51单片机控制的经济型温湿度监控仪设计

0 引 言
在人类的日常生活、工业生产过程、气象预报、物资仓储等方面，温度和湿度都是重要的参数，因此对温度及湿度传感及其监测和控制的研究是十分重要的研究内容。本文介绍一种经济型的由8位单片机控制的温度湿度监控仪，该监控仪同时还能用于部分对露点有监测要求的场合。

1 系统硬件组成
本系统完成对温度、湿度的实时测量，配合有关控制部分即可对温度湿度进行实时控制，同时具有温度、湿度和露点显示功能，满足一般上业环境对温度、湿度和露点检测的需要。系统由STC89C51RC、RAM、键盘、温度传感器、湿度传感器、A／D转换电路、D／A转换电路等组成。如图1所示。

STC89系列是具有Flash结构的51系列单片机，因此，程序存储器(ROM)可不用外扩，为了记忆校正后的参数，需要存储各种校正参数，本系统采用具有掉电保护功能的铁电存储器，以便在校正后，将校正参数存储下来。系统以温度传感器采用AD590集成温度传感器，具有传感精度高、工作性能稳定的特点。湿度传感器采用HS11OO湿度传感器，HS11OO电容式相对传感器采用独特的电容单元设计，适用于批量大、成本低的场合。其特点是：长期饱合后可迅速恢复、高可靠性和长期稳定性、快速响应等。
本系统具有2路D／A转换输出，可对温度或湿度进行反馈控制。D／A采用两路DAC7512进行，DAC7512是一种轨对轨的低功耗的12位串行输入的D／A转换器，输出标准的4～20 mA电流信号，可满足对温度、湿度的控制需要。
系统还具备与上位机通信的功能，采用RS422通信方式，可实行远距离的一对多点通信，上位机可查询多达64个采样点的温度、湿度和露点数据。
系统还具备校准功能，可对温度进行2点校准，对湿度进行4点校准。另外，系统还具有露点显示功能，满足不同使用场合对露点显示的需要。

2 软件设计
由温度传感器输出的信号需经过信号调理后进行A／D转换，A／D转换采用ADS1110具有自校准功能的带内部基准电压的芯片，它采用I2C总线与主机进行通信，具有16位的转换精度。系统定时循环对温度和湿度进行采样，将采样结果经过单位转换后直接显示在显示屏上，同时进行露点的计算，将计算结果显示在显示屏上。采用定时扫描键盘的方式读键盘输入情况，并判断是否进行湿度或温度校准功能。系统的工作流程图如图2所示。

按照下列步骤计算露点值：
(1)测量相对湿度(RH)和环境温度(Tα，单位：℃)；
(2)使用下列公式计算饱和蒸汽压(Svp，单位：kPa)：
log(Svp(T))=(C1T-C2)／(T-C3)(T>0) (1)
或
log(Svp(T))=C4-C5／T(T0) (2)
(3)根据上式计算当前水汽压(Vp，单位：kPa)Vp=RH×Svp／100
(4)根据式(1)或式(2)反推露点温度(Td，单位：℃)，式(1)或式(2)中的温度T用露点温度Td代替，而饱和蒸汽压Svp用当前水汽压Vp代替。
ADS1110及DAC7512采用I2C总线与主机通信，因此需要采用I2C总线编程方式，读取A／D采样结果和输出相啦的控制信号，本系统中主机采用P3．4、P3．5口线与ADS1100进行通信，通信时需要注意的是采样频率的关系，不能太快，否则会产生“混淆”，使得读出的数据不正确。采用STC89的扩展口P4．0、P4．1、P4．2口线与DAC7512进行通信，输出D／A转换结果，利用该结果可以对湿度或温度进行实时控制。

3 实验结果
表1是在70％湿度情况下，采用本系统进行的温度和露点的测量结果，表2是在湿度一定情况下，采用本系统进行的露点随湿度变化测量结果。

从表中可看出。采用本系统进行露点监测时，最大误差为0．6℃，相对误差小于1％。通过实验，该机温度测量误差在1％以内，湿度、露点误差在2％以内，能满足一般工业场合的需要。

4 结束语
由8位单片机控制的温度湿度监控仪，成本低，可靠性好，系统操作简便，测量精度可满足一般家电、农业大棚、办公自动化及工控系统对温度湿度控制及监测的需要，用于监测露点时，其误差小于2％，可用于一些需要监测露点的场合，能满足一般工业场合的需要。