紅外通信技術(shù)在溫濕度變送器上的運用

　　紅外接收部分電路框圖如圖2所示，在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭HS0038，HS0038是黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達(dá)35m，它能與TTL、COMS電路兼容。HS0038為直立側(cè)面收光型，它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μs，同時能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、＋5V電源、解調(diào)信號輸出端。

　　PIC16F73經(jīng)過解碼得到SHT75的溫度和濕度數(shù)據(jù)后，通過溫濕度處理程序進(jìn)行線性補償?shù)忍幚?，隨后將結(jié)果送LED顯示，同時也將結(jié)果通過PWM以及硬件電路，輸出工程上常用的4-20mA或者0-10V。

　　4．系統(tǒng)各部分功能的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件用C語言編寫，采用模塊化設(shè)計方法。分為發(fā)射部分程序和接收部分程序。發(fā)射部分包括主程序、編碼程序、發(fā)射程序等；接受部分包括主程序、解碼程序、溫濕度數(shù)據(jù)處理程序、LED顯示程序、93C46讀寫程序、定時驅(qū)動程序、中斷服務(wù)程序、PWM輸出程序等。

　　主程序是控制和管理的核心。系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作，初始化主要完成對芯片內(nèi)部晶振的設(shè)定，所用芯片管腳的定義，雙向管腳輸入輸出方向的設(shè)定，對定時器的初始化，PWM模塊的初始化，中斷的初始化等。對芯片管腳的定義要做到資源的合理調(diào)配，比如說每個IO在各個時間段用作什么功能要分配好，中斷初始化是因為在主程序運行起來后就要隨時等待中斷信號，實現(xiàn)系統(tǒng)的各部分功能，中斷初始化主要是定義中斷的觸發(fā)方式、中斷形式、中斷服務(wù)程序等。初始化完成后，系統(tǒng)開始正常運轉(zhuǎn)，進(jìn)行溫濕度檢測、編碼、紅外發(fā)射、接收、解碼、轉(zhuǎn)換、計算等，除此之外還要進(jìn)行PWM輸出等操作。

　　溫濕度數(shù)據(jù)處理程序主要包括對溫度值和濕度值的檢測、計算、對結(jié)果進(jìn)行線性補償?shù)?。SHT75的相對濕度數(shù)字輸出特性曲線如圖3所示，由圖3可以看出，濕度輸出特性呈一定的非線性，因而要采用公式(1)進(jìn)行修正，其中SORH 為傳感器相對濕度測量值，各系數(shù)如表1所示。

表1 線性補償系數(shù)

圖3 濕度輸出特性

　　濕度值還與當(dāng)前溫度值相關(guān)，因此還要對其進(jìn)行溫度補償，補償公式如公式(2)所示，各系數(shù)如表2所示。

表2 溫度補償系數(shù)

　　除此之外，溫濕度處理程序還具有以下功能：一是設(shè)定溫度濕度測量的分辨率，默認(rèn)的測量分辨率分別為14bit(溫度)、12bit(濕度)，也可分別降至12bit和8bit，通常在高速或超低功耗的應(yīng)用中采用該功能；二是“電量不足監(jiān)測功能，該功能可監(jiān)測到Vdd電壓低于2.47V(SHT75正常工作電壓范圍是2.4V～5.5V)的狀態(tài)，精度為±0.05V；三是可以通過程序控制芯片上集成的可通斷加熱元件，接通后可將SHT75的溫度提高大約5℃(9H)，功耗增加8mA@5V，此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能，在高濕(>95%RH)環(huán)境中，加熱傳感器還可以預(yù)防結(jié)露，同時縮短響應(yīng)時間，提高精度。

　　LED共4位，每位8段，共占用12個IO通道。LED用于實時顯示當(dāng)前溫度值或濕度值。4位LED中第一位用于區(qū)分溫度值和濕度值，如果該位不顯示或者是一個負(fù)號(-)就代表溫度，如果該位顯示(H)就代表濕度。后三位顯示相應(yīng)的數(shù)值，其中最后一位是小數(shù)。

　　結(jié)合93C46存儲芯片修改溫度和濕度上下限報警值。在測量過程中，如果溫度值或者濕度值達(dá)到報警值，蜂鳴器就會發(fā)出聲音。

　　5．CRC校驗

　　在現(xiàn)代工業(yè)中，利用微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的工業(yè)控制越來越廣泛。由于傳輸距離、現(xiàn)場狀況等諸多可能出現(xiàn)不確定因素的影響，微控制器與傳感器之間的通訊數(shù)據(jù)常會發(fā)生難以預(yù)測的錯誤。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，SHT75內(nèi)部集成了循環(huán)冗余校驗(CRC-cyclicredundancy check)硬件電路。CRC是一種強有力的錯誤檢測技術(shù)，在傳送信息時，發(fā)送方根據(jù)所發(fā)送信息的具體內(nèi)容計算出一個稱為CRC的值，并連同信息串一起發(fā)送；而接收方則根據(jù)接收到的信息串用同樣的方法生成一個CRC值，若與收到的CRC值一致，則可以認(rèn)為信息傳送正確。使用CRC雖然不能保證100％檢測到錯誤，但它可以極大地增加發(fā)現(xiàn)錯誤的機(jī)會，而且它只需要極少的硬件消耗就能實現(xiàn)，所以CRC被廣泛用作校驗手段。

　　SHT75采用的CRC碼(又稱為多項式碼)為，它能檢測出下列錯誤：所有的雙錯、奇數(shù)位錯、突發(fā)長度小于等于8的突發(fā)錯、絕大部分突發(fā)長度較長的突發(fā)錯。測量完溫度(或濕度)后，根據(jù)測量的信息生成一個CRC值，然后一同發(fā)送到微控制器中去。微控制器根據(jù)接收到的信息按照同樣的方法生成一個CRC值，若與接收到的CRC值一致，則可以認(rèn)為信息傳送正確；否則要求傳感器重新測量數(shù)據(jù)然后再按同樣的方式發(fā)送。