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便攜式溫濕度檢測儀的研制

   2011年10月12日 16:00  
  前言
  
  導彈庫房對溫濕度有非常嚴格的要求。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,然后將模擬信號進行A/D變換,傳送給微處理器(下位機)進行處理、運算,zui后下位機將運算結(jié)果上傳給控制中心(上位機),并由控制中心控制驅(qū)動除濕機、空調(diào)機等設(shè)備進行自動控溫控濕,以達到zui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,進行進一步處理。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兩種標準輸出電壓,以增強其適用性能。


  
  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zui大采樣率為66kSample/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(DATAOUT)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位控制字數(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)提供保護功能,當系統(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;電壓監(jiān)控功能保護系統(tǒng)免受低電壓的影響,當電源電壓降到允許范圍以下時,系統(tǒng)將復位,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,當前一次關(guān)機之后再重新開機時,系統(tǒng)會自動由EEPROM中相應的地址讀取設(shè)定值,以其為標準進行工作,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)進行分別訪問進行通信。串行存儲其中還保存有根據(jù)實際環(huán)境對監(jiān)測儀進行標定的標定值。
  
  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行控制的輸出口,當此檢測儀單獨使用時可以通過此輸出口對固態(tài)繼電器進行通斷控制,從而控制相應的除濕機、空調(diào)機工作,作為一個小的恒溫恒濕系統(tǒng)使用。
  
  實驗數(shù)據(jù)分析
  
  在一臺國家二級標準的濕度發(fā)生器(精度±1%RH)上應用勾對法對溫濕度測控儀的濕度進行了測量試驗;在恒溫槽上對測控儀進行了溫度測量實驗。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zui大測量偏差優(yōu)于2%。實驗表明,該系統(tǒng)的各項性能指標初步達到了預期設(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、空調(diào)聯(lián)機使用,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。

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