怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)由8位單片機(jī)控制的溫度濕度監(jiān)控儀？有什么優(yōu)點(diǎn)？

引 言

在人類的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)過程、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等方面，溫度和濕度都是重要的參數(shù)，因此對溫度及濕度傳感及其監(jiān)測和控制的研究是十分重要的研究內(nèi)容。本文介紹一種經(jīng)濟(jì)型的由8位單片機(jī)控制的溫度濕度監(jiān)控儀，該監(jiān)控儀同時(shí)還能用于部分對露點(diǎn)有監(jiān)測要求的場合。

1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)完成對溫度、濕度的實(shí)時(shí)測量，配合有關(guān)控制部分即可對溫度濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)具有溫度、濕度和露點(diǎn)顯示功能，滿足一般上業(yè)環(huán)境對溫度、濕度和露點(diǎn)檢測的需要。系統(tǒng)由STC89C51RC、RAM、鍵盤、溫度傳感器、濕度傳感器、A／D轉(zhuǎn)換電路、D／A轉(zhuǎn)換電路等組成。如圖1所示。

STC89系列是具有Flash結(jié)構(gòu)的51系列單片機(jī)，因此，程序存儲(chǔ)器（ROM）可不用外擴(kuò)，為了記憶校正后的參數(shù)，需要存儲(chǔ)各種校正參數(shù)，本系統(tǒng)采用具有掉電保護(hù)功能的鐵電存儲(chǔ)器，以便在校正后，將校正參數(shù)存儲(chǔ)下來。系統(tǒng)以溫度傳感器采用AD590集成溫度傳感器，具有傳感精度高、工作性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。濕度傳感器采用HS11OO濕度傳感器，HS11OO電容式相對傳感器采用獨(dú)特的電容單元設(shè)計(jì)，適用于批量大、成本低的場合。其特點(diǎn)是：長期飽合后可迅速恢復(fù)、高可靠性和長期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)等。

本系統(tǒng)具有2路D／A轉(zhuǎn)換輸出，可對溫度或濕度進(jìn)行反饋控制。D／A采用兩路DAC7512進(jìn)行，DAC7512是一種軌對軌的低功耗的12位串行輸入的D／A轉(zhuǎn)換器，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號，可滿足對溫度、濕度的控制需要。

系統(tǒng)還具備與上位機(jī)通信的功能，采用RS422通信方式，可實(shí)行遠(yuǎn)距離的一對多點(diǎn)通信，上位機(jī)可查詢多達(dá)64個(gè)采樣點(diǎn)的溫度、濕度和露點(diǎn)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)還具備校準(zhǔn)功能，可對溫度進(jìn)行2點(diǎn)校準(zhǔn)，對濕度進(jìn)行4點(diǎn)校準(zhǔn)。另外，系統(tǒng)還具有露點(diǎn)顯示功能，滿足不同使用場合對露點(diǎn)顯示的需要。

2 軟件設(shè)計(jì)

由溫度傳感器輸出的信號需經(jīng)過信號調(diào)理后進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，A／D轉(zhuǎn)換采用ADS1110具有自校準(zhǔn)功能的帶內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的芯片，它采用I2C總線與主機(jī)進(jìn)行通信，具有16位的轉(zhuǎn)換精度。系統(tǒng)定時(shí)循環(huán)對溫度和濕度進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果經(jīng)過單位轉(zhuǎn)換后直接顯示在顯示屏上，同時(shí)進(jìn)行露點(diǎn)的計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果顯示在顯示屏上。采用定時(shí)掃描鍵盤的方式讀鍵盤輸入情況，并判斷是否進(jìn)行濕度或溫度校準(zhǔn)功能。系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示。

按照下列步驟計(jì)算露點(diǎn)值：

（1）測量相對濕度（RH）和環(huán)境溫度（Tα，單位：℃）；

（2）使用下列公式計(jì)算飽和蒸汽壓（Svp，單位：kPa）：

log（Svp（T））=（C1T-C2）／（T-C3）（T》0） （1）

或

log（Svp（T））=C4-C5／T（T《0） （2）

（3）根據(jù)上式計(jì)算當(dāng)前水汽壓（Vp，單位：kPa）Vp=RH×Svp／100

（4）根據(jù)式（1）或式（2）反推露點(diǎn)溫度（Td，單位：℃），式（1）或式（2）中的溫度T用露點(diǎn)溫度Td代替，而飽和蒸汽壓Svp用當(dāng)前水汽壓Vp代替。

ADS1110及DAC7512采用I2C總線與主機(jī)通信，因此需要采用I2C總線編程方式，讀取A／D采樣結(jié)果和輸出相啦的控制信號，本系統(tǒng)中主機(jī)采用P3．4、P3．5口線與ADS1100進(jìn)行通信，通信時(shí)需要注意的是采樣頻率的關(guān)系，不能太快，否則會(huì)產(chǎn)生“混淆”，使得讀出的數(shù)據(jù)不正確。采用STC89的擴(kuò)展口P4．0、P4．1、P4．2口線與DAC7512進(jìn)行通信，輸出D／A轉(zhuǎn)換結(jié)果，利用該結(jié)果可以對濕度或溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1是在70％濕度情況下，采用本系統(tǒng)進(jìn)行的溫度和露點(diǎn)的測量結(jié)果，表2是在濕度一定情況下，采用本系統(tǒng)進(jìn)行的露點(diǎn)隨濕度變化測量結(jié)果。

從表中可看出。采用本系統(tǒng)進(jìn)行露點(diǎn)監(jiān)測時(shí)，最大誤差為0．6℃，相對誤差小于1％。通過實(shí)驗(yàn)，該機(jī)溫度測量誤差在1％以內(nèi)，濕度、露點(diǎn)誤差在2％以內(nèi)，能滿足一般工業(yè)場合的需要。

4 結(jié)束語

由8位單片機(jī)控制的溫度濕度監(jiān)控儀，成本低，可靠性好，系統(tǒng)操作簡便，測量精度可滿足一般家電、農(nóng)業(yè)大棚、辦公自動(dòng)化及工控系統(tǒng)對溫度濕度控制及監(jiān)測的需要，用于監(jiān)測露點(diǎn)時(shí)，其誤差小于2％，可用于一些需要監(jiān)測露點(diǎn)的場合，能滿足一般工業(yè)場合的需要。