数字式温度/湿度测量计

stady_2001 2009-3-10 23:14 楼主

在日常生活和生产中,我们经常要测量环境的温、湿度,传统的测量方式采用水银温度计和干湿球湿度计查算法,存在着误差大,操作使用不便等问题,采用工业级测量仪表价格昂贵。
这里提供的是采用单片机及数字传感器开发出数字温度/湿度检测计,应用在农业生产过程中,对日光温室生产过程中的主要环境因子---温湿度进行监测,经过几年来在实际生产中的应用,性价比很高,倍受欢迎,现介绍给广大爱好者DIY,并提供全部套件或编程的单片机芯片,详细情况可与我们联系。

1．表计结构及性能

本测量计分温度和湿度测量两种,分别包括数字温度探头、数字湿度探头、温度测量计和湿度测量计主机,其外型结构如图(1)示。

[size=+1]

[size=+1]温度检测探头

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[size=+1]

[size=+1]湿度检测探头

[size=+1]

[size=+1]仪表技术参数如下:
测温范围:-50 +125℃;
分辨率: 0.5℃;
误差:±0.5℃;
测温延时:1秒;
探头电缆长度:小于200米;
测湿范围:5~99%
分辨率:0.5%
测湿延时:1秒
误差:±3%;
探头电缆长度:小于10米;
电源:9V 0.2W, 采用9V电池和整流电源供电;

2．表计原理图
本测量计主机原理图如图(2)所示,IC01采用AT89C2051,显示采用4位红色共阳级扫描数码管;温度探头采用DS18B20数字温度传感器。该器件具有如下特点:

● 一线制接口,只需一个管脚完成数据传送交换。
● 全球唯一的编码简化了分布式温度传感器的应用。
● 无需外围部件。
● 可以由数据线提供电源电压在3.0~5.5V之间

图(2) 温度/湿度检测计原理图

● 测温范围 -55℃~+125℃(-67℉~+257℉)
● 在-10℃~+85℃内测量精度为±0.5℃
● 9~12位分辨率可通过编程设定。
● 把12位的二进制数显示转换成十进制数,转换时间为750ms。
● 用户可自定义的非易失的温度报警阈值点。
● 报警装置用查询命令能确认并给温度超限阈值。
● 可用于温度调节装置的控制、工业系统、用户产品、温度测量或任何热敏系统。

有关DS18B20的编程指令有很多资料介绍,读者可自行查阅。
湿度探头采用Humirel系列湿度传感器,该传感器为固态多聚物高分子湿度传感器,具有如下特点:

● 无需校正的完全互换性;
● 高可靠性和长期稳定性;
● 恢复时间短(长期饱和态后可瞬间恢复);
● 适用于线性电压输出和频率输出电路;

其特性参数如下:

1．最大参数范围:(TA=25℃)
参数符号典型值单位
工作温度 Ta -40-+100 ℃
保存温度 Tstg -40-+125 ℃
电源电压 Vs 10 Vac
温度范围 RH 0-100 %RH

[size=+1]2．参数特性:(TA=25℃)
参数符号最小值典型值最大值单位
温度测量范围 RH 1 99 %
电源电压 Vs 5 7 Vdc
等效电容(54.4%10KHz) C 177 180 183 pF
等效电容的温度相关性 TCc 0.04 pF/℃
灵敏度(10KHz) Δc/%RH 0.3 pF/℃
漏电流(Vcc) 1 nA
恢复时间 10 s
湿度迟滞 ±1.5 %RH
稳定期 0.5 %RH/yr
响应时间 5 s
线形度 ±2 %RH

[size=+1]3．工作范围:

[size=+1]Ⅰ区:在此温度湿度范围内可正常稳定工作。
Ⅱ区: 可正常工作,但如果连续工作在此范围可能影响传感器寿命。
Ⅲ区:不保证正常工作,器件易受损。
4．典型电容与湿度函数曲线:
从曲线看,该传感器具有较好的线性度。且在-40℃至+60℃范围的环境温度下工作,性能稳定。
由IC02与CF01组成的非电量信号检测变送电路将环境的湿度信号转变为
频率信号,IC01的T0口对频率值进行采样,由程序实现数字滤波、误差修正后检测值送显示。

程序的编制采用MCS-51汇编语言实现。湿度测量主要部分程序简介如下:

;. . . . . . 读湿度值 . . . . . .
RDSDZ: MOV DPTR,#SDTAB ;计数器TH1,TL1值为实际频率值
CLR A ;判断湿度下限
MOVC A,@A+DPTR
INC DPTR
CLR C
CJNE A,FEQH,RSD5
MOVC A,@A+DPTR
CLR C
CJNE A,FEQL,RSD5
RSD5: JNC RSD4
MOV SDZ3,#0DH ;超出下限
MOV SDZ4,#0DH
SJMP RSDRET
RSD4: MOV R7,#0
INC DPTR
RSD1: CLR A
MOVC A,@A+DPTR
INC DPTR
CJNE A,FEQH,RSD2
CLR A
MOVC A,@A+DPTR
SUBB A,FEQL
RSD2: JC RSD3
INC DPTR
INC R7
CJNE R7,#100,RSD1
MOV SDZ3,#0CH ;超出上限
SJMP RSDRET
RSD3: MOV A,R7
MOV HEXB,A
ACALL HTDEC ;二进制到十进制转换
MOV SDZ3,A
MOV SDZ4,A
MOV A,SDZ3
ANL A,#0F0H
SWAP A
JNZ RSD9
MOV A,#0AH
RSD9: MOV SDZ3,A
RSDRET: RET
;. . . . . . 采样频率处理 . . . . . .
FEQCL: INC R1
MOV @R1,FEQH
INC R1
MOV @R1,FEQL
RET
;. . . . . . 数字滤波 . . . . . .
FQ5P1: SETB RS0
MOV Q1R5,Q1R0
MOV R3,#FEBQA
CF5P2: MOV R2,#FEBQ1
MOV A,R2
MOV R0,A
INC R2
INC R2
MOV A,R2
MOV R1,A
CF5P1: INC R0
INC R1
MOV A,@R0
CLR C
SUBB A,@R1
JNZ HOP1 ;比较高字节
INC R0
MOV A,@R0
CLR C
SUBB A,@R1
JNC YXCH ;比较低字节
MOV A,@R0
XCH A,@R1 ;小在前,低字节交换
MOV @R0,A
SJMP YXCH
HOP1: JNC NXCH
MOV A,@R0 ;小在前,高字节交换
XCH A,@R1
MOV @R0,A
INC R0
INC R1
MOV A,@R1 ;小在前,低字节交换
XCH A,@R0
MOV @R1,A
SJMP YXCH
NXCH: INC R0
INC R1
YXCH: MOV A,R1
CLR C
SUBB A,R3
JNZ CF5P1
CJNE R3,#FEBQ2,CF5P2
MOV R1,#FEBQ3
MOV A,@R1
MOV FEQH,A
INC R1
MOV A,@R1
MOV FEQL,A
CLR RS0
MOV Q1R0,Q1R5
RET

3．系统调试

仪器按原理图装配完毕,CF01的引脚尽可能短,以减小测量误差。程序调试无误后写入IC01。温度检测仪无需调试即可工作;湿度检测计需调试工作点,业余条件下可自行创造一封闭环境进行湿度标定,在25℃环境温度下加湿,用高精度水银套管干湿球计测量湿度值,使环境相对湿度在90%处时稳定一段时间,用数字频率计测量IC02的3脚,调整W01值使输出频率为5870HZ;再将环境相对湿度调在30%处,微调W01使输出频率为7090HZ,反复多次上述过程即可完成标定工作。