鄭艷博，劉君梅，李煥娜，李洪杰

（1.河北科技學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000；3.大唐保定熱電廠，河北 保定 071001）

0 引言

溫度與濕度是與人類關(guān)系密切的兩個物理量，例如，在溫室栽培等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，若不嚴格控制溫濕度，作物就不能正常生長，會嚴重影響產(chǎn)量和質(zhì)量；在精密儀器制造車間，若溫濕度不符合要求，不僅生產(chǎn)設(shè)備不能正常工作，而且所生產(chǎn)的產(chǎn)品精度也不符合標準；在DNA合成等高分子實驗室，對溫濕度的要求更加嚴格；糧庫、軍火庫等倉庫，也要控制溫濕度，否則，糧食等儲存物會發(fā)霉，武器的性能、精度、質(zhì)量和壽命都會受到嚴重影響。因此，對溫濕度的準確檢測與控制非常重要。

傳統(tǒng)溫濕度檢測把溫度和濕度分開測量，濕度檢測采用模擬式濕度傳感器，需要設(shè)計信號調(diào)理電路并要經(jīng)過復(fù)雜的校準、標定過程，測量精度難以得到保證，且線性度、重復(fù)性、互換性、一致性也不盡人意。溫濕度檢測參數(shù)大多采用LED顯示，存在功耗大、字體粗糙、電路繁瑣、掉電后數(shù)據(jù)易丟失等問題。隨著電子技術(shù)及傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，高精確度、高靈敏度、高響應(yīng)速度，以及耗能少、體積小、可以連續(xù)測量、通用性強的傳感器相繼問世。智能溫濕度檢測儀采用新型數(shù)字溫濕度一體化傳感器，長期穩(wěn)定，可靠性強，提高了測量精度。檢測參數(shù)采用LCD顯示，功耗小，顯示清晰，電路簡單。數(shù)據(jù)存儲采用非易失性數(shù)據(jù)存儲器，掉電后數(shù)據(jù)可保存10年。儀器與上位機（PC機）通訊采用USB接口，使用方便。

圖1 檢測儀硬件結(jié)構(gòu)框圖

1 檢測儀硬件電路設(shè)計

檢測儀硬件結(jié)構(gòu)主要由采集、顯示、存儲及通訊四個模塊組成，檢測儀硬件結(jié)構(gòu)見圖1。

1.1 單片機

單片機采用美國ATMEL公司的低電壓、高性能CMOS 8位單片機AT89C52，片內(nèi)含有8kb可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），256字節(jié)隨機存儲器（RAM），適用于許多復(fù)雜控制應(yīng)用場合。

1.2 溫濕度的采集及顯示

溫濕度的采集選用了瑞士Sensirion公司的新型數(shù)字溫濕度傳感器SHT71，該傳感器將傳感器元件、信號放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、標準數(shù)據(jù)存儲器、I2C總線等外圍電路集成在了一個芯片上，信號強度增加，抗干擾性增強，且長期穩(wěn)定性也得到了保證。顯示模塊采用了功耗較低的ABG128064B型液晶顯示模塊，該液晶屏具有EL背光，在亮度不同的場合，用戶都可以清晰地讀取檢測參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)存儲

該檢測儀采用的是美國Ramtron公司的FM31256型非易失性鐵電存儲器，此存儲器主要功能包含鐵電非易失性存儲器、實時時鐘、低電壓復(fù)位、看門狗記數(shù)器、非易失的事件記數(shù)器等，無限次讀寫，掉電后數(shù)據(jù)可保持10年。此芯片的使用，節(jié)省了DS1302時鐘電路和X5045看門狗電路，提高了檢測儀的集成度，縮小了其體積。

因為FM31256永遠都是從機，系統(tǒng)軟件可以把它當成兩個獨立產(chǎn)品，其中一個是擁有唯一的從機地址1010B的實時時鐘和處理器伴侶；另一個是從機地址1101B的存儲器。所以，只要通過軟件就可實現(xiàn)對它的操作。

1.4 USB通訊

USB接口具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、使用方便等特點。USB協(xié)議規(guī)定的全速傳輸速率為12 Mbps，非常適合有大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，并且USB設(shè)備支持即插即用，無需重新啟動計算機。所以，檢測儀與PC機之間的通訊采用USB串行通訊，該儀器采用的是CH375 USB接口芯片。

使用CH375，不需要了解任何USB協(xié)議或者固件程序，甚至驅(qū)動程序就可以輕松地設(shè)計USB接口產(chǎn)品。該芯片支持兩種使用方式，即Slave設(shè)備方式和Host主機方式。具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出的CH375可以與單片機/DSP/MCU等控制器的系統(tǒng)總線掛接。與CH375配套的軟件具有簡潔的操作接口，可以輕松地與本地端的單片機通信，同時CH375內(nèi)置了USB底層協(xié)議?；谝陨显虮鞠到y(tǒng)采用CH375芯片。

CH375與單片機連接電路圖見圖2。

圖2 CH375與單片機連接電路圖

2 檢測儀軟件設(shè)計

檢測儀軟件設(shè)計包括初始化、溫濕度采集、讀取時鐘數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)顯示五大模塊，采用C51語言編寫下位機程序。下位機軟件總程序如圖3所示。

圖3 下位機軟件總程序框圖

2.1 初始化

包括 SHT71、FM31256、ABG128064、CH375 的初始化程序。

2.2 溫濕度采集

2.3 讀取時鐘數(shù)據(jù)

2.4 數(shù)據(jù)存儲

2.5 數(shù)據(jù)顯示

3 上位機（PC機）數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計

上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)流程圖

PC機軟件采用Visual Basic6.0在Windows環(huán)境下實現(xiàn)。該系統(tǒng)分為三大模塊：通訊檢查、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理。

3.1 通訊檢查及參數(shù)設(shè)置

為保證進行正常的數(shù)據(jù)傳輸，在通訊之前要對通訊電纜、通訊器件進行檢查。通訊檢查若正常則提示可進行正常通訊；若有故障則報警提示。在參數(shù)模塊可以設(shè)置檢測儀啟動和停止的日期、時刻及是否循環(huán)記錄。當設(shè)計好這些參數(shù)后，則提示參數(shù)設(shè)置成功。參數(shù)設(shè)置的目的是讓檢測儀按照用戶的要求選擇需要測量的任何時間段的溫濕度，并且當內(nèi)存不夠時，用戶還可對檢測儀存儲的數(shù)據(jù)進行處理，保留原數(shù)據(jù)或?qū)⒃瓟?shù)據(jù)覆蓋。

3.2 數(shù)據(jù)處理

本模塊可以實時顯示數(shù)據(jù)處理記錄，同時在計算機上可以實時讀取檢測儀數(shù)據(jù)，并繪制溫濕度曲線。也可將記錄的數(shù)據(jù)以Excel報表形式輸出，并求得任意時段的溫濕度最大值、最小值、平均值和方差，分析結(jié)果可以保存，也可打印出來。

4 結(jié)論

檢測儀采用新型的數(shù)字式溫濕度一體化傳感器（SHT71）和大容量非易失性鐵電存儲器FM31256，與上位機（PC機）通訊采用方便可靠的USB接口，可完全自動實現(xiàn)按用戶需求設(shè)定的任意時段的溫濕度值的檢測和存儲，不需操作人員干預(yù)，適用于危險場合溫濕度的檢測。該檢測儀具有檢測精度高，記錄數(shù)據(jù)可靠，使用方便的特點。

［1］許平，田瑜，張振仁.通用型溫濕度檢測儀的研制［J］.中國儀器儀表，2004（1）：35－37.

［2］張中平.基于MEMS的濕度檢測儀的研制［J］.傳感技術(shù)學(xué)報，2003（2）：113－116.

［3］何立民.MCS－51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.