高精度環(huán)境溫度、相對濕度測量儀的研制
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對環(huán)境條件要求高的場合，需要精密地測量相對濕度與溫度，為此研制了智能化的高精度的相對濕度、溫度測量儀，其主要性能如下：
（1） 溫度測量：精度 ±1℃，分辨力 0.1℃；
（2） 相對濕度測量：精度 ±1℅RH，分辨力 0.1℅RH；
（3） 可由用戶自行校準(zhǔn)儀表的測量精度，無需硬件調(diào)整；
（4） 用戶可編程設(shè)定相對濕度與溫度的上、下限報(bào)警值；
（5） 可手動(dòng)或自動(dòng)記錄測量的相對濕度與溫度的結(jié)果；
（6） 用戶可編程設(shè)定手動(dòng)或定時(shí)自動(dòng)打印相對濕度與溫度的測量結(jié)果；
（7） 可直接與微機(jī)串行口連接，作環(huán)境相對濕度與溫度的高精度記錄儀使用。
本文給出了測量儀的硬件電路原理圖，簡述了各個(gè)主要功能的硬件電路的具體實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)介紹了環(huán)境溫度的高精度測量及其精度校正的軟件處理方法和通過軟件的方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償和線性化處理實(shí)現(xiàn)環(huán)境相對濕度的高精度測量及其精度校正的方法。
1 溫度、相對濕度測量儀的實(shí)現(xiàn)
整個(gè)系統(tǒng)的電路原理如圖1所示。
溫度、相對濕度測量儀的核心部分是美國AD公司推出的與MCS51單片機(jī)兼容的ADuC812單片機(jī)[3]，它包含了高性能的8路12位ADC、2路12位DAC、80C52MCU內(nèi)核、8KB EEPROM程序存儲(chǔ)器、640B EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和溫度傳感器等片內(nèi)資源。
溫度測量電路由半導(dǎo)體集成傳感AD590J串接一個(gè)電阻R15組成，AD590輸出電流通過電阻R15進(jìn)入模擬地，產(chǎn)生相應(yīng)的電阻電壓。電阻R15的電壓輸入到ADuC812單片機(jī)的ADC7口，A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由應(yīng)用軟件處理得到環(huán)境溫度。
相對濕度測量電路由NE555構(gòu)成的振蕩器組成，濕度傳感器THS1101的電容隨環(huán)境相對濕度的變化而變化，從而導(dǎo)致振蕩器的振蕩頻率變化，ADuC812單片機(jī)通過測量振蕩器輸出的振蕩頻率，經(jīng)過軟件處理后，獲得相對濕度值。
溫度與相對濕度的上、下限報(bào)警信號(hào)通過ADuC812單片機(jī)的P3.6、P3.7、P2.6、P3.7口輸出。
鍵盤輸入電路與LCD顯示電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的功能。RS232C接口電路與PC機(jī)的串行口聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)通信功能。打印輸出接口電路與打印機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)打印功能。
2 高精度的環(huán)境溫度、相對濕度的測量方法。
2.1溫度測量及其精度調(diào)整方法
AD590是一種由所在環(huán)境溫度決定的恒流輸出器件，其輸出特性為：
I=Kt·t （1）
式中I為AD590輸出電流信號(hào)，單位為1uA電流。t為絕對溫度，單位為K。Kt為轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為1uA/K。
這種傳感器線性好，熱容量小，靈敏度度高，抗干擾能力強(qiáng)，測溫范圍為-55℃～+150℃。
圖1 溫度、相對濕度測量儀的電路原理圖
V R = Kt·R15·t （2）
VR從ADC口輸入到ADuC812單片機(jī)中，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量VT。環(huán)境溫度T與VT的關(guān)系式為：
T = KT（VT-V0） （3）
式中T為實(shí)測的環(huán)境溫度值，VT為環(huán)境溫度為T時(shí)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，V0為環(huán)境溫度為0℃時(shí)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，KT為環(huán)境溫度與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)：KT = 1/( Kt·R15)。KT、V0作為參數(shù)存儲(chǔ)在ADuC812單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)EEPROM中。根據(jù)KT、V0兩個(gè)參數(shù)的值，由上述公式即可計(jì)算出環(huán)境溫度值。
評(píng)論