基于单片机控制的温湿度监控仪

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  本文介绍一种经济型的由8位单片机控制的温度湿度监控仪，该监控仪同时还能用于部分对露点有监测要求的场合。
  　　1 系统硬件组成
  　　本系统完成对温度、湿度的实时测量，配合有关控制部分即可对温度湿度进行实时控制，同时具有温度、湿度和露点显示功能，满足一般上业环境对温度、湿度和露点检测的需要。系统由STC89C51RC、RAM、键盘、温度传感器、湿度传感器、A/D转换电路、D/A转换电路等组成。如图1所示。
  　　STC89系列是具有Flash结构的51系列单片机，因此，程序存储器(ROM)可不用外扩，为了记忆校正后的参数，需要存储各种校正参数，本系统采用具有掉电保护功能的铁电存储器，以便在校正后，将校正参数存储下来。系统以温度传感器采用AD590集成温度传感器，具有传感精度高、工作性能稳定的特点。湿度传感器采用HS11OO湿度传感器，HS11OO电容式相对传感器采用独特的电容单元设计，适用于批量大、成本低的场合。其特点是：长期饱合后可迅速恢复、高可靠性和长期稳定性、快速响应等。
  　　本系统具有2路D/A转换输出，可对温度或湿度进行反馈控制。D/A采用两路DAC7512进行，DAC7512是一种轨对轨的低功耗的12位串行输入的D/A转换器，输出标准的4～20 mA电流信号，可满足对温度、湿度的控制需要。
  　　系统还具备与上位机通信的功能，采用RS422通信方式，可实行远距离的一对多点通信，上位机可查询多达64个采样点的温度、湿度和露点数据。
  　　系统还具备校准功能，可对温度进行2点校准，对湿度进行4点校准。另外，系统还具有露点显示功能，满足不同使用场合对露点显示的需要。
  　　2 软件设计
  　　由温度传感器输出的信号需经过信号调理后进行A/D转换，A/D转换采用ADS1110具有自校准功能的带内部基准电压的芯片，它采用I2C总线与主机进行通信，具有16位的转换精度。系统定时循环对温度和湿度进行采样，将采样结果经过单位转换后直接显示在显示屏上，同时进行露点的计算，将计算结果显示在显示屏上。采用定时扫描键盘的方式读键盘输入情况，并判断是否进行湿度或温度校准功能。系统的工作流程图如图2所示。
  　　按照下列步骤计算露点值：
  　　(1)测量相对湿度(RH)和环境温度(Tα，单位：℃);
  　　(2)使用下列公式计算饱和蒸汽压(Svp，单位：kPa)：
  　　log(Svp(T))=(C1T-C2)/(T-C3)(T>0) (1)
  　　或
  　　log(Svp(T))=C4-C5/T(T&;0) (2)
  　　(3)根据上式计算当前水汽压(Vp，单位：kPa)Vp=RH×Svp/100
  　　(4)根据式(1)或式(2)反推露点温度(Td，单位：℃)，式(1)或式(2)中的温度T用露点温度Td代替，而饱和蒸汽压Svp用当前水汽压Vp代替。
  　　ADS1110及DAC7512采用I2C总线与主机通信，因此需要采用I2C总线编程方式，读取A/D采样结果和输出相啦的控制信号，本系统中主机采用P3.4、P3.5口线与ADS1100进行通信，通信时需要注意的是采样频率的关系，不能太快，否则会产生“混淆”，使得读出的数据不正确。采用STC89的扩展口P4.0、P4.1、P4.2口线与DAC7512进行通信，输出D/A转换结果，利用该结果可以对湿度或温度进行实时控制。
  　　3 实验结果
  　　表1是在70%湿度情况下，采用本系统进行的温度和露点的测量结果，表2是在湿度一定情况下，采用本系统进行的露点随湿度变化测量结果。
  　　从表中可看出。采用本系统进行露点监测时，最大误差为0.6℃，相对误差小于1%。通过实验，该机温度测量误差在1%以内，湿度、露点误差在2%以内，能满足一般工业场合的需要。
  　　4 结束语
  　　由8位单片机控制的温度湿度监控仪，成本低，可靠性好，系统操作简便，测量精度可满足一般家电、农业大棚、办公自动化及工控系统对温度湿度控制及监测的需要，用于监测露点时，其误差小于2%，可用于一些需要监测露点的场合，能满足一般工业场合的需要。