引言

當(dāng)今，智能化已成為自動化領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢，并推動智能功能迅速擴(kuò)展到儀器、儀表、設(shè)備等行業(yè)。溫濕度的測量和控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象觀測、恒溫恒濕的空調(diào)房、科學(xué)研究及日常生活中被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)基于溫濕度傳感器LTM8901的智能環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)，以AT89S52為控制器，通過仿真實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫室溫度和濕度的檢測與控制。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過集成數(shù)字式溫濕度傳感器檢測環(huán)境的溫度值和濕度值，將環(huán)境的溫度和濕度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將結(jié)果傳送給單片機(jī)，通過數(shù)碼管顯示。單片機(jī)利用鍵盤設(shè)置環(huán)境溫度和濕度的最大值和最小值，并將檢測的當(dāng)前值和預(yù)設(shè)的最大值和最小值作比較，根據(jù)比較結(jié)果單片機(jī)做出相應(yīng)的判斷，以控制輸出繼電器的工作狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的控制操作，從而可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的檢測和控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

溫濕度檢測電路

系統(tǒng)采用長英科技的LTM8901作為環(huán)境溫濕度傳感器。LTM8901是一款專門為用戶設(shè)計(jì)自身產(chǎn)品而提供的數(shù)字化溫濕度探頭，可單點(diǎn)使用，也可以與其他ITU設(shè)備多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)使用。其濕度測量量程為1%～99%RH，分辨率為0.5%RH，測量精度為±3.0%RH（典型值）;溫度測量范圍為-25℃～+60℃，分辨率為0.0625℃，測量精度為±0.5℃;響應(yīng)時(shí)間典型值為5秒;工作電壓范圍為4.5V～5.5V。LTM8901將測量結(jié)果直接輸出為數(shù)字信號，通過“一線式總線”串行傳送給單片機(jī)，同時(shí)可以傳送校驗(yàn)碼，具有較強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力，其電路連接如圖2所示。

鍵盤輸入和數(shù)碼顯示電路

鍵盤輸入電路的主要作用是供用戶設(shè)置溫濕度參考值，包括最大值和最小值。鍵盤輸入電路由4×4個(gè)小鍵盤組成，共16各功能鍵，包括0~9數(shù)字鍵、溫度設(shè)置鍵、濕度設(shè)置鍵、最大值鍵、最小值鍵、確認(rèn)鍵和清除鍵。溫度設(shè)置鍵有效后可以改變預(yù)設(shè)溫度的最大值和最小值。溫度設(shè)置鍵有效后可以改變預(yù)設(shè)濕度的最大值和最小值。最大值鍵用于說明輸入的是最大限值，最小值鍵是說明輸入的是最小限值，和確認(rèn)鍵配合使用可以設(shè)定溫濕度的預(yù)設(shè)限值。清除鍵用以清除當(dāng)前的設(shè)置值。

數(shù)碼顯示電路由6個(gè)數(shù)碼管組成，分成兩組，一組用于顯示溫度值，一組用于顯示濕度值。當(dāng)用戶設(shè)置溫濕度參考值時(shí)，顯示的是設(shè)置的最大值或是最小值;當(dāng)系統(tǒng)處于監(jiān)測控制時(shí)，顯示的是當(dāng)前檢測到的溫濕度值。

輸出電路

系統(tǒng)采用繼電器輸出，通過改變溫度控系統(tǒng)或濕度控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的控制。系統(tǒng)溫度和濕度控制設(shè)備主要包括加熱裝置、通風(fēng)裝置、抽濕裝置和加濕裝置。ULN2803是8重達(dá)林頓反相驅(qū)動器，其輸入端接單片機(jī)的輸出端口，輸出端接繼電器的輸入端。繼電器采用國產(chǎn)的交流固態(tài)繼電器（AC-SSR）H220D15，其內(nèi)部采用光電隔離方式，可以有效避免電磁干擾。當(dāng)單片機(jī)檢測到溫度值或濕度值超過預(yù)設(shè)的范圍時(shí)，單片機(jī)的I/O口輸出控制信號驅(qū)動繼電器，啟動電器工作，實(shí)現(xiàn)對溫度控系統(tǒng)或濕度控系統(tǒng)的控制。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)功能子塊獨(dú)立，方便調(diào)試。系統(tǒng)主流程圖如圖3所示。從圖中可以看出，整個(gè)軟件在結(jié)構(gòu)上分為主程序、鍵盤掃描程序、LTM8901控制程序、顯示程序以及輸出控制程序。主程序?qū)崿F(xiàn)各個(gè)模塊的初始化，然后進(jìn)入中斷等待。鍵盤掃描程序主要任務(wù)是判斷被按下的是哪一個(gè)鍵，從而執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序。LTM8901控制程序主要是檢測環(huán)境的溫濕度值，并將檢測結(jié)果傳送給單片機(jī)。顯示程序是用來顯示用戶預(yù)設(shè)值或檢測值。輸出控制程序主要是將檢測值和用戶預(yù)設(shè)值相比較，根據(jù)比較結(jié)果將相應(yīng)的輸出端口置位或復(fù)位，從而控制繼電器的工作狀態(tài)。

LTM8901的控制程序主要包括以下幾個(gè)步驟：發(fā)啟動轉(zhuǎn)換命令（250~350μs的負(fù)脈沖）;延時(shí)850~1000ms，用于LTM01轉(zhuǎn)換;發(fā)上位機(jī)讀取命令。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送讀取命令00H時(shí)，讀取濕度值，然后延時(shí)4.5~5 ms，發(fā)送讀取命令01H，讀取溫度值。

結(jié)語

LTM8901是單片集成的數(shù)字式溫濕度傳感器，所有信號的處理都在內(nèi)部完成，采用“一線式總線”進(jìn)行通信，以數(shù)字形式完成數(shù)據(jù)的傳輸，節(jié)省了單片機(jī)的I/O口，而且省掉了A/D器件，降低了成本。該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、檢測準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的測量和控制。

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