【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用 MCU 的 I/O 引腳數(shù)情況如何，因?yàn)?MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù)超過(guò)了輸入通道時(shí)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開(kāi)發(fā)難度、成本要盡量小。 目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有 Philips 公司的 I2C 總線 、 Motorola公司的 SPI總線 、 National Semiconductor 公司的 Microwireplus 總線 、 Dallas Semiconductor 公司的 1Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus 總線等。 常用的數(shù)字溫度傳感器主要有： （ 1） AD7418 是 美國(guó)模擬器件公司（ ADI）推出的單片溫度測(cè)量與控制用集成電其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。測(cè)溫范圍為 55℃ ~+125℃ ，具有 10 位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為 ℃ ，精度為 177。2 ℃ ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 15~30ms。具有體積小、編程簡(jiǎn)單、使用容易、測(cè)量精度高，并且不易受環(huán)境 干 擾等優(yōu)點(diǎn)。 AD7418 可以級(jí)聯(lián)至多 8基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 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(guò) 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(guò)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(guò)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(guò)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 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ） 8 近年來(lái)，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、 HM15 HF322HTF3223 型）， Sensiron 公司（ SHT1 SHT15 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 HIH3605/36 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)。 （ 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(méi)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。 基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 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(guò)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。 可見(jiàn)液晶顯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(méi)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(méi)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(guò)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(guò)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(jiàn)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。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ） 10 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 DS18B HIH3610 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。 基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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 。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ） 12 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(shuō)明如下 ： NC： 空引腳，不連接外部信號(hào)。 VDD： 接電源引腳，電源供電 ~。 GND：