【正文】 干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器，它的測濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于 10℃時使用。前者用高分子聚合物和導電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片 ；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的電阻。它制作精巧，性能優(yōu)良，常用在探空儀和遙測中。本文就為解決這一問題而設計的對機房的溫濕度測控系統(tǒng)，保證機房的溫濕度在額定范圍值內(nèi)，具有一定的實際意義。溫濕度監(jiān)測除用于機房監(jiān)測外，還可以廣泛應用于如生物制藥、無菌室、潔凈廠房、電信銀行、圖書館、檔案館、文物館、智能樓宇等各行各業(yè)需要溫濕監(jiān)測的場所和領(lǐng)域 。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。 當今世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。 隨著智能檢測系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)將多傳感器系統(tǒng)結(jié)合在一起。在溫濕度要求嚴格的場合，利用多傳感技術(shù)可以提高系統(tǒng)的可靠性和精度，亦可以提高系統(tǒng)的時間空間的覆蓋范圍。系統(tǒng)總體方框圖如圖 . 圖 系統(tǒng)總體方框圖 本設計由信號采集、信號分析和信號處理三個部分組成的： (1) 信號采集 由 SHT10 溫濕度模塊組成； (2) 信號分析 由單片機 STC89C52基本系統(tǒng)組成； (3) 信號顯示 由 LCD1602顯示器和報警電路 以及驅(qū)動電路 組成。片上 Flash 允許 ROM 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 工作電壓： （ 5V 單片機） / （ 3V 單片機） . 工作頻率范圍： 0 40 MHz，相當于普通 8051 的 0～ 48MHz. 工作溫度范圍： 0 — 75 / 40 — +85. 單片機 STC89C52 數(shù)碼管顯示 報警電路 驅(qū)動電路 溫濕度傳感器 4 STC89C52 主要特性 (1) 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容； (2) 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； (3) 1000 次擦寫周期； (4) 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz； (5) 三級加密程序存儲器； (6) 32 個可編程 I/O 口線； (7) 三個 16 位定時器 /計數(shù)器； (8) 八個中斷源； (9) 全雙工 UART 串行通道； (10) 低功耗空閑和掉電模式； (11) 掉電 后中斷可喚醒； (12) 看門狗定時器； (13) 雙數(shù)據(jù)指針； (14) 掉電標識符。作為 輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復用。在 Flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。 P1 口：具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 Flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在方位外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高八位地 址。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動四個 TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。 ALE/PROG ：控制信號（ ALE）是訪問 外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作將無效。否則， ALE 將被微弱拉高。 PSEN ：外部程序存儲器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號。 EA /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。 為執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應該接 VCC。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 SHT10 溫濕度模塊 圖 SHT10 溫濕度傳感器 SHTxx 系列產(chǎn)品是一款 高度集成的溫濕度傳感器芯 片，提供全 量程 標 定 的數(shù)字輸7 出 。傳感器包括一個電容性聚合體濕度敏 感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩 個敏感元件與一個 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及一個串行 接口電路設計在同一個芯片上面。 如圖 是 SHT10 溫濕度傳感器的實物圖。45%RH，測溫精度 177。 引腳說明及接口電路 （ 1）典型應用電路 如圖 是的典型接線圖 圖 SHT10 電路 8 （ 2）電源引腳（ VDD、 GND） SHT10 的供電電壓為 ～ 。在此期間不發(fā)送任何指令。 （ 3）串行接口 SHT10 的兩線串行接口（ bidirectional 2wire）在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似 I2C 總線但并不兼容 I2C 總線。 SCK 引腳是 MCU 與 SHTIO 之問通信的同步時鐘，由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。 DATA 引腳是 1 個三態(tài)門，用于 MCU 與 SHT10 之間的數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸期間，當 SCK 為高電平時， DATA 數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定狀態(tài)。 命令與時序 （ 1） SHT10 命令 SHT10 命令如表 1 所列。其時序為：當 SCK 為高電平時 DT 翻轉(zhuǎn)保持低電平，緊接著 SCK 產(chǎn)生 1 個發(fā)脈沖，隨后在 SCK 為高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)保持高電平。 SHT10 指示正確接收命令的時序為：在第 8 個 SCK 時鐘的下降沿之后將 DATA 拉為低電平（ ACK 位） ,在第 9 個 SCK時鐘的下降沿之后釋放 DATA（此時為高電平）。發(fā)送一組測量命令后控制器要等待測量結(jié)束，這個過程大約需要 20/80/320ms 對應其 8/12/14 位的測量。 SHT10 下拉 DATA 至低電平而使其進入空閑模式。 接下來傳輸 2 個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和 1 個字節(jié)的 CRC 校驗。所有的數(shù)據(jù)都從 MSB 開始，至 LSB 有效。 10 確認 CRC 數(shù)據(jù)位之后，通信結(jié)束。 測量和通信結(jié)束后 ， SHT10 自動進入休眠狀態(tài)模式。保持 DATA 為高電平，觸發(fā) SCK 時鐘 9 次或更多，接著在執(zhí)行下次命令之前必須發(fā)送一組 “傳輸啟動 ”序列。 圖 復位時序 （ 5）狀態(tài)寄存器讀寫時序 SHT10 通過狀態(tài)寄存器實現(xiàn)初始狀態(tài)設定。 圖 讀時序 寫狀態(tài)寄存器時序如圖 所示。整個數(shù)據(jù)的傳輸過程都由 8 位校驗保證，確保任何錯誤的數(shù)據(jù)都能夠被檢測到并刪除 [1] 。如 12 位精度測量，每秒最多測量 2 次。 當測量溫度與 25℃ 相差較大時，則需要考慮傳感器的溫度系數(shù)： 其中， RHtrue 為溫度不等于 25℃ 時相對濕度的實際值， θc 為當前溫度， t t2 是系數(shù)，如表2 所列。 表 3 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù) 由于濕度與溫度經(jīng)由同一塊芯片測量而得，因此 SHT10 可以同時實現(xiàn)高質(zhì)量的露點測量 。 L 7805 穩(wěn)壓塊 圖 L 7805 穩(wěn)壓塊 L 7805 基本參數(shù)： 輸出電壓： ； 靜態(tài)電流： ； 13 輸出噪音電壓： 40uV； 紋波抑制比： 78dB； 輸出電阻： 17mΩ； 輸出電壓溫度 系數(shù)： ℃ 。 內(nèi)含限流保護電流，防止負載短路燒毀元件 。 內(nèi)含功耗限制電路，防止燒毀輸出驅(qū)動器晶體管。 14 三 系統(tǒng)的硬件設計與連接 主控模塊 本系統(tǒng)設計應用 AT89S52 單片機作為系統(tǒng)的控制核心。鍵盤控制采用 P3 口，其中 進入 /退出溫濕度的設置 ， 是 溫 濕度的 轉(zhuǎn)換顯示 ， 。 器的接線口。因此，在設計中，使用 12M 的晶振與 2 個 30P 的瓷片電容組成單片機的晶體振蕩電路，為單片機的正常工 作提供了振蕩信號。當工作電路在瞬間上電時，電容 C3 瞬間導通， +5V 加載到單片機的第 9 腳（ reset），系統(tǒng)完成上電復位。設計此按鍵的好處是，當在系統(tǒng)死機的的情況下，可以在不斷電的情況下按下此按鍵，完成單片機熱啟動 圖 晶振與復位電路 溫濕度模塊 如圖 中的 RP1 是 的排阻 ，在電路中主要起到了上拉電壓的作用，因為單片機的端口屬于弱上拉，因此加入此上位電阻后，可以使得信號采集更加穩(wěn)定。 拿當前取得的溫濕度數(shù)據(jù)與溫濕度設置的上下限進行比較，如果比上限高的話，那么上限報警，如果下限高的話，那么下限報警。 圖 報警電路 顯示模塊 該電路采用動態(tài)掃描的形式，數(shù)碼管采用的是共陽的數(shù)碼管，在一般單片機的設計中，采用共陽的數(shù)碼管，可以使得結(jié)構(gòu)更加簡單控制更加容易。 獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立， 其電路如圖 所示， 每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。 圖 按鍵接線圖 18 驅(qū)動模塊 驅(qū)動電路采用 電磁式繼電器 ，其 具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、堅固耐用、價格便宜等優(yōu)點．應用極其廣泛，它是最為典型和常用的繼電器。其電路如圖 ： 圖 繼電器接線圖 電源模塊 本設計的電源電路由兩部分組成 （如圖 所示） ，一部分為 DC12V 變壓器供電，而另一部分，則由 6V 電池供電。 第一部分，當 DC12V 變壓器插入 DC 電源座的時候， +12V 電源經(jīng)過 D1 二極管 4007 后到達 7805 穩(wěn)壓模塊的輸入腳，經(jīng)過 7805 穩(wěn)壓后，變成穩(wěn)定的 +5V，為整個電路提供供 電電源。二極管的壓降一般為 ，經(jīng)過降壓后的電壓大概為 。 19 圖 電源電路圖 20 四 系統(tǒng)軟件方案的設計 子程序流程圖 Y N Y N Y N Y N 設置按鍵按下 初始化設置參數(shù) 保存設置參數(shù)，退出，返回主程序 查看設置及退出鍵是否有按下 查看設置轉(zhuǎn)換按鍵是否有按下 返回設置子程序 查看 +按鍵是否有按下 查看 — 按鍵是否有按下 顯示相應的參數(shù)加 顯示相應的參數(shù)減 寫相應的設置位，并顯示相應的參數(shù) 21 主程序流程圖 Y N Y N Y N Y N Y N