便攜式溫濕度檢測儀的研制

　前言

　　導(dǎo)彈庫房對溫濕度有非常嚴(yán)格的要求。溫濕度集散控制技術(shù)通常是利用溫濕度傳感器采集信號，然后將模擬信號進(jìn)行A/D變換，傳送給微處理器(下位機(jī))進(jìn)行處理、運算，最后下位機(jī)將運算結(jié)果上傳給控制中心(上位機(jī))，并由控制中心控制驅(qū)動除濕機(jī)、空調(diào)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行自動控溫控濕，以達(dá)到最終控溫控濕精度要求。本文介紹了一種通用型溫濕度檢測儀，它運用80C52單片機(jī)和A/D、X5045(帶 EEPROM的看門狗)芯片，具有造價低、性能穩(wěn)定、控制精度高，使用靈活操作簡便等特點，即可獨立作為一般的溫濕度測量儀表使用，也可多臺聯(lián)網(wǎng)，配合PC機(jī)作為一套集數(shù)據(jù)采集、控制和存儲為一體的高性能的溫濕度控制系統(tǒng)使用。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　本儀器以單片機(jī)為核心，整個硬件系統(tǒng)(圖1)分為以下幾個模塊：溫濕度模擬信號采集調(diào)理，模/數(shù)轉(zhuǎn)換，顯示，鍵盤，控制輸出，通信接口及中央處理模塊。該儀器的工作流程是：由溫濕度傳感器采集環(huán)境的溫濕度參數(shù)，將通過溫濕度調(diào)理電路后的溫濕度參量輸入模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入微處理器AT89C52，進(jìn)行進(jìn)一步處理。鍵盤部分實現(xiàn)測控儀工作溫濕度范圍的設(shè)置。串口通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳以及測控儀聯(lián)網(wǎng)工作時的相互通信。

　　溫濕度模擬信號采集

　　溫濕度傳感器對環(huán)境的實際溫濕度值進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，并以微弱的電信號形式輸入，這種電信號需經(jīng)多級放大調(diào)理才可能進(jìn)行高精度A/D轉(zhuǎn)換，具有多級放大的溫濕度模擬量采集調(diào)理電路分別如圖2和圖3所示，調(diào)理之后的溫濕度值分別有0～5V和0～10V兩種標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，以增強(qiáng)其適用性能。

　　A/D轉(zhuǎn)換

　　A/D轉(zhuǎn)換采用TLC2543芯片，它具有12位的分辨率，提供的最大采樣率為66k Sample/s，具有高速轉(zhuǎn)換能力和通用的控制能力。片內(nèi)的14通道多路器可以選擇11個輸入中的任何一個或3個內(nèi)部自測試電壓中的一個，采樣-保持是自動的。它可以通過一個串行的3態(tài)輸出端(DATA OUT)與主處理器或其它外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。TLC2543的8位控制字?jǐn)?shù)高4位(D7~D4)決定溫濕度轉(zhuǎn)換通道號，低 4位決定輸出數(shù)據(jù)長度及格式。

　抗干擾及設(shè)定值存儲器

　　X5045是一種集看門狗，電壓監(jiān)控和串行EEPROM三種功能于一身的可編程電路:看門狗對系統(tǒng)提供保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設(shè)置時間時，電路中的看門狗通過RESET信號向CPU做出反應(yīng);電壓監(jiān)控功能保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回穩(wěn)定值為止;X5045的存儲器與CPU可通過串行通信方式接口，共有4096個位，可以按512×8個字節(jié)來放置數(shù)據(jù)。

　　X5045的看門狗功能可有效的防止程序“跑飛”，提高了控制器在復(fù)雜環(huán)境下工作的抗干擾性及可靠性。另一方面，利用X5045的串行存儲器實現(xiàn)系統(tǒng)溫度測量范圍的上下限設(shè)定值、濕度測量范圍的上下限設(shè)定值的存儲，當(dāng)前一次關(guān)機(jī)之后再重新開機(jī)時，系統(tǒng)會自動由EEPROM中相應(yīng)的地址讀取設(shè)定值，以其為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作，如果溫濕度測量范圍的設(shè)定值有新的改動，則改動之后的新設(shè)定值將覆蓋掉舊設(shè)定值而被保存到相應(yīng)的存儲器地址。而且，檢測儀的通訊地址也保存在此，以利于多個檢測儀組成網(wǎng)絡(luò)工作時，方便的被控制中心(上位機(jī))進(jìn)行分別訪問進(jìn)行通信。串行存儲其中還保存有根據(jù)實際環(huán)境對監(jiān)測儀進(jìn)行標(biāo)定的標(biāo)定值。

　　顯示及鍵盤

　　顯示部分采用四組七端數(shù)碼管和四個發(fā)光二極管，四組七段數(shù)碼管分別顯示設(shè)定的溫度測量范圍的上下限值、測量的實時溫度值和設(shè)定的濕度測量范圍的上下限值、測量的實時濕度值。由C52的P0口控制8個三極管來點亮數(shù)碼管，P2口的高四位通過16選1芯片74LS154來決定點亮的數(shù)碼管的位數(shù)，具體電路如圖4所示(限于篇幅，只畫出兩組數(shù)碼管)，四個發(fā)光二極管分別用來進(jìn)行溫讀值濕度值超出設(shè)定的測量范圍的指示。

　　按鍵為P3口的高五位，包括設(shè)定鍵1、UP鍵、DELAY鍵、DOWN鍵和設(shè)定鍵2等五個鍵。設(shè)定鍵1、設(shè)定鍵2、UP鍵和DOWN鍵配合，可以完成溫度測量范圍上下限值的設(shè)定，濕度測量范圍上下限值的設(shè)定以及系統(tǒng)通信地址設(shè)定，五個鍵配合，可以完成系統(tǒng)的標(biāo)定。

　　串行通信和外部輸出

　　串行通信部分采用MAX202芯片，實現(xiàn)檢測儀和控制中心的串行通信、溫濕度值的數(shù)據(jù)上傳以及下位機(jī)由控制中心自動調(diào)配，統(tǒng)一控制。P1口的低四位作為對外進(jìn)行控制的輸出口，當(dāng)此檢測儀單獨使用時可以通過此輸出口對固態(tài)繼電器進(jìn)行通斷控制，從而控制相應(yīng)的除濕機(jī)、空調(diào)機(jī)工作，作為一個小的恒溫恒濕系統(tǒng)使用。

　實驗數(shù)據(jù)分析

　　在一臺國家二級標(biāo)準(zhǔn)的濕度發(fā)生器(精度±1%RH)上應(yīng)用勾對法對溫濕度測控儀的濕度進(jìn)行了測量試驗;在恒溫槽上對測控儀進(jìn)行了溫度測量實驗。實驗結(jié)果如圖5、圖6所示。由圖可得出結(jié)論：該測控儀的溫濕度最大測量偏差優(yōu)于2%。實驗表明，該系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)初步達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目的。

　　結(jié)語

　　該便攜式溫濕度檢測儀具有開發(fā)周期短、造價低、性能穩(wěn)定、控制精度高，使用靈活操作簡便等特點，即可獨立作為一般的溫濕度測量儀表使用，也可單臺與除濕機(jī)、空調(diào)聯(lián)機(jī)使用，組成小的恒溫恒濕系統(tǒng)，或者多臺聯(lián)網(wǎng)，配合PC機(jī)作為一套集數(shù)據(jù)采集、控制和存儲為一體的高性能的溫濕度控制系統(tǒng)使用。