監(jiān)控板可以實(shí)時(shí)檢測(cè)LED顯示屏所處環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度，是否有煙霧等信息，并將測(cè)得參數(shù)信息上傳至控制計(jì)算機(jī)，監(jiān)控軟件會(huì)將這些信息顯示在界面上。這就使得各個(gè)燈箱的工作情況和環(huán)境參數(shù)呈現(xiàn)出來(lái)，便于監(jiān)測(cè)和管理。
選取STC的一款單片機(jī)作為核心處理器件，該單片機(jī)帶有8路的A/D通道，因?yàn)樗獪y(cè)量的都是模擬量，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能處理。測(cè)量溫度可用熱敏電阻或者DS18B20,DS18B20數(shù)字式的溫度傳感器，精度高?？紤]到DS18B20的操作較為復(fù)雜，占用單片機(jī)較大的程序空間，而監(jiān)控板要求的溫度精度并不高，所以采用熱敏電阻作為溫度傳感器件。常用的相對(duì)濕度傳感器有濕敏電阻和濕敏電容等方式。用濕敏電容和555定時(shí)器組合的方式，程序上容易實(shí)現(xiàn)且相對(duì)穩(wěn)定。煙霧傳感器有光電式和離子式兩種，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，離子式的煙霧傳感器價(jià)格略高，但處理程序較簡(jiǎn)單，占用的程序空間較小，所以采用離子式煙霧傳感器。
1、系統(tǒng)框圖
自身帶A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)可以作為處理器，再配合溫度傳感器、濕度傳感器和煙霧傳感器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這3種環(huán)境參數(shù)的采集和測(cè)量。
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圖1 系統(tǒng)框圖
2、溫度采集模塊
考慮到實(shí)際境況中對(duì)溫度測(cè)量的精度要求不是很高而且要控制成本，選用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為溫度傳感器。圖2反映的是該熱敏電阻值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
實(shí)際電路中，采用熱敏電阻和高精度電阻分壓的方法，將它們的連接端接入單片機(jī)帶A/D功能的引腳。該單片機(jī)有8路10位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)100kHz。因此可以省略A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，將硬件電路功能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)溫度發(fā)生變化的時(shí)候，R44的阻值就發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)分壓后，輸出TEM_TEST電壓信號(hào)變化，單片機(jī)A/D采樣值隨之發(fā)生變化。將圖轉(zhuǎn)換成一張表格存儲(chǔ)在單片機(jī)的代碼段里，按照得到的A/D采樣值查表，用差值的方法就可以得到當(dāng)前的溫度值。
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圖2 實(shí)際的熱敏電阻溫度特性
3、相對(duì)濕度采集模塊
濕度傳感器選用濕敏電容，其容值隨濕度的變化而變化。如圖3所示。
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圖3 濕度響應(yīng)曲線
濕度傳感電路設(shè)計(jì)，如圖4所示。
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圖4 濕度傳感電路
濕敏電容和TLC555配合使用可以完成相對(duì)濕度的測(cè)量。TLC555具有定時(shí)精度高，工作速度和可靠性高，電源電壓范圍寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它內(nèi)部由R-S觸發(fā)器、比較器、輸出級(jí)、分壓器、放電電子開(kāi)關(guān)幾部分組成。如圖4所示，C8為濕度傳感器，它和R24,R36,R38,TLC555組成了非穩(wěn)態(tài)的間接反饋多諧振蕩器，將相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。輸出頻率范圍是7351～6033Hz,所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為0～100%。
TLC555充、放電時(shí)間分別為：
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輸出波形的頻率f和占空比D的計(jì)算公式如下：
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通常取R36nR24,使得D≈50%,輸出接近于方波。
當(dāng)相對(duì)濕度變化時(shí)，濕敏電容的容值隨之發(fā)生變化，進(jìn)而TLC555輸出波形的頻率發(fā)生變化，單片機(jī)根據(jù)得到的頻率再通過(guò)插值法得到當(dāng)前的相對(duì)濕度值。輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)對(duì)照表
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