基于溫度傳感器MAX6613和IH3605的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

引言

溫、濕度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度計(jì)、濕度計(jì)來采集溫度和濕度，通過人工操作加熱、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。即使有些用戶采用半導(dǎo)體二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。本文提出了用集成溫度傳感器MAX6613和集成濕度傳感器IH3605作為檢測(cè)元件，結(jié)合ADuC824，構(gòu)建溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的實(shí)時(shí)控制，無紙記錄及語音報(bào)警，還可與上位機(jī)(PC機(jī))通信，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的打印、分析等功能。

系統(tǒng)組成及工作原理

溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件原理如圖1所示，由單片機(jī)系統(tǒng)(含鍵盤、液晶顯示器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和通信接口)、集成溫度傳感器MAX6613、集成濕度傳感器IH3605、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、語音系統(tǒng)及加熱、加濕、通風(fēng)裝置等幾部分組成，下面對(duì)各組成部分的工作原理、功能進(jìn)行分析。

● 單片機(jī)系統(tǒng)

ADuC824是美國(guó)AD公司出品的高性能微轉(zhuǎn)換器，它在單個(gè)芯片內(nèi)集成了雙路高精度∑-ΔADC、程控增益放大器PGA、8位MCU、8KB閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640B閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、256B數(shù)據(jù)RAM以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能部件，指令系統(tǒng)與8051兼容。特別是兩個(gè)獨(dú)立的∑-ΔADC，其主、輔助通道的分辨率分別為24和16位，具有可編程自校正功能。另外，還有一個(gè)通用UART串行I/O，一個(gè)與I2C兼容的二線串口和SPI串口，一個(gè)看門狗定時(shí)器(WDT)，一個(gè)電源監(jiān)視器(PSM)。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的需求。

鍵盤用于設(shè)定溫度、濕度的上、下限報(bào)警范圍及控制值，設(shè)定采樣時(shí)間間隔，調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間。液晶顯示器采用一體化封裝的液晶顯示模塊TC1602A，用于顯示溫度、濕度的上、下限值，控制值和當(dāng)前值，模塊內(nèi)的控制驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為HD44780，可以方便地與ADuC824進(jìn)行接口。

由于系統(tǒng)需要無紙記錄溫度、濕度值，因此外擴(kuò)一片容量為4MB的AT29C040A Flash EPPROM，在寫入過程中無需編程高壓和紫外線照射，具有硬件和軟件兩方面的數(shù)據(jù)保護(hù)，可防止其內(nèi)容免遭意外改寫，使用十分方便。

通信接口電路主要由雙路RS232數(shù)據(jù)收發(fā)器MAX232芯片組成，只需+5V電源供電即可工作。上位機(jī)(PC機(jī))通過通信接口調(diào)用溫度、濕度值，以用于打印或分析。

● 集成溫度、濕度傳感器

MAX6613輸出電壓Vout與測(cè)量溫度T的關(guān)系為：Vout=V0+S·T,式中，V0為0℃時(shí)的輸出電壓；S為傳感器的靈敏度，S=11.23 mV/℃；T為當(dāng)前測(cè)量溫度值。

由于ADuC824內(nèi)部具有低通濾波、程控增益控制及A/D轉(zhuǎn)換器，因此，MAX6613的Vout輸出可直接接至ADuC824的AIN1引腳，具體接口電路如圖2所示。

IH3605是HONEYWELL公司生產(chǎn)的集成濕度傳感器，內(nèi)部集成了信號(hào)調(diào)理電路，具有精度高、線性度好、互換性強(qiáng)及輸出電壓范圍大等諸多優(yōu)點(diǎn)，其獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)使之能抵抗?jié)駳?、塵埃、臟物、油和其他化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。

IH3605在當(dāng)前溫度T下實(shí)際相對(duì)濕度為：RH=1613×(Vout-800)/(52730-108T)，Vout單位mV，T為當(dāng)前實(shí)際溫度值。使用時(shí)只需把IH3605的Vout接至ADuC824的AIN2引腳即可。

● 實(shí)時(shí)時(shí)鐘

由于系統(tǒng)需要記錄測(cè)量溫度、濕度的實(shí)際時(shí)間，因此，選用Dallas公司生產(chǎn)的日歷時(shí)鐘芯片DS12C887來自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息。

● 語音系統(tǒng)

對(duì)于溫度、濕度的超限及控制值報(bào)警，系統(tǒng)采用語音報(bào)警方式。語音報(bào)警由ISD1400芯片控制，它有20秒的錄放時(shí)間，語音地址直接由ADuC824的口線經(jīng)74LS373提供。預(yù)先錄制好的溫度、濕度語音，由ADuC824判斷被測(cè)溫度、濕度，通過74LS373對(duì)其進(jìn)行任意組合放出，從而實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的報(bào)警功能。

● 加熱器驅(qū)動(dòng)電路

加熱器驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，它由光電隔離器和雙向晶閘管實(shí)現(xiàn)，具有強(qiáng)弱電隔離、壽命長(zhǎng)、工作安全可靠等特點(diǎn)。通過ADuC824的P3.5控制其是否工作。系統(tǒng)中其他加濕、通風(fēng)裝置的驅(qū)動(dòng)控制，也可通過類似的驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，采用順序查詢的方式執(zhí)行主程序。

系統(tǒng)初始化后，每次可以通過鍵盤設(shè)定需要控制的溫度、濕度值和它們的上、下限報(bào)警范圍；設(shè)定溫度、濕度采樣的時(shí)間間隔；調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間。對(duì)溫度、濕度采樣后，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，選用合適的數(shù)字濾波法，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的溫度、濕度值一方面送LCD實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)連同當(dāng)前采樣時(shí)間一起存入AT29C040A作為歷史記錄。另一方面，與需要控制的溫度、濕度值以及它們的上、下限報(bào)警范圍進(jìn)行比較，判斷是否需要進(jìn)行語音報(bào)警，同時(shí)，ADuC824根據(jù)判斷結(jié)果控制加熱器、加濕、通風(fēng)裝置進(jìn)行正確的動(dòng)作，以達(dá)到對(duì)溫度、濕度監(jiān)控的目的。系統(tǒng)監(jiān)控程序流程框圖如圖4所示。

結(jié)束語

系統(tǒng)采用MAX6613和IH3605作為溫度、濕度傳感器，使其監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、控制的精確性得到了提高；同時(shí)，由于選用了ADuC824，它能保證系統(tǒng)自動(dòng)從死機(jī)狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)的安全性、可靠性也得到了保障，因此，具有一定的實(shí)用價(jià)值。如需進(jìn)行群控，可將本系統(tǒng)作為分機(jī)，主機(jī)(PC機(jī))通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與各分機(jī)的通信，達(dá)到監(jiān)控的目的。

參考文獻(xiàn)

1 李剛.ADuC8XX系列單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社. 2002

2 2002 Maxim Integrated Products

3 余永權(quán).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù). 北京航空航天大學(xué). 1999