论文——基于RS485接口总线的温度和湿度网络传感器

基于RS485接口总线的温度和湿度网络传感器 摘要：RS485是CPU与外部设备通信中的一个重要的通信协议，它被广泛应用于监控系统及工程应用。DS18B20是用来测试温度基于89S52 MCV的温度和湿度的传感器。ADC0831延伸到转换湿度传感器NKHT的输出信号，从中可以得到湿度值。温度和湿度的显示值不仅可以在LCD上显示，也可以采用RS485接口来输出，用户可以通过其中的温度和湿度的网络控制系统轻松地完成。该传感器具有许多优点 ，如精度高，成本低，体积小，易构建网络等。关键词：89S52单片机; DS18B20; ADC0831; NKH Thumidity传感器I. 引言传感器技术是信息技术的三大基础之一。在未来的发展，它的一体化、多功能、智能化、高精度、高稳定性、高可靠性和网络将是传感器技术的重点。温度湿度传感器在农业、气象、环保等领域占有一个越来越重要的地位。传统的温湿度传感器的输出信号是电压、电流、电阻或频率，使用它来设计一个控制测量系统，信号调理电路。虽然数字温度的新型湿度传感器具有简单的单片机接口，但它的精度比较低所以它是很难完成的一个网络系统的设计。本文设计的传感器界面非常简单，但是它的精度是非常高的，而且可以解决上面的问题。通过这样的传感器，温度及湿度的值可以被显示在LCD上，这是很容易实现的网络设计，且受到了消费者的欢迎。II. 典型应用 典型应用一：运用了液晶显示器，温度和湿度传感器本身便成了一种数字显示器，它可以在机房、医院、汽车病房中被采用。 典型应用二：感光芯片的通信地址可以很容易地设置拨码开关，从中，RS-485网络可以构造温度和湿度的网络系统。它适用于谷仓室、蔬菜室、超市等领域。图1 温度和湿度测量系统框图III. 硬件设计 传感器的硬件由CPU单元、温度采集单元、湿度采集单元、液晶显示单元、拨码开关单元和通信单元组成。它的结构如图2所示：液晶显示仪中央处理器 温度采集拨码开关湿度采集RS485总线图2 框图的硬件设计A. CPU单元 AT89S52作为传感器的关键部件，它是由Atmel公司生产的，被广泛应用于设计，这是带有CMOS的8位高速处理器。高速嵌入式闪存为8K字节，它的嵌入式RAM为256字节。它的功率范围从4.0V到5.5V，其中有一个内嵌看门狗和UART通信通道。AT89S52可应用于许多复杂的控制区域且成本低。B.温度采集单元 温度采集单元是由DS18B20数字温度与单总线组成，这是由DALLAS公司制造的。DS18B20有很多优点，如体积小，电源电压范围大，温度调控范围大（-55+125），高分辨率（912位），高精度（OSC）等。单片机只有一个I/O口，需要连接DS18B20。图3 温度采集单元框图C.湿度采集单元 湿度采集单元，测量湿度数据，由湿度传感器NKHT和AD转换器ADC0831组成。如图4所示：图4 湿度采集单元框图 NKHT传感器的输出信号是电压从0V到5V，相当于温度从0RH变化到100RM。NKHT的可靠性高，线性度高，所以它被广泛应用于BAM、楼宇自动化、蔬菜室等。 该ADC0831系列是8位逐次逼近型串行I/O的A/D转换器 ，其被配置为符合国科会MICROWlRE串行数据交换标准，方便接口处理器。ADC0831是用来测量NKHT传感器上的电压。有三个引脚连接到单片机，分别是CLK、DO和CS，从MCU可以计算出实际的湿度数据。D.液晶显示单元 该装置是由1602液晶显示器构成，它是用来显示当地的温度和湿度的数据。1602液晶显示器可用于显示字母、数字、符号等，这当然也可以显示中文的数据模式。在设计中，液晶的第一行是用来显示温度数据，第二行用来显示湿度数据。D0D7是并行数据线。E为使能引脚。 R/W为读/写线。RS是电阻选择引脚。VL是引脚调整LCD的对比度。图5 液晶显示器E.拨号开关单元 4位拨码开关用于设置传感器的通信地址，这对于构建一个RS-485网络是非常重要的，因为不同的子机需要在RS-485网络中有不同的地址，由于只有四位，如果这种传感器被选中，则在网络中至多有16个子机。F. RS-485通讯接口单元 RS-485通讯接口单元是由MAX485芯片和其他外围电路组成，从其中的温度和湿度数据可以与指定的RS-485协议通信，其中的温度和湿度数据可以被输出，向外与RS-485指定的协议通信。 有一个串行通信端口（UART）是嵌入在AT89S52中的，扩展MAX485芯片构建一个标准的RS-485接口。串行输出引脚R0连接到89S52的RXD，RI连接到TXD。发送使能引脚DE和MAX485接收使能引脚RE连接到89S52的同一个I/O口，从而MAX485只能根据RS-485的需求在某一时刻处在发送状态或在接收状态。图6 RS-485通讯接口框图IV. 软件设计所有的程序，用C51编程语言，在Keil开发环境下编译和调试，其中中断技术、数字滤波技术、系数补偿技术和其他先进技术也是如此。该软件是由主程序模块、温度采集模块、湿度采集模块、数据显示模块、通信模块和其他模块组成，其中主程序模块是一个最重要的部分。如下表显示：开始初始化读地址温度测试湿度测试在LCD上显示数据传输数据 设定数据YN 图7 主程序流程图V.结论 选择温度传感器DS18B20和湿度传感器NKHT来设RS-485型网络传感器，其结构简单，使用的方法容易。因为合理的硬件和软件设计，传感器正确的的温度和湿度的数据，稳定可靠，使这样的传感器已被广泛应用于不同的环境。技术指标：温度测量的范围是-1 0+85，精度为0.5C。湿度测量范围为199，其精度为3。拥有了这样的传感器，很容易构造一个网络控制系统，这是值得我们推广的。致谢 本文是由上海BJOCKE信息技术有限公司支持。参考文献1谢广中, 蒋亚东, 仰邦朝. 温湿度智能传感器的网络软件的开发, Journal of UEST of China 2003(2): 43-45 .2罗念宁, 崔晟敏, 梁雄军. 温湿度传感器结合使用的汽车的设计. 表技术与传感器, 20