【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 聯(lián)至多 8 片在同一個(gè) I2C 總線上。（2）LM74 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、A/D 數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在傳感器通電工作后自動(dòng)按一定速率對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并在片內(nèi)寄存器中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換的溫度值，主機(jī)可以在任意時(shí)刻讀出傳感器溫度值。LM74具有休眠模式，在休眠時(shí)消耗的電流不超過 10μA,適用于對(duì)功率消耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。LM74 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為 12 位外加符號(hào)位，因此在其有效工作范圍內(nèi)可達(dá) ℃的分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 425ms。（3）MAX6575L/H 是美國(guó) MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，使用方便。測(cè)溫范圍為40~+125℃，其誤差范圍：在 25℃時(shí)優(yōu)于177。3℃在 85℃時(shí)優(yōu)于177?！?，在 125℃時(shí)優(yōu)于177。5℃。但是 MAX6575L/H 在其測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測(cè)量時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。它最多允許在一根 MCU 的 I/O 總線上同時(shí)掛接 8 個(gè)MAX6575L/H 進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。為了避免多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象MAX6575 提供了“L”和“H”兩種型號(hào)的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號(hào)的傳感器又可以通過時(shí)間選擇引腳。但是，MAX6575L 的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在 5m 以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測(cè)溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個(gè)弊端。（4）DS18B20 是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且可以通過總線供電，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20 的測(cè)溫范圍55~+125℃，最高分辨率可達(dá) ℃，由于每一個(gè) DS18B20 出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)：（1）適用于低速測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；（2）性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；（3）具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；（4）軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。由于 DS18B20 獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)，占 MCU 的 I/O引腳資源少，MCU 的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用DS18B20 作為溫度測(cè)量的傳感器。濕度傳感器的選用近年來，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的發(fā)展。濕敏傳感器正從簡(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。選擇集成濕度傳感器應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測(cè)量范圍寬，要有較好的一致性、可重復(fù)性，線性度要好、濕滯小，較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強(qiáng)的抗污染能力、使用壽命長(zhǎng)。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、HM15HF322HTF3223 型） ，Sensiron 公司（SHT1SHT15 型） 。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：（1）線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有 HIH3605/36HM1500/1520 。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)。（2）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)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。（3）頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為 HTF3223 型。它除具有 HF3223 的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從 NTC 端引出，配上二次儀表即可測(cè)量出溫度值。常用的集成濕度傳感器主要有：（1）HIH3610 是美國(guó) Honeywell 公司生產(chǎn)的具有信號(hào)處理功能的熱固聚酯電容式相對(duì)濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、臟物、油、及一些化學(xué)品。工作范圍：溫度40~+85℃，相對(duì)濕度 0~100%RH，精度達(dá)到 177。2%RH，激光修正互換性至 5%RH，低功耗驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為 200μA，反應(yīng)時(shí)間為 15s，穩(wěn)定性好、較低的漂移、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)。（2）HF3223 濕度傳感器是法國(guó) Humirel 公司生產(chǎn)的專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)相對(duì)濕度傳感器，具有線性的頻率輸出，濕度測(cè)量范圍 10~95%RH，精度177。5%RH ，濕度遲177。%RH，溫度工作范圍30~+80℃，溫度特性好，高可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性，在長(zhǎng)時(shí)間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕，反應(yīng)時(shí)間 10s，對(duì)化學(xué)品有較高的抵抗性，浸水沒有影響。（3）HM1500 濕度傳感器是法國(guó) Humirel 公司采用 Humirel 專利濕敏電容 HS1101 設(shè)計(jì)制造的相對(duì)濕度傳感器。帶防護(hù)棒式封裝，5VDC 恒壓供電，1~4VDC 放大線性電壓輸出，便于用戶使用。濕度測(cè)試量程為 0~100%RH，精度達(dá)177。3%RH （10~95%RH 范圍） ，防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質(zhì)，非常低的溫度依賴性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，反映時(shí)間 5s，廣泛應(yīng)用于機(jī)房監(jiān)控，智能樓宇，倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控等控制場(chǎng)合，價(jià)格實(shí)惠，是一款性價(jià)比極高的濕度傳感器。線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品HIH3610。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)。故選用HIH3610。顯示模塊的選用顯示有串行和并行兩種方式。并行顯示方式占用硬件資源多，八個(gè)筆劃段和幾個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制端都要接到單片機(jī)的 I/O 引腳，但顯示刷新速度快；串行顯示方式占用硬件資源少，僅數(shù)據(jù)鎖存控制端、時(shí)鐘端、數(shù)據(jù)端三個(gè)端口要接到單片機(jī)的 I/O 引腳上，顯示刷新速度較并行顯示方式慢。顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED） 。液晶顯示器在使用中有許多注意事項(xiàng)：不能對(duì)它長(zhǎng)期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對(duì)于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時(shí)烙鐵要接地?？梢娨壕э@示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時(shí)也有一定的優(yōu)勢(shì)，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 PA 級(jí)的。數(shù)碼管顯示器不同與液晶顯示器，它對(duì)電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕陽(yáng)光的照射，也沒有嚴(yán)格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室內(nèi)、室外、黑暗和光線強(qiáng)的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。本系統(tǒng)由于要適合在不同環(huán)境條件下使用，所以選用數(shù)碼管顯示器。綜上所述，本設(shè)計(jì)最終選用的集成溫度傳感器 DS18B20 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。濕度傳感器是采用了 HIH3610 相對(duì)濕度傳感器它是一種熱固聚脂電容式傳感器。采集到的濕度信號(hào)經(jīng)過 555 振蕩電路后，送至單片機(jī) 口，實(shí)現(xiàn)濕度的顯示與控制。 系統(tǒng)組成框圖以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測(cè)量電路，濕度測(cè)量電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示電路，語(yǔ)音報(bào)警電路，見圖 21。選用的主要器件有:溫度傳感器 DS18B20，濕度傳感器 HIH3610，單片機(jī) AT89S52，6 數(shù)碼管顯示模塊，MAX232，集成定時(shí)器 555 芯片等。D S 1 8 2 O 溫度傳感器H I H 3 6 1 0 濕度傳感器單片機(jī)8 9 S 5 2串行口 L E D 顯示 報(bào)警電路光電耦合圖21 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的：（1）信號(hào)采集 由 DS18BHIH3610 組成；（2）信號(hào)分析 單片機(jī)AT89S52基本系統(tǒng)組成；（3）信號(hào)顯示 由串行口LED顯示器和報(bào)警電路組成。3 系統(tǒng)的工作原理 傳感器的基本特性在監(jiān)控系統(tǒng)中有各種不同的物理量需要監(jiān)測(cè)和控制，這就要求傳感器能感受被測(cè)非電量并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的電量。傳感器所測(cè)量的非電量是處在不斷的變化之中，傳感器能否將這些非電量的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，取決于傳感器的輸入——輸出特性。傳感器這一基本特性可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來描述 [7]。 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有:線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器測(cè)量靜態(tài)信號(hào)時(shí)，由于被測(cè)量不隨時(shí)間變化，測(cè)量和記錄過程不受時(shí)間限制。而實(shí)際中大量的被測(cè)量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測(cè)量的大小，還要顯示被測(cè)量隨時(shí)間變化的規(guī)律，即被測(cè)量的波形。傳感器能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如:最大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。 溫度傳感器美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9 位的溫度讀數(shù)。并且多個(gè)DS18B20 可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。由于每一個(gè) DS18B20 出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其 ROM 中，因此 CPU 可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與其它溫度傳感器相比，DS18B20 具有以下特性:（1）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。（2）DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（3）DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件。（4）溫范圍55℃~+125℃，固有測(cè)溫分辨率 ℃。（5）測(cè)量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送。DS1820采用3腳TO92封裝或8腳50封裝，管腳排列如圖31所示：圖31 DS18B20的引腳對(duì)圖31 中DS18B20的引腳功能說明如下：NC：空引腳，不連接外部信號(hào)。VDD：接電源引腳，~。GND：接地。DQ：數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。DQ：引腳的I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該引腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。 DS18B20的測(cè)溫原理，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼發(fā)生器等7部分。6 4 位 R O M和單線端口電源探測(cè)存儲(chǔ)器和控制邏輯存儲(chǔ)器8 位 C R C 產(chǎn)生器溫度傳感器上限觸發(fā) T H下限觸發(fā) T L圖32 DS18B20的內(nèi)部框圖測(cè)溫原理見圖33。低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成55℃，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1 從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃，這個(gè)過重復(fù)進(jìn)行直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。斜坡累加器比較計(jì)數(shù)器預(yù)置溫度寄存器= 0預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器高溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)器= 0增 加停止L S B置 位 /清 0圖33 DS18B20測(cè)溫原理圖初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與55℃像對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。以后計(jì)數(shù)器 l每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度外使溫度寄存器存值增加1℃計(jì)數(shù)器所需的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與025℃進(jìn)行比較，℃ ，溫度寄存器的最低位就置 0，若高于 ℃，就置1，℃，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位后置0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，℃，四舍五入最大量化誤差為士l/ZLSB，℃。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號(hào)位其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存寄存器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第1字節(jié)，8