通用型温湿度监测仪的设计和实现

　　1　设计原理

　　该通用型温湿度监测仪的硬件结构框图如图1所示。

　　基本时钟产生电路、在系统可编程逻辑器件(型号为ispLSI 1016)以及包括湿度传感器在内的RC振荡电路构成了湿度数据采集电路,采集到的湿度数据经过CPU处理后,将结果送到液晶显示器,显示当前相对湿度值。

　　温度检测芯片(型号为DS1621)的内部含有温度传感器和将温度信号转换成对应的数字信号的转换电路,所以不需要外接任何其他元件,就能够通过两根信号线输出当前温度的串行数据。DS1621的温度测量范围为-55℃~125℃,通过与CPU连接的两根信号线就能够完成数据的交换,其中一根信号线为双向串行数据信号线(SDA),另一根为串行时钟信号线(SCL),数据传输所需要的时钟信号由CPU产生。CPU按照DS1621规定的通信协议,读出温度数据,将结果传给液晶显示器,显示当前温度值。

　　液晶显示器(型号为SVM208B)能够显示2行字符(每行×8个字符)。显示电路含有液晶显示驱动电路、常用的字符库和与CPU的接口电路。EEPROM(型号为X25043)是一个包含了4096位的串行电可改写存储器,它还具有Watchdog的功能。

　　该监测仪利用X25043存储一些本机的逻辑地址和上位机给定的温湿度越限值等预置数据。当监测仪受到其他信号的干扰使程序不能够正常运行时,将CPU复位,程序重新开始执行,保证监测仪进入正常运行状态。

　　与上位机的通信接口芯片采用RS-485总线差分收发器SN75176,多个温湿度监测仪同时接在上位机的RS-485接口线上。将接在RS-485接口线上每一个设备的逻辑地址保存在上述的EEPROM芯片中,完成上位机对多个下位机的通信功能,实现多参数的集中监测。通信协议为标准的带有CRC校验的JBUS协议,保证了数据传输的可靠性。

　　当作为一个独立的温湿度控制设备时,监测仪输出的越限信号可能是强电中控制交流接触器吸合的一个控制信号,所以采用了具有带一定负载能力的光电隔离芯片(型号为AQW254)隔离强电与弱电之间的电气联系,其输出端可以承受的额定电压为400V、额定电流为0·36A。

　　2　湿度采集原理

　　湿度传感器采用Philips公司生产的电容式湿度传感器。该传感器采用了具有迅速吸湿和脱湿的高分子聚合物薄膜材料作为电容器的介质,该湿敏电容的容量大小随着周围空气的相对湿度的增大而增大,如图2所示。当相对湿度从8%变化到90%时,湿敏电容的容量从112pF变化到144pF。

　　监测仪中用CMOS芯片MC4069和湿度传感器构成RC多谐振荡电路。电路输出的脉冲信号的频率为f≈1/(2.2RC)。湿敏电容的容量C的变化引起f变化,所以, f与周围空气的相对湿度有一一对应的关系。只要能够测出频率f,就能够通过软件对测量数据进行处理和修正,计算出对应的空气相对湿度。