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基于单片机的温湿度采集系统的硬件设计

来源:    作者:    发布时间:2015-01-10 09:56:43    浏览量:

摘要: 采用AT89C2051 单片机为核心配置,以温湿度传感器SHT75、数码管显示、计算机监控系统等部件,通过单片机与智能传感器相连,采集并存储智能传感器的测量数据,并通过RS485 总线来实现PC 上位机与单片机控制模块半双工串行通信。微控制器AT89C2051 通过I2C 总线控制传感器的测量和数据回传,每次将采集到的5 组数据经过计算,修正及补偿后分别传送到PC 端存储和显示模块进行实时显示。经过实验测试得出结论:温度测量精度为±0.3 ℃,湿度测量精度为±2%RH,各项指标均达到了课题的设计要求。

  利用AT89C2051 单片机强大的功能,同时结合智能传感器SHT75 测量温湿度有快速和使用简便等特点,设计了一个温湿度采集系统来对温湿度进行实时监控。通过对实际环境的温湿度测量, 证明了该系统硬件电路布局设计简单合理,体积小,功能齐全,精度高,成本低,性价比相当高,是一款可以普及化的高精度温湿度参数检测仪。

  1 温湿度采集系统的硬件设计

  1.1 系统总体设计方案

  为了实现课题对监控机构的稳定性好、精度高功率电感、实用性强的要求,比较众多温湿度测量方案,系统采用智能传感器SHT75 和AT89C2051 单片机构成, 通过SHT75 对各环境内的温度、湿度参数实时检测,经传感器芯片内A/D 转换器转换成对应的二进制值存储于芯片的RAM 中, 单片机通过发送读取温湿度传感器温湿度命令码,温湿度传感器就返回对应的参数值, 本系统带RS485 通讯接口可连接监控主机或PC,通过监控主机或PC 来实时查看当前温度和湿度值,并可在监控主机或PC 上设置报警参数以便实时监控环境温度和湿度值。系统功能模块框图如图1 所示。

图1 系统功能模块图

图1 系统功能模块图

  1.2 芯片选择

  1.2.1 温湿度传感器

  鉴于测量环境特殊要求,温湿度检测模块不可能做得很大,而且系统要求响应灵敏,测量精度要高,温度小于等于±0.3 ℃,湿度小于等于±1.8%,稳定性能良好,因此采用了瑞士生产的SHT75 温湿度传感器。

  1.2.2 微处理器

  该芯片主要工字电感器是控制温湿度采集,数据处理,实时温湿度显示及通信,那么对微控制器的端口需求较少,而且从测量系统对本模块体积限定等诸多因数来考虑, 系统选用ATMEL 公司推出的AT89C2051, 它变压器与电感器设计手册是目前比较主流的单片机芯片,20 个引脚,其中包括15 个I/O 口,复位和外部时钟驱动端, 一个全双工串行通信端口,5 个中断源等,128 B 的内部RAM,2 kB 的内部ROM 空间。

  1.2.3 隔离芯片

  鉴于长距离驱动数码管显示实时采集的温湿度数值,为了使显示的稳定性和可靠度增强,采用了两片功率电感6N137 光电隔离芯片来驱动串行输入并行输出7 片74LS164 芯片, 其中6片控制6 个数码管显示温湿度,1 片用于控制4 个LED 灯显示系统状态。

  1.2.4 看门狗芯片

  为了监控检测模块工作正常,看门狗电路和芯片是单片机开发系统必不可少的部分, 采用的X25054 看门狗芯片主要功能有监控电源,防止运行程序跑飞,扩充控制芯片存储空间等。

  1.2.5 通信接口

  数据采集包括单片机对温湿度传感器数据采集,还包括PC 对单片机数据采集和处理。系统采用大电流电感的是RS485 接口,它是一种半双工串行通信接口, 采用平衡差分的传输模式,比RS232 接口提高了传输的速率和增加了传输距离,目前广泛运用于数据采集通信系统。

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