单总线温湿度巡检系统的设计

　　1　单总线温湿度传感器的构成

　　湿度测量采用美国Honeywell公司生产的湿度传感器HIH-3605。该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,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出。该传感器还具有精度高、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-3605输出电压与湿度的关系为:

　　式中:Vout为HIH-3605的输出电压,VDD为HIH-3605的电源电压,sensor%RH为相对湿度。即输出电压不仅正比于湿度测量值,且与电源电压值有关;若电源电压固定为5V,则其值仅由相对湿度值决定,但由于一线总线上的供电电压值为变量,故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压的值。另外,HIH-3605测量的湿度值还与环境温度有关,公式(1)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:

　　式中:T为环境摄氏温度值,RH为湿度的修正值。因此,为得到准确的湿度测量值,还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。

　　本次设计选用DALLAS公司的智能电池监视器件DS2438完成测量点的温度、湿度和湿度传感器电源电压值的测量。由于DS2438为单总线器件,可满足一线总线对器件身份码及时序的要求。该器件主要特性如下:

　　(1)一线总线接口,只有一根信号线与CPU连接;

　　(2)无需备份电源,可用数据线供电;(3)片内有10位精度的电压ADC(0~10V输入10位,0~5V输入9位);(4)片内有13位精度的温度传感器;温度测量范围-55℃~125℃,测量精度为±0.5℃;(5)片内实时时钟;(6)64Bit ID ROM。

　　本系统利用DS2438内部的温度传感器测量环境温度。此温度一方面用于温度值输出,另一方面用于湿度测量时温度值的补偿。利用DS2438内部的电压ADC,通过存储空间中的状态/标志寄存器中的AD位取值的不同,实现电源电压及湿度传感器输出测量的切换,分别得到湿度测量值和湿度测量时一线总线的电压值。

　　单总线温湿度传感器的构成见图1。肖特基二极管VD1和电容C1构成半波整流电路,为DS2438和HIH3605供电,肖特基二极管VD2接在一线总线与地线之间对电路实施保护功能。

　　2　硬件电路

　　以AT89C51单片机为核心的温湿度巡检系统如图2所示。单总线温湿度传感器的供电方式为寄生电源,其I/O数据线与P1.0相连。单总线温湿度传感器进入到系统后,单片机分别从各DS2438的ROM中读出其序号,然后分别赋予其在系统中的编号1~n。系统用键盘设置温湿度报警界限值,通过7段LED显示器显示各测量点的编号和测量的温湿度值,这里用8279键盘/显示控制芯片和译码电路74LS145及驱动电路完成该功能。当测量温湿度超过报警界限时,单片机从P1.2~P1.3输出声光报警信号。