0～100%，分辨力达 0.03%RH，最高精度为
±
2%RH。测量温度的范围是
‑
40℃～+123.8℃，分辨力为 0.01℃。测量露点的精度<
±
1℃。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的温湿度传感器原理结构框图；图2是本专利技术的放大器采用三运放增益仪表放大器结构；图3是本专利技术的栅压自举开关结构图；图4 单位分段电容 DAC 结构图；图5是本专利技术的LATCH 结构图；图6是A/D转换器的原理框图。
具体实施方式
[0013]1、本专利技术的复合传感器原理框图如附图1所示，所述复合传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。复合传感器由芯片基板1上设置湿度传感器2、温度传感器3、放大器4、A/D转换器5、校验存储器6与控制单元7组成，温、湿度传感器分别产生相对湿度、温度的信号，信号经过放大器放大，分别送至 A/D 转换器进行模/数转换、校准和纠错，送至控制单元7，最后通过二线串行接口将测量的数据送至单片机。
[0014]湿度和温度线性区都在极为精确的温湿度校验室中进行校准，校准系数以程序的形式储存在校验存储器中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数，两线制串行接口和内部基准电压，使系统集成变得简易快捷。
[0015]控制单元7包括校准存储器E2PROM、易失存储器RAM、状态寄存器、循环冗余校验码CRC寄存器、二线串行接口。其测量原理是首先利用探测敏感结构分别产生的相对湿度、温度的信号，然后经过放大，分别送至 A/D 转换器进行模/数转换、校准和纠错，最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至单片机。
[0016]2 放大器如图2所示，本专利技术所述的放大器，是高精度、低漂移和无1/f噪声的可编程增益放
大器（PGA），是本专利技术信号调试的核心模块。通过前端可编程增益放大器可对湿度和温度的信号进行放大补偿，然后驱动输出到后级。可编程增益放大器采用前端自动归零且无1/f噪声的仪表放大器结构，它是由两级构成，第一级放大实现输入信号的放大和噪声抑制，增益可调范围为1
‑
32倍，第一级放大由运放A1、A2以及R1、R2、R3组成，运放A1的反向端接IN
‑
、正向端接R1和R2的一端，运放A1输出端接R2的另一端；运放A2的同相端接IN+、反向端接R1的另一端，R3一端接A2反向端、另一端接A2输出端。
[0017]第二级的增益固定为4倍，两级的总增益范围为4
‑
128倍。第二级放大由运放A3以及电阻R4、R5、R6、R7组成，运放A3的反向端连接R4的一端、R4的另一端了解A1的输出端，运放A3的同相端连接R6及R7的一端、R6的另一端连接A2的输出端、R7的另一端连接Vref，R5一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合传感器数据融合装置，其特征在于，复合传感器由芯片基板（1）上设置的湿度传感器（2）、温度传感器（3）、放大器（4）、A/D转换器（5）、校验存储器（6）与控制单元（7）组成，温、湿度传感器分别产生相对湿度、温度的信号，信号经过放大器放大，分别送至A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错，送至控制单元，最后通过二线串行接口将测量的数据送至单片机；控制单元7包括校准存储器E2PROM、易失存储器RAM、状态寄存器、循环冗余校验码CRC寄存器、二线串行接口。2.根据权利要求1所述的一种复合传感器数据融合装置，其特征在于：所述的放大器由两级构成，第一级放大实现输入信号的放大和噪声抑制，增益可调范围为1
‑
32倍，第一级放大由运放A1、A2以及R1、R2、R3组成，运放A1的同向端接输入IN
‑
、反向端接R1和R2的一端，运放A1输出端接R2的另一端；运放A2的同相端接输入IN+、反向端接R1的另一端，R3一端接A2反向端、另一端接A2输出端；第二级放大由运放A3以及电阻R4、R5、R6、R7组成，运放A3的反向端连接电阻R4的一端、电阻R4的另一端连接运放A1的输出端，运放A3的同相端连接电阻R6及R7的一端、电阻R6的另一端连接运放A2的输出端、电阻R7的另一端连接参考电压Vref，电阻R5一端连接运放A3反向端、另一端连接运放A3输出端。3.根据权利要求1或2所述的一种复合传感器数据融合装置，其特征在于：A/D转换器中采样保持电路采用采样开关时钟CLK和栅压自举电路。4.根据权利要求3所述的一种复合传感器数据融合装置，其特征在于：所述DAC采用电容阵列结构为单位分段电容DAC结构，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦贵忠，盛健，闫洁，
申请(专利权)人：华东光电集成器件研究所，
类型：发明
国别省市：