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单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计.doc
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2022-07-07
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单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计
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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%R
H。图 11 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。PIC16C
73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RA
2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,PIC16C7
3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DS
1820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。调节R2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9脚输出与
频率成线性的电压,然后经C3等滤波后送入PIC16C73的RA0端,再进行A/D转换以将其转换成数字信号。
本例中的湿敏传感器为MXS型电容式湿敏传感器,湿度为76%RH时的电容值为500pF,电容相对变化率为+
1.7pF/%。当湿度为0%~100%RH时,9脚输出的相应信号频率为0~1000Hz,精度为2%,F/V
电路输出的电压为0~5V。调整时,可先设定湿度为5%RH,然后调节R2,使9脚输出100mV电压即可。
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