便携式温湿度检测仪的研制

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前言
导弹库房对温湿度有非常严格的要求。温湿度集散控制技术通常是利用温湿度传感器采集信号，然后将模拟信号进行A/D变换，传送给微处理器(下位机)进行处理、运算，最后下位机将运算结果上传给控制中心(上位机)，并由控制中心控制驱动除湿机、空调机等设备进行自动控温控湿，以达到最终控温控湿精度要求。本文介绍了一种通用型温湿度检测仪，它运用80C52单片机和A/D、X5045(带 EEPROM的看门狗)芯片，具有造价低、性能稳定、控制精度高，使用灵活操作简便等特点，即可独立作为一般的温湿度测量仪表使用，也可多台联网，配合PC机作为一套集数据采集、控制和存储为一体的高性能的温湿度控制系统使用。
　　系统设计
　　本仪器以单片机为核心，整个硬件系统(图1)分为以下几个模块：温湿度模拟信号采集调理，模/数转换，显示，键盘，控制输出，通信接口及中央处理模块。该仪器的工作流程是：由温湿度传感器采集环境的温湿度参数，将通过温湿度调理电路后的温湿度参量输入模/数转换模块，实现模拟量到数字量的转换，转换后的数字量送入微处理器AT89C52，进行进一步处理。键盘部分实现测控仪工作温湿度范围的设置。串口通信实现数据上传以及测控仪联网工作时的相互通信。

　　温湿度模拟信号采集
　　温湿度传感器对环境的实际温湿度值进行采集转换，并以微弱的电信号形式输入，这种电信号需经多级放大调理才可能进行高精度A/D转换，具有多级放大的温湿度模拟量采集调理电路分别如图2和图3所示，调理之后的温湿度值分别有0～5V和0～10V两种标准输出电压，以增强其适用性能。


　　A/D转换
　　A/D转换采用TLC2543芯片，它具有12位的分辨率，提供的最大采样率为66k Sample/s，具有高速转换能力和通用的控制能力。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采样-保持是自动的。它可以通过一个串行的3态输出端(DATA OUT)与主处理器或其它外围的串行口通讯，输出转换结果。TLC2543的8位控制字数高4位(D7~D4)决定温湿度转换通道号，低 4位决定输出数据长度及格式。
抗干扰及设定值存储器
X5045是一种集看门狗，电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路:看门狗对系统提供保护功能，当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗通过RESET信号向CPU做出反应;电压监控功能保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回稳定值为止;X5045的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按512×8个字节来放置数据。
X5045的看门狗功能可有效的防止程序“跑飞”，提高了控制器在复杂环境下工作的抗干扰性及可靠性。另一方面，利用X5045的串行存储器实现系统温度测量范围的上下限设定值、湿度测量范围的上下限设定值的存储，当前一次关机之后再重新开机时，系统会自动由EEPROM中相应的地址读取设定值，以其为标准进行工作，如果温湿度测量范围的设定值有新的改动，则改动之后的新设定值将覆盖掉旧设定值而被保存到相应的存储器地址。而且，检测仪的通讯地址也保存在此，以利于多个检测仪组成网络工作时，方便的被控制中心(上位机)进行分别访问进行通信。串行存储其中还保存有根据实际环境对监测仪进行标定的标定值。
　　显示及键盘
　　显示部分采用四组七端数码管和四个发光二极管，四组七段数码管分别显示设定的温度测量范围的上下限值、测量的实时温度值和设定的湿度测量范围的上下限值、测量的实时湿度值。由C52的P0口控制8个三极管来点亮数码管，P2口的高四位通过16选1芯片74LS154来决定点亮的数码管的位数，具体电路如图4所示(限于篇幅，只画出两组数码管)，四个发光二极管分别用来进行温读值湿度值超出设定的测量范围的指示。


按键为P3口的高五位，包括设定键1、UP键、DELAY键、DOWN键和设定键2等五个键。设定键1、设定键2、UP键和DOWN键配合，可以完成温度测量范围上下限值的设定，湿度测量范围上下限值的设定以及系统通信地址设定，五个键配合，可以完成系统的标定。
　　串行通信和外部输出
　　串行通信部分采用MAX202芯片，实现检测仪和控制中心的串行通信、温湿度值的数据上传以及下位机由控制中心自动调配，统一控制。P1口的低四位作为对外进行控制的输出口，当此检测仪单独使用时可以通过此输出口对固态继电器进行通断控制，从而控制相应的除湿机、空调机工作，作为一个小的恒温恒湿系统使用。
实验数据分析
在一台国家二级标准的湿度发生器(精度±1%RH)上应用勾对法对温湿度测控仪的湿度进行了测量试验;在恒温槽上对测控仪进行了温度测量实验。实验结果如图5、图6所示。由图可得出结论：该测控仪的温湿度最大测量偏差优于2%。实验表明，该系统的各项性能指标初步达到了预期设计目的。


　　结语
　　该便携式温湿度检测仪具有开发周期短、造价低、性能稳定、控制精度高，使用灵活操作简便等特点，即可独立作为一般的温湿度测量仪表使用，也可单台与除湿机、空调联机使用，组成小的恒温恒湿系统，或者多台联网，配合PC机作为一套集数据采集、控制和存储为一体的高性能的温湿度控制系统使用。