中央空调温湿度检测系统设计

中央空调的温湿度检测系统是空调系统的最基本最重要的控制系统，它的发展必将影响到中央空调性能的发展。文中主要分析并设计了温湿度数据采集电路，单总线接口电路以及液晶显示电路，采用MAX232与现场PC机通信。整个系统的控制器选用单片机AT89S52，温度传感器选用DS2438，湿度传感器选用HIH-4000。在软件设计部分，采用C51编写程序来实现系统各个功能模块的设计。整个系统具有实时性，快速性，稳定性、精确性等优点。

随着人民生活水平的提高，人们对居住环境的要求不断提高，办公楼、商住楼、商场、酒店等建筑已必须配备舒适的中央空调系统。舒适的中央空调系统需要对房间内的温度、湿度、洁净度、空气质量等实行实时监视及准确控制。计算机和自动化技术的发展，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。数字传感器的普及，及其直接输出的数字信号可适配于各种微处理器，使中央空调温湿度检测系统应该在系统稳定性、抗干扰性、实时性和经济性等方面有很高的要求。

1 系统的总体设计方案
1．1 系统的组成
因为本系统是以嵌入式微控制器为核心，它控制本系统的各模块功能，因此选择性能可靠、发展技术成熟的AT89S52单片机为本系统的控制器。本系统主要完成中央空调温湿度信号的采集，信号的处理，以及液晶实时显示等主要任务。下位机由微控制器、温湿度传感器、LCD显示器、键盘输入等组成，其中，温湿度检测模块采用单总线实际方案，仅需1根线实现电源及双向数据传输。其任务是完成中央空调送风口的温湿度信息的采集。上位机主要实现对下位机进行控制，根据温湿度传感器提供的参考数据实现对送风口温湿度的有效的、合理的控制。中央空调温湿度检测系统框图如图1所示。

1．2 系统的工作过程
本系统主要是以温湿度检测模块为核心，湿度传感器采用热固聚酯电容式传感头，同时在内部集成了信号处理功能电路，因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性电压输送到含有2个ADC和一个温度传感器的DS2438温度传感器内。由DS2438将模拟湿度电压信号数字化后，连同温度的数字信号一同通过单总线送入微控制器，完成温湿度信号的采集。微控制器将温湿度信号通过特定的算法换算成温湿度值通过LCD12864直观的显示出来，给中央空调的温湿度调节提供了可靠的依据。
1．3 温湿度检测模块的设计
本设计中温湿度传感器分别选用的是美国DALLAS公司生产的智能单总线温度传感器DS2438和Honeywell公司生产的集成线性湿度传感器HIH-4000组合而成符合单总线协议的温湿度检测模块。DS2438器件的工作方式采用单总线技术的工作方式，即仅用1根口线实现电源及双向数据传输。其内置13位温度传感器(最小分辨率为0．031 25℃)、二通道10位电压A／D转换寄存器、10位电流A／D转换寄存器、40字节非易失性用户存储器。湿度传感器HIH-4000具有精度高、响应快速、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点。HIH-4000输出电压与湿度的关系曲线如图2所示。

由特性指标及输出电压与相对湿度关系曲线可得出如下结论：HIH-4000在供电电压为5 V时，其消耗电流仅为200μA，故完全可满足一线总线对器件低功耗的要求。湿度传感器HIH-4000的输出电压与湿度的关系式为：
VRHout=VRHoc[0．006 2(Sensor％RH)+0．16] (1)
式中：VRHout为HIH-4000的输出电压；VRHoc为HIH-4000的电源电压(由图2可知VRHoc等于DS2438的VDD)；sensor％RH为相对湿度。VRH out和VRHoc的值，利用DS2438内置的两个电压A／D转换寄存器测出，则相对湿度sensor％RH的表达式为：


值得一提的是电压VRHoc并非恒等于5 V，事实上受到技术上和电网等干扰的影响，其电压是在5 V附近有微小的波动。公式(2)是在25℃时传感器输出和湿度的关系，当环境温度改变时应进行温度补偿，补偿公式为：

New％RH=(Sensor％RH)／(1．054 6-0．002 16T) (3)
式中：功环境摄氏温度值，New％RH为湿度的修正值，即环境的实际湿度值。式中温度补偿值利用DS2438内部的温度传感器提供。本系统利用DS2438内部的温度传感器实现环境温度的测量，此温度一方面由于温度值输出，另一方面用于湿度测量时温度值的补偿。然后利用DS24 38内部的电压ADC，通过多路开关切换分别得到湿度测量值和湿度测量时单线的电压值。这样，通过DS2438可获得温湿度测量值及温度补偿值。

2 系统的硬件设计
中央空调温湿度检测系统的硬件原理图如图3所示。

温湿度检测模块与AT89S52的P1．0口相连接，同时在P1．0 口上接一个4．7 kΩ的上拉电阻。它主要包括温湿度检测与单片机处理、键盘输入与显示输出。其中温湿度传感器是本系统的测域单元。设计一个控制系统，硬件部分尤其重要，它是整个系统的骨架，缺少硬件支撑的系统将会瘫痪。另外硬件是软件实现其功能的基础，软件只有通过与硬件相互联系才能更好的实现其功能。