基于智能传感器的温/湿度监控系统设计

1引言

弹药从出厂到部队作战或训练使用以前主要存放在仓库中。在长期的储存过程中，弹药虽然处于宏观静止状态。但其质量不断发生变化。这是因为弹药主要由金属和装药组成．在长期储存过程中，由于温，湿度的影响。金属会锈蚀．从而使金属部件的强度降低。表面机械性能变坏，严重影响弹药的使用．甚至会造成重大事故。温，湿度还会使弹药装药的物理和化学性质发生变化．从而使其失去应有的战技要求。因此，温，湿度是弹药质量发生变化的主要矛盾。根据我军的仓库条件、我国的气候条件和目前仓库的管理水平．通常规定最高温度不超过30℃．最大湿度不超过。70％．即通常所说的“三七”线。

传统弹药仓库的监控系统采用的是干，湿球湿度计、毛发湿度计、湿敏电阻器或由普通的温，湿度传感器组成的监控系统，通常结构比较复杂．系统庞大．准确性差。笔者采用瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHTl5型超小型、自校准、多功能式智能传感器．测量相对湿度、温度和露点等参数，适合弹药仓库温，湿度智能监控系统的设计。

2SHTl5的性能和特点

SHT15型传感器是单片、多用途的智能传感器，其中不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器和基于带隙电路的微型温度传感器,而且还有14位的A／D转换器和2线串行接口。能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据,所以系统中不再使用传统设计需要的多路转换开关、A／D转换器及信号调理电路，系统结构比较紧凑和简单，SHTl5能在同一位置测量相对湿度和温度。它的内部结构如图1所示。

SHT15的引脚比较少．使用方便。其引脚排列如图2所示。引脚功能如表1所示。SHT15型智能传感器的相对湿度测量范围是0~100％。分辨率达0．03％，最高精度为+2％RH，温度测量范围是—40℃一十123．8℃．分辨率为0．1℃．电源电压范围是+2．5V一+5．5V．响应时间小于3s。

3系统结构及原理

该设计系统主要由单片机、传感器和执行机构组成。采用的是AT89C51型低电压和高性能的CMOS8位单片机．片内含4Kbytes可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取存储器(RAM)，采用ATmel公司的高密度、非易失性存储技术生产．兼容标准MCS一51机指令系统，片内还有通用8位中央处理器和Flash存储单元。功能强大的AT89C51微型计算机提供了高性价比的解决方案。它的主要功能特性如下：

兼容MCS一51指令系统；
4K可反复擦写f>1000次)FlashROM；
32个双向I／O口；
可编程UARL通道；
2个16位可编程定时/计数器；
全静态操作0—24MHz；
1个串行中断；
128x8bit内部RAM；
2个外部中断源；
总共6个中断源；
可直接驱动LED；
3级加密位；
低功耗空闲和掉电模式；
软件设置睡眠和唤醒功能。

AT89C51和SHT15之间通过串行总线进行通信．执行机构主要由电机控制的降温机、升温机、降湿机、增湿机等组成。弹药仓库的温/湿度监控系统如图3所示。

AT89C51循环实时选通多个SHTl5，使其检测温度值和相对湿度值．然后读出数据值并显示此时的数据值．当相对湿度超过70％时，单片机控制降湿机开始工作．若相对湿度低于40%，则增湿机开始工作；当温度超过30℃时，降温机开始工作，当温度低于一12℃时，升温机开始工作，每循环3次，打印1次温，湿度值报表。

4系统的程序设计

系统软件采用MCS一51汇编语言编写．采用模块化的程序设计方法．主要包括初始化模块、数据采集、数据处理、显示、报警、打印等模块。系统的程序框图如图4所示。

由于SHTl5中含有存储器，所以设置初始化程序主要是对单片机和SHTl5的存储器中的一些数据置初值，同时对单片机的初态进行初始化。该系统是多通道的测量系统．SHTl5上电后经过10ms时间就进入休眠状态,只有当单片机发出测量命令后，SHTl5才被“唤醒”而进行工作，所以．单片机循环对各个传感器发出温，湿度测量命令，实现多通道的温，湿度测量。SHTl5的命令集如表2所列。

由于SHT15输出的数据与被测值呈非线性关系，因而，为了获得准确的数据，必须对读数值进行非线性补偿。对湿度进行非线性补偿，8位数据通常采用下式进行补偿：

RH=(1．43N一5．127)，256(0≤Ⅳ≤107)(1)

RH=(1．11N一28．93)/256(108≤N≤255)(2)

对于温度传感器，通常采用下式进行非线性补偿：

T=d+d2M(3)

式中的N和M分别为相对湿度传感器与温度传感器的输出值，d1和d2为常数，根据电源电压和温度数据位数来确定。

每次测得的数据要和规定值进行比较，如果在允许的范围内，则程序进行下一步操作，如果不满足要求．则应报警并将此刻的数据值显示出来，在每次循环结束后。要经过1个小时(可以灵活选用)的延时．这主要是因为弹药仓库里有很多木制结构，挥发和吸收水分都有一个过程，经过一定延时再进行测量．可以避免传感器长时间的工作和执行机构的反复启停，节约资源,同时可以延长系统的使用寿命。每经过3次(根据需要可以适当选择)循环测量后，单片机控制打印机将3次测量的温／湿度数据打印出来，便于报表和存档。

5结束语

笔者设计的弹药仓库温，湿度监控系统是基于SHTl5型智能传感器完成的，SHT15是全新的基于智能传感器设计理念的新型传感器，实现了温，湿度传感器的数字式输出，且具有免调试、免标定、无外围电路等特点，极大地方便了在嵌入式测控领域的应用．它是今后传感器发展的方向。系统的结构比较简单．体积比较小，精度高，克服了传统弹药仓库温/湿度测量系统的不足。 (end)