单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计

单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计-摘要：介绍了环境温湿度实时测控装置的研制思路和方法。该装置可实现环境温度、湿度的实时测量与控制，并附有通信接口以及可控制多种设备的多点时间控制电路，能方便地应用于各种温湿度控制场合。 关键词：PIC16C73；测控；通信；温湿度环境条件中的温湿度指标是许多工作场合的重要参数，不论是仓库管理、图书保存还是工业测量与计量检定，都需要符合操作规定的温湿度环境条件。而温湿度也是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温湿度控制器显得非常重要。本文介绍的温湿度实时控制装置可在和（相对湿度）的范围内任意设定温湿度值，其附加的通信接口可方便地实现与计算机的实时通信，而且便于功能的扩展，可保证温度、湿度满足设计指标。此外，该装置还可自动控制多个设备的多点时间控制电路，因而具有更广泛的应用前景。该装置可实现的功能在和间可任意设定温湿度控制点；可以实时监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；对环境温湿度的控制可满足设计指标；具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；设有语音提示功能，可方便地实现仪器操作和工作管理提示；配有通信接口，可方便地与计算机进行通信；温湿度控制的精度分别为：温度（）；湿度（）。硬件设计该装置的硬件框图如图所示。它主要由单片机及外部电路构成。是由美国公司生产的位单片微机，采用结构，这种结构可使指令执行和取指操作重叠进行，因而具有很高的执行速度。它只有条单字节指令，除了跳转指令是周期指令外，其它指令都是单周期指令。这些特点使它较之于别的位单片机节省了的程序空间，并具有的速度优势。在芯片内集成了一个位算术逻辑单元和工作寄存器、程序存储器、个数据寄存器、个口、个定时计数器及个捕捉 比较模块和个串行口，其中转换器具有路模拟量输入端，同时还具有时钟、复位、看门狗定时器等。这路模拟量输入通道共同复用一个采样保持和转换器。外接温湿度采样电路及电器驱动电路，因而可实现对温湿度的控制。该系统硬件主要包括本机地址设定电路、采样电路、键盘显示电路、看门狗电路、电器驱动电路、时间设置及定时驱动电路、通信等电路。下面以计量实验室温湿度的控制为例，对各主要电路加以介绍。 温度检测电路温度检测电路选用公司生产的一线式数字温度传感器作为温度检测器件，该器件只有个引脚（即电源、地线、数据线），且不需要外部元件，而是共用一条数据线进行通信，使用一根线通信时，的电源电压是以寄生方式供电的，因此，只需将其和端接地即可。该电路的检测温度范围为；精度为；用数字量来表示温度；每次将温度转换成数字量需。笔者采用三块来实现对实验室环境温度的检测，之所以用三块，是为了更好地保持温度的恒定。使用时可分别将这三块放置在房间的不同位置。获得温度信息时，先由的脚发送一个的复位脉冲，以使复位后将向发送一个回应脉冲，接到回应脉冲后将发送读序列号的读命令，以分别读取三个的序列号（每一块有唯一的序列号）；然后，再发出定位命令以选择在线的并进行温度转换。此时的脚应输出一个保持以上的高电平信号来使导通，从而提供在总线供电下进行温度转换时所需的电流。当温度转换完成后，的脚会发送的存储命令，从而完成温度信息数据的转换和读取。 湿度检测电路湿度信号的获取采用电容式湿敏传感器作为湿度检测器件。环境湿度与传感器电容成线性关系，所以可方便地将湿度转换成可以接受的电信号，本例中采用来实现转换。由积分电路、基准电路、频率转换电路及频率电压（）转换电路等组成，积分电路及、用于产生一定频率的脉冲信号并从脚送至脚。调节可对该脉冲信号频率进行调整，从而使湿度传感器的线性和灵敏度处于较好状态；基准电路和频率转换电路可将湿度传感器的电容变化转换成频率变化，再经频率电压转换电路后从脚输出与频率成线性的电压，然后经等滤波后送入的端，再进行转换以将其转换成数字信号。本例中的湿敏传感器为型电容式湿敏传感器，湿度为时的电容值为，电容相对变化率为。当湿度为时，脚输出的相应信号频率为，精度为，电路输出的电压为。调整时，可先设定湿度为，然后调节，使脚输出电压即可。 定时及控制驱动电路定时主要用于提前预热仪器设备和定时语音提醒等，该功能的实现由单片机来完成。时钟频率选用，该频率可使单片机工作在最小功耗状态并可简化分频、定时程序的编写。可选用看门狗电路来作为定时基准，看门狗每复位一次可确保时钟的准确及语音电路的播放操作。控制驱动电路用于保护仪器。各个电磁阀的导通要有一定的时间间隔，本例中为分钟。推荐的工作方式为：电磁阀导通，接通稳压电源；以后每间隔分钟接通一个相应设备（应先启动感性及大功率设备）。这样，当：上班后即可保证有些需要预热小时的仪器设备进入最佳工作状态，从而提高工作效率，保证计量检定的质量。电器驱动电路控制的设备主要包括空调机、风机、吸湿机、加湿机等，可分别采用过零型固态继电器来控制工作。为了便于扩展该装置的功能，系统应留有足够的扩展空间。因此，设计时可用的口作控制口，另外可外扩两片以作备用。该系统最多可控制个设备以满足不同需要。继电器采用交流固态继电器，其内部采用光电隔离方式，可有效地避免电磁干扰。当单片机检测到温湿度信号超过设定值时，将从口发出控制信号，并通过光耦产生大于的触发电流使固态继电器启动相应的电器工作，从而实现对相应设备的控制。设计时应注意各个电器不要同时启动以免冲击电网，这部分工作可由软件延时完成。固态继电器可选择国产的。 语音电路 语音电路用于完成多种语音提示。可选用台湾公司生产的语音处理芯片。该器件除了支持按键直接控制话筒和喇叭的随录随放功能和快速搜索放音模式外，还具有完善的微处理器控制模式，并可用单片机控制它的所有功能。其主要提供的语音信息为 （）加湿器、吸湿器水箱的水满和缺水报警。这部分语音信号的触发由安装在水槽内的导电电极片完成；（）中午休息和下班信息的提示；（）预约工作的提示，如可提示预先设置的工作计划安排等信息。语音的录制等操作可由键盘和完成。 通信和键盘显示电路为了更好地实现与上位计算机之间的通信和系统功能的扩展，该装置设有接口电路，通信速率可由用户在比特等种中通过键盘按需选择。该系统的键盘设有个按键：为个数字键；为设定功能选择键，为设定完成确定键，为显示选择键，键则用于完成语音处理和通信等功能。对于温湿度的显示，则可采用位动态分时完成。软件设计该系统软件可采用模块化设计方法，用汇编语言来实现。包括主程序、中断服务程序、温湿度检测程序、语音处理程序、定时驱动程序、显示子程序等。主程序以循环方式工作，主要完成中断初始化、键盘扫描、温湿度检测、语音处理及显示子程序的循环调用等功能。 主程序设计主程序是控制和管理的核心，主要完成在系统上电后进行定时器和中断处理操作的初始化。初始化主要完成对温湿度的设定和检查除定时器外的所有中断禁止，同时断开各电器的电源。初始化完成后，系统将开始正常运行，并进行温湿度检测、键盘扫描及定时处理等操作，其软件流程如图所示。 温湿度处理子程序温度传感器选用，其软件的编写相对简单，输入单片机的信号为位数字信号，它不需要进行转换。这里应注意的是，软件控制单片机向发送的复位脉冲一定要大于，否则软件将无法正常运行。这主要与的写时间有关，在用软件进行写之后和写之前，必须有的低脉冲，写后再写也是如此，否则将出现数据写错误。由于内含转换器，因此，参考电压可由软件设置为器件的正电源电压，同时由引脚接入的模拟电压可经转换成数字信号。系统中的模块有个寄存器分别为：转换结果寄存器（）、控制寄存器（）和控制寄存器（）。其中控制寄存器用于控制模块的工作，寄存器的上电复位值是，未用位在执行读操作时为，不能执行写操作，其它位均可读写。控制寄存器则只用了位，这位是转换口配置位，通过这些位可将模拟口配置成不同的工作方式，包括模拟量输入输出、数字量输入输出以及参考电压。以通道为例，其转换程序 ， ；选择页面 ；配置输入 ， ；使能中断 ， ；选择页面 ；时钟、接通 ；