便攜式溫、濕度檢測儀的開發(fā)與研制

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(yùn)算，最后下位機(jī)將運(yùn)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(dòng)除濕機(jī)、空調(diào)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)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(yùn)用80C52單片機(jī)和A/D、X5045(帶 EEPROM的看門狗)芯片，具有造價(jià)低、性能穩(wěn)定、控制精度高，使用靈活操作簡便等特點(diǎn)，即可獨(dú)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(jì)

　　本儀器以單片機(jī)為核心，整個(gè)硬件系統(tǒng)(圖1)分為以下幾個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)測控儀工作溫濕度范圍的設(shè)置。串口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳以及測控儀聯(lián)網(wǎng)工作時(shí)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(shí)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(gè)輸入中的任何一個(gè)或3個(gè)內(nèi)部自測試電壓中的一個(gè)，采樣-保持是自動(dòng)的。它可以通過一個(gè)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(shí)間時(shí)，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(shí)，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(gè)位，可以按512×8個(gè)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(shí)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(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(dòng)，則改動(dòng)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(gè)檢測儀組成網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，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(shí)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(gè)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(shí)時(shí)溫度值和設(shè)定的濕度測量范圍的上下限值、測量的實(shí)時(shí)濕度值。由C52的P0口控制8個(gè)三極管來點(diǎn)亮數(shù)碼管，P2口的高四位通過16選1芯片74LS154來決定點(diǎn)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(gè)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。