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单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 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0~50℃和20%~98%RH(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如下:

●在0~50℃和20%~98%RH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(0~50℃)±0.5℃;湿度(20%~98%RH)±2%~3%RH。

图1

1 硬件设计

该装置的硬件框图如图1所示。它主要由单片机PIC16C73及外部电路构成。PIC16C73是由美国Microchip公司生产的8位单片微机,采用Harvard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35条单字节指令,除了跳转指令是2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8位单片机节省了1/2的程序空间,并具有41的速度优势。PIC16C73在芯片内集成了一个8位算术逻辑单元和工作寄存器、4k程序存储器、192个数据寄存器、22个I/O口、3个定时/计数器及2个捕捉/ 比较/PWM模块和2个串行口,其中A/D转换器具有5路模拟量输入端,同时还具有时钟、复位、看门狗定时器等。这5路模拟量输入通道共同复用一个采样/保持和A/D转换器。PIC16C73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、RS-232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。

1.1 温度检测电路

温度检测电路选用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DS1820作为温度检测器件,该器件只有3个引脚(即电源VDD、地线GND、数据线DQ),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I/O线通信时,DS1820的电源电压是以寄生方式供电的,因此,只需将其VDD和GND端接地即可。该电路的检测温度范围为-55~+125℃;精度为0.5℃;用9bit数字量来表示温度;每次将温度转换成数字量需200ms。笔者采用三块DS1820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DS1820放置在房间的不同位置。获得温度信息时,先由PIC16C73的RA2脚发送一个1ms的复位脉冲,以使DS1820复位后将向PIC16C73发送一个回应脉冲,PIC16C73接到回应脉冲后将发送读DS1820序列号的读ROM命令,以分别读取三个DS1820的序列号(每一块DS1820有唯一的序列号);然后,PIC16C73再发出定位命令以选择在线的DS1820并进行温度转换。此时PIC16C73的RA1脚应输出一个保持2s以上的高电平信号来使SK214导通,从而提供DS1820在总线供电下进行温度转换时所需的1mA电流。当温度转换完成后,PIC16C73的RA2脚会发送DS1820的存储命令,从而完成温度信息数据的转换和读取。

1.2 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PIC16C73可以接受的电信号,本例中采用EL7556来实现转换。EL7556由积分电路、基准电路、频率转换电路及频率—电压(F/V)转换电路等组成,积分电路及R1、R2、C1用于产生一定频率的脉冲信号并从5脚送至8脚。调

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