引言

溫、濕度控制廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度計、濕度計來采集溫度和濕度，通過人工操作加熱、加濕、通風和降溫設備來控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導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作為檢測元件，結合ADuC824，構建溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)溫度、濕度的實時控制，無紙記錄及語音報警，還可與上位機(PC機)通信，實現(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，由單片機系統(tǒng)(含鍵盤、液晶顯示器、數(shù)據(jù)存儲器和通信接口)、集成溫度傳感器MAX6613、集成濕度傳感器IH3605、實時時鐘、語音系統(tǒng)及加熱、加濕、通風裝置等幾部分組成，下面對各組成部分的工作原理、功能進行分析。

● 單片機系統(tǒng)

ADuC824是美國AD公司出品的高性能微轉(zhuǎn)換器，它在單個芯片內(nèi)集成了雙路高精度∑-ΔADC、程控增益放大器PGA、8位MCU、8KB閃速/電擦除程序存儲器、640B閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器、256B數(shù)據(jù)RAM以及定時器/計數(shù)器等功能部件，指令系統(tǒng)與8051兼容。特別是兩個獨立的∑-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，還有一個通用UART串行I/O，一個與I2C兼容的二線串口和SPI串口，一個看門狗定時器(WDT)，一個電源監(jiān)視器(PSM)。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的需求。

鍵盤用于設定溫度、濕度的上、下限報警范圍及控制值，設定采樣時間間隔，調(diào)整系統(tǒng)時間。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，控制值和當前值，模塊內(nèi)的控制驅(qū)動器型號為HD44780，可以方便地與ADuC824進行接口。

由于系統(tǒng)需要無紙記錄溫度、濕度值，因此外擴一片容量為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，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(PC機)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與測量溫度T的關系為：Vout=V0+S·T,式中，V0為0℃時的輸出電壓；S為傳感器的靈敏度，S=11.23 mV/℃；T為當前測量溫度值。

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)部集成了信號調(diào)理電路，具有精度高、線性度好、互換性強及輸出電壓范圍大等諸多優(yōu)點，其獨特的多層結構使之能抵抗?jié)駳?、塵埃、臟物、油和其他化學物質(zhì)的侵蝕。

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

● 實時時鐘

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

● 語音系統(tǒng)

對于溫度、濕度的超限及控制值報警，系統(tǒng)采用語音報警方式。語音報警由ISD1400芯片控制，它有20秒的錄放時間，語音地址直接由ADuC824的口線經(jīng)74LS373提供。預先錄制好的溫度、濕度語音，由ADuC824判斷被測溫度、濕度，通過74LS373對其進行任意組合放出，從而實現(xiàn)溫度、濕度的報警功能。

● 加熱器驅(qū)動電路

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

系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)監(jiān)控程序的設計較為簡單，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定需要控制的溫度、濕度值和它們的上、下限報警范圍；設定溫度、濕度采樣的時間間隔；調(diào)整系統(tǒng)時間。對溫度、濕度采樣后，可根據(jù)實際應用場合，選用合適的數(shù)字濾波法，進行數(shù)據(jù)處理，處理后的溫度、濕度值一方面送LCD實時顯示，同時連同當前采樣時間一起存入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、下限報警范圍進行比較，判斷是否需要進行語音報警，同時，ADuC824根據(jù)判斷結果控制加熱器、加濕、通風裝置進行正確的動作，以達到對溫度、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)控的實時性、控制的精確性得到了提高；同時，由于選用了ADuC824，它能保證系統(tǒng)自動從死機狀態(tài)恢復到正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)的安全性、可靠性也得到了保障，因此，具有一定的實用價值。如需進行群控，可將本系統(tǒng)作為分機，主機(PC機)通過網(wǎng)絡實現(xiàn)與各分機的通信，達到監(jiān)控的目的。

參考文獻

1 李剛.ADuC8XX系列單片機原理與應用技術. 北京航空航天大學出版社. 2002

2 2002 Maxim Integrated Products

3 余永權.單片機應用系統(tǒng)的功率接口技術. 北京航空航天大學. 1999