0 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(duì)溫度及濕度傳感及其監(jiān)測(cè)和控制的研究是十分重要的研究?jī)?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(duì)露點(diǎn)有監(jiān)測(cè)要求的場(chǎng)合。
1 系統(tǒng)硬件組成
本系統(tǒng)完成對(duì)溫度、濕度的實(shí)時(shí)測(cè)量，配合有關(guān)控制部分即可對(duì)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(duì)溫度、濕度和露點(diǎn)檢測(cè)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(duì)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(chǎng)合。其特點(diǎn)是：長(zhǎng)期飽合后可迅速恢復(fù)、高可靠性和長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(hào)，可滿足對(duì)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(duì)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(duì)溫度進(jìn)行2點(diǎn)校準(zhǔn)，對(duì)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(chǎng)合對(duì)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(hào)需經(jīng)過信號(hào)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(duì)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(cè)量相對(duì)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(hào)，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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)時(shí)，最大誤差為0．6℃，相對(duì)誤差小于1％。通過實(shí)驗(yàn)，該機(jī)溫度測(cè)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(chǎng)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(jiǎn)便，測(cè)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(duì)溫度濕度控制及監(jiān)測(cè)的需要，用于監(jiān)測(cè)露點(diǎn)時(shí)，其誤差小于2％，可用于一些需要監(jiān)測(cè)露點(diǎn)的場(chǎng)合，能滿足一般工業(yè)場(chǎng)合的需要。
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