基于PIC单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计

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。

１．３ 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３２．７６８ｋＨｚ，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１８ｍｓ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２分钟。推荐的工作方式为：６：００电磁阀１导通，接通稳压电源；６?０２以后每间隔２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８：００上班后即可保证有些需要预热１～２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ＰＩＣ１６Ｃ７３的ＲＡ３口作控制口，另外可外扩两片ＰＣＦ８５７４以作备用。该系统最多可控制１６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ＲＡ３口发出控制信号，并通过光耦产生大于５ｍＡ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Ｈ２２０Ｄ１５。



１．４ 语音电路

语音电路用于完成多种语音提示。可选用台湾Ｗｉｎｂａｎｄ公司生产的语音处理芯片Ｗ５１３０００。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ＣＰＵ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：

（１）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；

（２）中午休息和下班信息的提示；

（３）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ＰＩＣ１６Ｃ７３完成。

１．５ 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ＲＳ－２３２接口电路，通信速率可由用户在１２００／２４００／４８００／９６００比特等４种中通过键盘按需选择。

该系统的键盘设有１６个按键：０～９为１０个数字键；Ａ为设定功能选择键，Ｂ为设定完成确定键，Ｃ为显示选择键，Ｄ～Ｆ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４位ＬＥＤ动态分时完成。

２　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。

２．１ 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Ｔ０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２所示。

２．２ 温湿度