【正文】 .......................................................................................34 溫濕度值采集、處理及顯示模 塊 ..............................................................................37 與 PC 機(jī)通信模塊 ....................................................................................................39 報(bào)警狀態(tài)判斷模塊 ...................................................................................................42 系統(tǒng)中兩種數(shù)字濾波軟件實(shí)現(xiàn)流程圖 .................................................................................43 5. 4 本章小結(jié) ..........................................................................................................................44 6 理論公式推導(dǎo)及系統(tǒng)測(cè)試 ............................................................................................................45 濕度的推導(dǎo)公式過(guò)程： ......................................................................................................45 系統(tǒng)干撓處理及系統(tǒng)測(cè)試 ..................................................................................................46 系統(tǒng)干撓處理 ..........................................................................................................46 系統(tǒng)測(cè)試 .................................................................................................................46 測(cè)試工具 .................................................................................................................47 7 總結(jié)和致謝 .................................................................................................................................48 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié) ....................................................................................................................48 致謝 ..................................................................................................................................48 參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................................49 附錄一 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的調(diào)試工具 ................................................................................................50 附錄二 部分單片機(jī)程序及注釋 .......................................................................................................50 附錄三 VB 上位機(jī)通信平臺(tái)程序 ......................................................................................................60 3 1 緒論 設(shè)計(jì)背景 人類(lèi)的生存和社會(huì)活動(dòng)與 溫 濕度密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，很難找出一個(gè)與 溫 濕度無(wú)關(guān)的領(lǐng)域來(lái) 。 據(jù)報(bào)道 ， 我國(guó)每年有相當(dāng)物品因存放在較高的溫度環(huán)境 或 潮濕環(huán)境 下，因 侵害而受巨大損失。在一些 大型的倉(cāng)庫(kù)中，比如糧食的 儲(chǔ) 存 ， 我們知道 糧食在儲(chǔ)藏期間 ,由于受 環(huán)境、氣 候和通風(fēng)條件等因素的變化，糧倉(cāng)內(nèi)溫度或濕度會(huì)發(fā)生異常， 極易造成糧食的霉?fàn)€、或發(fā)生蟲(chóng)害 ； 再 如一些化學(xué)藥品 、 精密儀器等其存放要求濕度為 15%以下， 而以往傳統(tǒng)的控濕防潮方式和 目前 這 些 設(shè)備 很難達(dá)到要求。因此如何擴(kuò)寬控濕的范圍和精度一直是人們 迫切的希 望。 溫 、 濕度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀分析 溫 度檢測(cè)技術(shù) 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人 們 的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感 器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了 以下 三個(gè)發(fā)展階段： ① 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 ② 模擬集成溫度傳感器 ③ 智能集成溫度傳感器 目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式 、 從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。 集成溫度傳感器主要包括模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器（亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器）兩大類(lèi)。模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用 IC。模擬集成溫度傳感器的特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè) 溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn) ， 外圍電路簡(jiǎn)單。其典型產(chǎn)品有 AD590、 AD59 TMP1 LM135 4 等。 智能溫度傳感器是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ ATE）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、信 號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路轉(zhuǎn)換器 （ MUX）、中央控制器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量 ，適配各種微控制器（ MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。典型產(chǎn)品有 DS18B MAX665 LM76 等。 本 文將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20 的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器 和AT89S52 單片機(jī)為控制器構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置的工作原理及 軟硬件 設(shè)計(jì) ， 作了詳細(xì)的介紹和研究 。該裝置適用于人 們 的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 的 溫度測(cè)量。 濕度檢測(cè)技術(shù) 相比之下，測(cè)量濕度要比測(cè)量溫度更復(fù)雜，這是因?yàn)闇囟仁莻€(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受大氣壓強(qiáng)和 溫度的影響。 早在 18 世紀(jì)人類(lèi)就發(fā)明了干濕球和毛發(fā)濕度計(jì)，而電子式濕度傳感器是近幾十年．特別是近 20 年才迅速發(fā)展起來(lái)的。 隨著時(shí)代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門(mén)，越來(lái)越需要采用濕度傳感器，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越 來(lái) 越高，對(duì)環(huán)境溫、濕度的控制以及對(duì)工業(yè)材料水份值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一。濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于 90 年代興起的行業(yè) 。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了 很大的 進(jìn)步。濕 度 傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代濕 度 、 溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。 濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。 濕度傳感器具有如下特點(diǎn)： 濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到177。 2%～ 177。 5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到177。 2%～ 177。 3%RH 的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（ 20℃177。 10℃）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影 5 響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說(shuō)來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問(wèn)題，年漂移量控制在 1%RH 水平的產(chǎn)品很少，一般都在177。 2%左右，甚至更高。 濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在 ～%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影 響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在 40℃以上正常工作。 校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見(jiàn)的指針式濕度計(jì)是不能用來(lái)作標(biāo)定的，精度無(wú)法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。 對(duì)市場(chǎng)上濕度傳感器產(chǎn)品的幾點(diǎn)分 析 ： 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了不少?lài)?guó)內(nèi)外濕度傳感器產(chǎn)品，電容式濕敏元件較為多見(jiàn)，感濕材料種類(lèi)主要為高分子聚合物 、 氯化鋰和金屬氧化物。 電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國(guó)外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國(guó)外名牌，價(jià)格都較昂貴。市場(chǎng)上出售的一些電容式濕敏元件低價(jià)產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想， 30%RH 以下， 80%RH 以上感濕段變形嚴(yán)重。無(wú)論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長(zhǎng)期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長(zhǎng)期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為 pF 級(jí) ， 1%RH 的變化不足 ，容值的漂移改變往往引起幾十 RH%的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備 40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。 電容式濕敏元件抗腐蝕能力也較欠缺，往往對(duì)環(huán)境的潔凈度要求較高，有的產(chǎn)品還存在光照失效、靜電失效等現(xiàn)象，金屬氧化物為陶瓷濕敏電阻，具有濕敏電容相同的優(yōu)點(diǎn)，但塵埃環(huán)境下，陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效，往往采用通電除塵的方法來(lái)處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，氧化鋁感濕材料無(wú)法克服其表面結(jié)構(gòu) “ 天然老化 ” 的弱點(diǎn)，阻抗不穩(wěn)定，金屬氧物陶瓷濕敏電阻也同樣存在長(zhǎng)期穩(wěn) 定性差的弱點(diǎn)。 氯化鋰濕敏電阻，具有最突出的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性極強(qiáng)，因此通過(guò)嚴(yán)格的工藝制作， 6 制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達(dá)到較高的精度，穩(wěn)定性強(qiáng)是產(chǎn)品具備良好的線性度、精密度及一致性，是長(zhǎng)期使用壽命的可靠保證。 目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為 Honeywell 公司（ HIH360 HIH360 HIH3610 型）， Humirel 公司（ HM1500、 HM15 HF322 HTF3223型）， Sensiron 公司（ SHT1 SHT15 型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類(lèi)型： 線性電 壓輸出式集成濕度傳感器 。 典型產(chǎn)品有 HIH3605/36 HM1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。 線性頻率輸出集成濕度傳感器 。 典型產(chǎn)品為 HF3223 型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在 55%RH 時(shí)的輸出頻率為 8750Hz（型值），當(dāng)上對(duì)濕度從 10%變化到 95%時(shí)，輸出頻率就從 9560Hz 減小到 8030Hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配