多通道环境温湿度监控系统的设计

　　1　硬件的总体设计

　　本系统的设计背景为环境温湿度监控,需要采集多个位置的有效信号。系统的主要硬件组成包括:温度采集电路、A/D转换模块、单片机、存储器模块、串行通讯模块以及扩展模块等。多个温湿度传感器获取的温度信号经过温度采集电路采样,转化为数字信号,然后存放至FM3164存储器中。AT89C52单片机从FM3164存储器中读取数据并进行提取处理以及多通道融合处理,最后根据需要将处理结果以RS-232标准接口送往PC机。同时, PC机的控制指令也可以通过该接口传送给单片机,以实现多点温度信号的采集、处理、控制、存储等功能。原理框图如图1所示。

　　2　信号采集电路的设计与分析

　　2.1　传感器的选择

　　本设计采用干湿球法测量湿度,因此传感器的选择主要是温度传感器。由于本系统测量点多,考虑价格、稳定性、使用寿命等多种因素,选用NTC型热敏电阻较为合适,但需要进行线性化处理。

　　2.2　温湿度测量

　　本设计选用两只热敏电阻作为一组温湿度传感器,热敏电阻用珠状的,外面套铜壳,中间灌导热沙,用胶封口连线使用。其中一只热敏电阻作为干球温度计,暴露在空气中用以测量环境温度;另一只作为湿球温度计,用特制的纱布包裹起来,并使纱布保持湿润。由于水分蒸发速率与周围空气含水量有关,空气湿度越低,水分蒸发速率越快,导致湿球温度越低。可见,空气湿度与干湿球温差之间存在某种函数关系。通过查阅热敏电阻通风干湿表,即可知道环境相对湿度值。

　　2.3　热敏电阻的温度特性分析与线性化处理

　　2.3.1　NTC热敏电阻的特性

　　NTC热敏电阻温度系数αT的定义式可表示为

　　式中,T———热力学温度;RT———温度为T时的热敏电阻阻值; B———热敏电阻常数, B值可表示为

其中R20和R100为20℃和100℃时的电阻值。

　　由式(1)可见,αT的绝对值随温度的降低而增大,随温度升高而减小,这是造成NTC热敏电阻非线性的根本原因。

　　2.3.2　热敏电阻的线性化处理

　　热敏电阻的线性化方法有很多种,分为硬件线性化方法和软件线性化方法。硬件线性化方法采用串并联电阻的方法对热敏电阻进行线性化,软件线性化方法可采用查表法读取温度值。串并联电阻可在某一温度区间(如0℃~50℃)获得较好的线性化效果。

　　为了进一步减小测量误差,可采用平均值滤波方法,即反复测量某一通道的电压值,得到多个数据取平均值,再由上述方法得到温度值。由于测量精度限制,显示结果到小数点后一位,为软件计算补偿值。