基于單片機(jī)的電視臺(tái)機(jī)房溫，濕度監(jiān)測報(bào)警儀

摘要：為保證機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)行延長其使用壽命，需對電視臺(tái)機(jī)房溫、濕度進(jìn)行監(jiān)測。設(shè)計(jì)了一款以單片機(jī)AT89C51為核心的溫、濕度監(jiān)測報(bào)警儀，系統(tǒng)中以溫、濕度測量電路及相應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換接口，完成對溫、濕度信號(hào)的采集，采用數(shù)碼顯示器及發(fā)光二極管進(jìn)行溫、濕度信號(hào)的顯示及超限報(bào)警。系統(tǒng)簡便實(shí)用，可擴(kuò)展性好。
關(guān)鍵詞：溫度；濕度；單片機(jī)

    機(jī)房是電視臺(tái)的重要工作場所，其中布置著很多精密的電子設(shè)備，其正常運(yùn)行關(guān)系到電視節(jié)目的正常發(fā)送，故對環(huán)境溫、濕度有比較高的要求。根據(jù)國標(biāo)GB2887-89及對一般通信機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)房內(nèi)的環(huán)境溫、濕度應(yīng)達(dá)到：溫度22±2℃，濕度45％～65％?；诖宋覀冊O(shè)計(jì)了一款以單片機(jī)為核心，輔以溫、濕度傳感器及其信號(hào)調(diào)理電路、報(bào)警顯示電路的機(jī)房溫、濕度監(jiān)測報(bào)警儀。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，用集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度，用濕敏電阻為濕度傳感器，濕度信號(hào)經(jīng)調(diào)理后，送往ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再送往單片機(jī)，系統(tǒng)配以鍵盤顯示報(bào)警電路，用以顯示溫、濕度信號(hào)，給出溫、濕度超限報(bào)警。
系統(tǒng)還配以通信接口，以便必要時(shí)與上位PC機(jī)通信。

2 AT89C51
    AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kB可反復(fù)擦寫FLASH只讀程序存儲(chǔ)器和128B的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。該處理器具有32個(gè)可編程I／O口，2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，可編程串行UART通道，具有低功耗空閑和掉電模式。
    本系統(tǒng)采用DS18820作為溫度檢測元件，濕敏電阻作為濕度檢測元件。這兩種元件與單片機(jī)接口電路如圖2所示。

    DS18820是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。它具有獨(dú)特的單線接口方式，即微處理器與其接口時(shí)僅需占用1位I／O端口；支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式多點(diǎn)測溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬件開銷大為簡化；用這種器件測溫時(shí)無需任何外部元件；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式；測溫范圍為-55～+125℃，測溫精度為±0．5℃；溫度轉(zhuǎn)換精度9～12位可編程，12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為750ms。因?yàn)樗菙?shù)字輸出，而且只占用一個(gè)I／O端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測控系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時(shí)需要的A／D轉(zhuǎn)換和較復(fù)雜的外圍電路。縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)中，DS18B20的DQ端與單片機(jī)的P1．O相連，通過該端口將溫度及相關(guān)信號(hào)串行送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。
    采用陶瓷濕敏電阻作為濕度傳感器，這種材料的表面電阻值能在很寬的范圍內(nèi)隨濕度的增加而變小。由于這種傳感器電阻值與濕度呈非線性關(guān)系，在電路中需對這種非線性進(jìn)行補(bǔ)償。圖2中濕敏元件及其信號(hào)調(diào)理電路由三部分組成，第一部分是由A1、R1～R3、C1～C3、D1、D2組成的正弦信號(hào)振蕩器，用來為濕敏傳感器提供交流電；第二部分是由A2、D3～D5、R4、R5及濕敏傳感器組成的檢波電路，它檢測由相對濕度變化引起的交流信號(hào)變化；第三部分是由A3、R6、R7、C5組成的對數(shù)放大電路，由于濕度與電阻之間是指數(shù)關(guān)系，通過該部分電路得到與濕度成近似線性關(guān)系的電壓信號(hào)后輸出。
    圖2溫、濕度檢測電路及其與單片機(jī)的接口濕度信號(hào)經(jīng)調(diào)理后送往A／D轉(zhuǎn)換器ADC0832，這是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A／D轉(zhuǎn)換芯片。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間為32 μs，其與單片機(jī)的接口為4條數(shù)據(jù)線，分別是*****、CLK、DO、DI，在本系統(tǒng)中它們分別與單片機(jī)的P2．0、P2．1、P2．2及P2．3相連。當(dāng)要進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時(shí)，需先將*****端置為低電平且保持，直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由單片機(jī)向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DI／DO端則使用DI輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)，與時(shí)鐘脈沖信號(hào)一起啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換，將
轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送往單片機(jī)。

4 鍵盤顯示及報(bào)警通信電路
    鍵盤顯示及報(bào)警通信電路如圖3所示。圖中74LS164為8位移位寄存器，其A端與單片機(jī)P0．6相連，在CLK端施加的時(shí)鐘信號(hào)配合下，串行接收由單片機(jī)送來的欲顯示的數(shù)據(jù)，一位一位地送往其輸出端QA～QH。顯示器采取動(dòng)態(tài)顯示方式，來自74LS164的顯示數(shù)據(jù)按位發(fā)至相應(yīng)數(shù)碼管，本系統(tǒng)中采用共陽極數(shù)碼管，當(dāng)需將數(shù)據(jù)送往哪個(gè)數(shù)碼管時(shí)，單片機(jī)控制P2．4～P2．6中的某位為高，該位所接數(shù)碼管被點(diǎn)亮。如要顯示溫度20℃，則先將P2．6置高，送C的顯示碼，延遲，再將P2．6置低，接著再將P2．5置高，送0的顯示碼，延遲，再將P2．5置低，最后將P2．4置高，送2的顯示碼。延遲，再將P2．4置低，由于人的視覺延遲，看到的則是20℃。濕度顯示也是同樣的道理，在這里我們以最右端的數(shù)碼管顯示“H”代表此時(shí)顯示的是濕度。系統(tǒng)中還設(shè)有聲光報(bào)警電路，采用發(fā)光二極管指示溫、濕度信號(hào)的正常與否，蜂鳴器作溫、濕度異常的聲音報(bào)警。當(dāng)溫、濕度信號(hào)正常時(shí)，相應(yīng)的綠燈亮，當(dāng)溫、濕度信號(hào)超過正常值范圍時(shí)，相應(yīng)的紅燈亮，并發(fā)出聲音報(bào)警，提醒工作人員注意溫、濕度變化，及時(shí)調(diào)整溫、濕度。系統(tǒng)中還配有通信接口，必要時(shí)可與上位PC通信，組成主從式系統(tǒng)，這里不再贅述。

5 系統(tǒng)軟件
    系統(tǒng)主程序框圖如圖4所示。由于溫、濕度信號(hào)是慢信號(hào)，采樣周期不需要太長，本系統(tǒng)中設(shè)置采樣周期為1s，系統(tǒng)每隔1s采樣并刷新溫、濕度的顯示值，若溫、濕度正常，則綠燈亮，若溫、濕度中任一個(gè)超過正常范圍，則相應(yīng)紅燈亮，同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警，為防止聲音持續(xù)不斷而干擾正常工作，每次聲音報(bào)警只響5s，此間如果工作人員按了消聲鍵，則報(bào)警停止，如果信號(hào)一直不正常，則每隔4min報(bào)聲警一次。提醒工作人員及時(shí)啟動(dòng)空調(diào)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫、濕度。

6 結(jié)語
    本監(jiān)測報(bào)警儀開發(fā)周期短、結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高。既可單獨(dú)作為溫、濕度信號(hào)顯示報(bào)警儀器使用，亦可通過其擴(kuò)展接口與上位PC機(jī)聯(lián)系構(gòu)成主從式溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)，可擴(kuò)展性能好。