嚴(yán)家德

摘 要：針對(duì)當(dāng)前測(cè)量露點(diǎn)的儀器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以致無法在實(shí)踐教學(xué)中廣泛使用的現(xiàn)狀，該文提出了一種基于溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀設(shè)計(jì)方法。文中給出了詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)原理圖，介紹了溫濕度傳感器數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等具體的軟件設(shè)計(jì)方法。本文對(duì)儀器做了實(shí)際測(cè)試，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了簡要分析，結(jié)果表明該露點(diǎn)儀性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，可滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。

關(guān)鍵詞：露點(diǎn)儀 溫度 濕度

中圖分類號(hào)：TH765 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0018-04

露點(diǎn)，即露點(diǎn)溫度，是指在固定氣壓之下，空氣中所含的氣態(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度[1]。達(dá)到這個(gè)溫度時(shí)，凝結(jié)的水飄浮在空中稱為霧、而沾在固體表面上時(shí)則稱為露，因而得名露點(diǎn)，它在氣候資源學(xué)科和環(huán)境學(xué)科研究以及電力、石化、天然氣等眾多行業(yè)中具有重要意義。

最早用來測(cè)露點(diǎn)的方法是鏡面法，它把一個(gè)鏡面置于濕空氣樣品中降溫，在鏡面上隱現(xiàn)露滴的瞬間，測(cè)得的鏡面平均溫度，即為露點(diǎn)溫度[2， 3]。這種露點(diǎn)測(cè)量方法精度很高，但需光潔度很高的鏡面，精度很高的溫控系統(tǒng)，以及靈敏度很高的露滴光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)，而且使用時(shí)必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔，否則管道內(nèi)的雜質(zhì)將吸收或放出水分造成測(cè)量誤差。除鏡面法之外，常用的露點(diǎn)測(cè)量方法還有重量法，電解法，阻容法以及震動(dòng)頻率法[2-4]等等，基于這些測(cè)量方法設(shè)計(jì)的露點(diǎn)儀雖然精度較高，但其系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)不便，價(jià)格昂貴等因素在一定程度上限制了產(chǎn)品的實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，影響了教學(xué)效果[5]。

研究表明，露點(diǎn)是溫度和濕度的相關(guān)函數(shù)：相對(duì)濕度越高，露點(diǎn)會(huì)越接近氣溫，當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)，露點(diǎn)與氣溫相等，而當(dāng)露點(diǎn)不變時(shí)，相對(duì)濕度與氣溫成反比[1]。因此，只要測(cè)量環(huán)境的溫度和濕度，就可經(jīng)過相應(yīng)換算而得到環(huán)境的露點(diǎn)溫度?；诖耍疚奶岢龌赟HT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀設(shè)計(jì)方法，它不僅結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，還具有很高的性價(jià)比，可完全滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。

1 SHT75傳感器介紹

SHT75屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的插針型封裝系列，它將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)[6]。SHT75傳感器采用專利的CMOSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，并在同一芯片上與A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。測(cè)量時(shí)，SHT75首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過放大，分別送至A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過二線串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器MCU，再利用MCU完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。

SHT75傳感器溫度和相對(duì)濕度默認(rèn)的測(cè)量分辨率分別為14位、12位，若對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有更高要求的時(shí)可通過狀態(tài)寄存器設(shè)置將其分別降至12位、8位。傳感器的測(cè)溫范圍為-40～123.8 ℃，對(duì)于14位的分辨率為0.01 ℃；濕度測(cè)量范圍是0-100%，對(duì)于12位的分辨率為0.05%RH。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的環(huán)境中進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，用于內(nèi)部的信號(hào)校準(zhǔn)，使SHT75具有100% 的互換性。

2 露點(diǎn)儀硬件設(shè)計(jì)

露點(diǎn)儀的硬件電路設(shè)計(jì)包括溫濕度測(cè)量，數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)通信等3大部分內(nèi)容，涉及的元器件主要包括數(shù)據(jù)處理單片機(jī)STC12C5A32S2，溫濕度傳感器SHT75，時(shí)鐘芯片DS1302，液晶顯示屏LCM12864和串口通訊器件MAX232，如圖1所示。

STC12C5A32S2單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是一種高速、低功耗、具有超強(qiáng)抗干擾性能的新一代8051單片機(jī)，其運(yùn)行速度比傳統(tǒng)8051單片機(jī)快8～12倍[7]。單片機(jī)集成有MAX810專用復(fù)位電路，1280字節(jié)RAM，32K Flash ROM，28K EEPROM，并帶有2個(gè)通用全雙工異步串行口（UART）。此外，該單片機(jī)無需專用編程器和仿真器，便可通過串口（P3.0/P3.1）在數(shù)秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)用戶程序的下載。

由于STC單片機(jī)沒有總線接口，故用P1.0和P1.1虛擬I2C接口，分別與SHT75 的時(shí)鐘端口CLK和數(shù)據(jù)端口DATA相連。CLK用于使單片機(jī)與SHT75之間通信同步，由于SHT75接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小CLK頻率限制，單片機(jī)可以以任意低的速度與SHT75通信。串行數(shù)據(jù)線DATA引腳是三態(tài)門結(jié)構(gòu)，用于數(shù)據(jù)的讀取，它在CLK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在CLK時(shí)鐘上升沿有效。在單片機(jī)向SHT75發(fā)送數(shù)據(jù)且CLK 時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號(hào)沖突，單片機(jī)應(yīng)拉低DATA，當(dāng)需要拉高DATA信號(hào)時(shí)，可以通過附加的4.7kΩ上拉電阻來實(shí)現(xiàn)。

此外，DS1302，LCM12864和MAX232分別實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)儀的計(jì)時(shí)、顯示以及串口通訊等功能，均為常用芯片，具有性能穩(wěn)定，采購方便，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

3 露點(diǎn)儀軟件設(shè)計(jì)

露點(diǎn)儀的工作流程如圖2所示，主要涉及參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)采集，露點(diǎn)計(jì)算，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示以及串口通訊等功能塊。

參數(shù)設(shè)置包括對(duì)DS1302數(shù)據(jù)的初始化、校時(shí)，采樣頻率設(shè)置，存儲(chǔ)方式設(shè)置等。這一過程可通過串口在露點(diǎn)儀和PC機(jī)間建立通訊實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)采集包括：建立與SHT75通訊，溫濕度測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等3部分內(nèi)容，具體為。

3.1 建立通訊

選擇2.4～5.5 V的供電電壓，以不低于1 V/ms的上電速率給傳感器通電。通電后傳感器需要11ms進(jìn)入休眠狀態(tài)，在此之前不允許對(duì)傳感器發(fā)送任何命令。之后用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?，它包括：?dāng)CLK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著CLK變?yōu)榈碗娖剑S后是在CLK 時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)命令包含三個(gè)地址位（000），和五個(gè)命令位，其中溫度測(cè)量命令為00011，濕度測(cè)量命令為00101。SHT75會(huì)以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8個(gè)CLK 時(shí)鐘的下降沿之后，將DATA下拉為低電平（ACK位）。在第9個(gè)CLK時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA（恢復(fù)高電平）。

3.2 溫濕度測(cè)量

單片機(jī)通過發(fā)送一組測(cè)量命令（00000101表示測(cè)量相對(duì)濕度RH，00000011表示測(cè)量溫度T）來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或濕度的測(cè)量，數(shù)據(jù)的位數(shù)為8/12/14bit時(shí)，所對(duì)應(yīng)的等待時(shí)間大約20/80/320ms。SHT75通過下拉DATA至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束。單片機(jī)在再次觸發(fā)CLK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣單片機(jī)可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。單片機(jī)需要通過下拉DATA為低電平，以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從MSB開始，右值有效。如：對(duì)于12bit數(shù)據(jù)，從第5個(gè)CLK時(shí)鐘起算作MSB；而對(duì)于8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義。在收到CRC的確認(rèn)位之后，通訊結(jié)束，SHT75自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。

3.3 測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

單片機(jī)從SHT75獲取的數(shù)據(jù)為溫度或濕度具體數(shù)值的數(shù)字量，需要轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理量。SHT75的溫度傳感器的線性非常好，可用

將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值，式中為傳感器溫度測(cè)量的數(shù)字量，為實(shí)際環(huán)境溫度，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為14位時(shí)，其值分別為-40.1和0.01，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為-40.1和0.04（電源電壓為5v時(shí)）。SHT75 的相對(duì)濕度輸出特性呈一定的非線性，需進(jìn)行非線性補(bǔ)償才能獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。當(dāng)氣溫為25 ℃時(shí)，所用的公式為

式中為傳感器相對(duì)濕度測(cè)量的數(shù)字量，轉(zhuǎn)化后的濕度值，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為-2.0468，0.0367和-1.5955E-6，當(dāng)為8位時(shí)，其值分別為-2.0468，對(duì)的結(jié)果進(jìn)行修正，式中為實(shí)際環(huán)境溫度，為經(jīng)溫度修正后的濕度值，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為0.01和0.00008，當(dāng)為8位時(shí)，其值分別為0.01和0.00128。

露點(diǎn)的計(jì)算可參考很多方法[8]，但有些計(jì)算過于復(fù)雜而不方便在本例中使用。對(duì)于-40～50 ℃溫度范圍的測(cè)量，該文通過公式

計(jì)算露點(diǎn)，式中為露點(diǎn)，和為常數(shù)，當(dāng)溫度在0～50 ℃時(shí)，分別為243.12和17.62，當(dāng)溫度在-40～0 ℃時(shí)，分別為272.62和22.46。

在測(cè)得環(huán)境溫度和相對(duì)濕度，并完成露點(diǎn)的計(jì)算后，單片機(jī)讀取DS1302芯片的時(shí)間數(shù)據(jù)，將4者壓縮成數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM，并把測(cè)量結(jié)果在LCM12864上顯示出來。存于EEPROM的數(shù)據(jù)壓縮包經(jīng)單片機(jī)解壓后可通過串口傳送到電腦終端，以方便后期數(shù)據(jù)的使用和處理。

4 露點(diǎn)儀性能測(cè)試

通過RS232串口線，將露點(diǎn)儀與PC終端相連接，設(shè)置露點(diǎn)儀的采樣時(shí)間為5分鐘，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式為雙備份，即數(shù)據(jù)在儀器內(nèi)部存儲(chǔ)的同時(shí)也通過串口發(fā)送給PC終端，得到如圖3所示測(cè)試實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)曲線。從圖中可以看出，露點(diǎn)溫度在任何時(shí)候都比氣溫低，但兩者差異和濕度有關(guān)；在相對(duì)濕度大于90%的時(shí)候，露點(diǎn)與氣溫差異比較小，基本在2 ℃以內(nèi)；當(dāng)相對(duì)濕度小于70%的時(shí)候，露點(diǎn)與氣溫差異比較大，如14時(shí)左右的時(shí)候，兩者差異超過了6 ℃。從圖中還可以看出，氣溫和濕度在12點(diǎn)至16點(diǎn)間發(fā)了較大幅度的改變，但露點(diǎn)基本保持平穩(wěn)，這說明該時(shí)間段內(nèi)，采樣點(diǎn)所在氣團(tuán)比較穩(wěn)定，空氣中的水汽含量沒有大的波動(dòng)，濕度的改變主要是由氣溫的改變而引起的，從而使得該時(shí)段內(nèi)露點(diǎn)基本保持不變。

該測(cè)試數(shù)據(jù)表明，基于SHT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀穩(wěn)定性好，能實(shí)時(shí)跟蹤氣象要素的變化，并給出較高精度的露點(diǎn)值，可滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求。

6 結(jié)語

鑒于當(dāng)前測(cè)量露點(diǎn)的儀器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高等現(xiàn)狀，本文提出一種基于SHT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀的設(shè)計(jì)方法。文中不僅給出了詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)原理圖，還著重介紹了SHT75傳感器數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等具體的軟件設(shè)計(jì)方法，為高性價(jià)比露點(diǎn)儀的生產(chǎn)提供了可行方案，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。測(cè)試實(shí)驗(yàn)說明該露點(diǎn)儀性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)精度高，可滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求。

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3.2 溫濕度測(cè)量

單片機(jī)通過發(fā)送一組測(cè)量命令（00000101表示測(cè)量相對(duì)濕度RH，00000011表示測(cè)量溫度T）來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或濕度的測(cè)量，數(shù)據(jù)的位數(shù)為8/12/14bit時(shí)，所對(duì)應(yīng)的等待時(shí)間大約20/80/320ms。SHT75通過下拉DATA至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束。單片機(jī)在再次觸發(fā)CLK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣單片機(jī)可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。單片機(jī)需要通過下拉DATA為低電平，以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從MSB開始，右值有效。如：對(duì)于12bit數(shù)據(jù)，從第5個(gè)CLK時(shí)鐘起算作MSB；而對(duì)于8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義。在收到CRC的確認(rèn)位之后，通訊結(jié)束，SHT75自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。

3.3 測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

單片機(jī)從SHT75獲取的數(shù)據(jù)為溫度或濕度具體數(shù)值的數(shù)字量，需要轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理量。SHT75的溫度傳感器的線性非常好，可用

將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值，式中為傳感器溫度測(cè)量的數(shù)字量，為實(shí)際環(huán)境溫度，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為14位時(shí)，其值分別為-40.1和0.01，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為-40.1和0.04（電源電壓為5v時(shí)）。SHT75 的相對(duì)濕度輸出特性呈一定的非線性，需進(jìn)行非線性補(bǔ)償才能獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。當(dāng)氣溫為25 ℃時(shí)，所用的公式為

式中為傳感器相對(duì)濕度測(cè)量的數(shù)字量，轉(zhuǎn)化后的濕度值，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為-2.0468，0.0367和-1.5955E-6，當(dāng)為8位時(shí)，其值分別為-2.0468，對(duì)的結(jié)果進(jìn)行修正，式中為實(shí)際環(huán)境溫度，為經(jīng)溫度修正后的濕度值，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為0.01和0.00008，當(dāng)為8位時(shí)，其值分別為0.01和0.00128。

露點(diǎn)的計(jì)算可參考很多方法[8]，但有些計(jì)算過于復(fù)雜而不方便在本例中使用。對(duì)于-40～50 ℃溫度范圍的測(cè)量，該文通過公式

計(jì)算露點(diǎn)，式中為露點(diǎn)，和為常數(shù)，當(dāng)溫度在0～50 ℃時(shí)，分別為243.12和17.62，當(dāng)溫度在-40～0 ℃時(shí)，分別為272.62和22.46。

在測(cè)得環(huán)境溫度和相對(duì)濕度，并完成露點(diǎn)的計(jì)算后，單片機(jī)讀取DS1302芯片的時(shí)間數(shù)據(jù)，將4者壓縮成數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM，并把測(cè)量結(jié)果在LCM12864上顯示出來。存于EEPROM的數(shù)據(jù)壓縮包經(jīng)單片機(jī)解壓后可通過串口傳送到電腦終端，以方便后期數(shù)據(jù)的使用和處理。

4 露點(diǎn)儀性能測(cè)試

通過RS232串口線，將露點(diǎn)儀與PC終端相連接，設(shè)置露點(diǎn)儀的采樣時(shí)間為5分鐘，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式為雙備份，即數(shù)據(jù)在儀器內(nèi)部存儲(chǔ)的同時(shí)也通過串口發(fā)送給PC終端，得到如圖3所示測(cè)試實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)曲線。從圖中可以看出，露點(diǎn)溫度在任何時(shí)候都比氣溫低，但兩者差異和濕度有關(guān)；在相對(duì)濕度大于90%的時(shí)候，露點(diǎn)與氣溫差異比較小，基本在2 ℃以內(nèi)；當(dāng)相對(duì)濕度小于70%的時(shí)候，露點(diǎn)與氣溫差異比較大，如14時(shí)左右的時(shí)候，兩者差異超過了6 ℃。從圖中還可以看出，氣溫和濕度在12點(diǎn)至16點(diǎn)間發(fā)了較大幅度的改變，但露點(diǎn)基本保持平穩(wěn)，這說明該時(shí)間段內(nèi)，采樣點(diǎn)所在氣團(tuán)比較穩(wěn)定，空氣中的水汽含量沒有大的波動(dòng)，濕度的改變主要是由氣溫的改變而引起的，從而使得該時(shí)段內(nèi)露點(diǎn)基本保持不變。

該測(cè)試數(shù)據(jù)表明，基于SHT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀穩(wěn)定性好，能實(shí)時(shí)跟蹤氣象要素的變化，并給出較高精度的露點(diǎn)值，可滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求。

6 結(jié)語

鑒于當(dāng)前測(cè)量露點(diǎn)的儀器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高等現(xiàn)狀，本文提出一種基于SHT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀的設(shè)計(jì)方法。文中不僅給出了詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)原理圖，還著重介紹了SHT75傳感器數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等具體的軟件設(shè)計(jì)方法，為高性價(jià)比露點(diǎn)儀的生產(chǎn)提供了可行方案，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。測(cè)試實(shí)驗(yàn)說明該露點(diǎn)儀性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)精度高，可滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

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3.2 溫濕度測(cè)量

單片機(jī)通過發(fā)送一組測(cè)量命令（00000101表示測(cè)量相對(duì)濕度RH，00000011表示測(cè)量溫度T）來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度或濕度的測(cè)量，數(shù)據(jù)的位數(shù)為8/12/14bit時(shí)，所對(duì)應(yīng)的等待時(shí)間大約20/80/320ms。SHT75通過下拉DATA至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束。單片機(jī)在再次觸發(fā)CLK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣單片機(jī)可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。單片機(jī)需要通過下拉DATA為低電平，以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從MSB開始，右值有效。如：對(duì)于12bit數(shù)據(jù)，從第5個(gè)CLK時(shí)鐘起算作MSB；而對(duì)于8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義。在收到CRC的確認(rèn)位之后，通訊結(jié)束，SHT75自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。

3.3 測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

單片機(jī)從SHT75獲取的數(shù)據(jù)為溫度或濕度具體數(shù)值的數(shù)字量，需要轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理量。SHT75的溫度傳感器的線性非常好，可用

將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值，式中為傳感器溫度測(cè)量的數(shù)字量，為實(shí)際環(huán)境溫度，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為14位時(shí)，其值分別為-40.1和0.01，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為-40.1和0.04（電源電壓為5v時(shí)）。SHT75 的相對(duì)濕度輸出特性呈一定的非線性，需進(jìn)行非線性補(bǔ)償才能獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。當(dāng)氣溫為25 ℃時(shí)，所用的公式為

式中為傳感器相對(duì)濕度測(cè)量的數(shù)字量，轉(zhuǎn)化后的濕度值，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為-2.0468，0.0367和-1.5955E-6，當(dāng)為8位時(shí)，其值分別為-2.0468，對(duì)的結(jié)果進(jìn)行修正，式中為實(shí)際環(huán)境溫度，為經(jīng)溫度修正后的濕度值，（）為修正系數(shù)，當(dāng)為12位時(shí)，其值分別為0.01和0.00008，當(dāng)為8位時(shí)，其值分別為0.01和0.00128。

露點(diǎn)的計(jì)算可參考很多方法[8]，但有些計(jì)算過于復(fù)雜而不方便在本例中使用。對(duì)于-40～50 ℃溫度范圍的測(cè)量，該文通過公式

計(jì)算露點(diǎn)，式中為露點(diǎn)，和為常數(shù)，當(dāng)溫度在0～50 ℃時(shí)，分別為243.12和17.62，當(dāng)溫度在-40～0 ℃時(shí)，分別為272.62和22.46。

在測(cè)得環(huán)境溫度和相對(duì)濕度，并完成露點(diǎn)的計(jì)算后，單片機(jī)讀取DS1302芯片的時(shí)間數(shù)據(jù)，將4者壓縮成數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM，并把測(cè)量結(jié)果在LCM12864上顯示出來。存于EEPROM的數(shù)據(jù)壓縮包經(jīng)單片機(jī)解壓后可通過串口傳送到電腦終端，以方便后期數(shù)據(jù)的使用和處理。

4 露點(diǎn)儀性能測(cè)試

通過RS232串口線，將露點(diǎn)儀與PC終端相連接，設(shè)置露點(diǎn)儀的采樣時(shí)間為5分鐘，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式為雙備份，即數(shù)據(jù)在儀器內(nèi)部存儲(chǔ)的同時(shí)也通過串口發(fā)送給PC終端，得到如圖3所示測(cè)試實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)曲線。從圖中可以看出，露點(diǎn)溫度在任何時(shí)候都比氣溫低，但兩者差異和濕度有關(guān)；在相對(duì)濕度大于90%的時(shí)候，露點(diǎn)與氣溫差異比較小，基本在2 ℃以內(nèi)；當(dāng)相對(duì)濕度小于70%的時(shí)候，露點(diǎn)與氣溫差異比較大，如14時(shí)左右的時(shí)候，兩者差異超過了6 ℃。從圖中還可以看出，氣溫和濕度在12點(diǎn)至16點(diǎn)間發(fā)了較大幅度的改變，但露點(diǎn)基本保持平穩(wěn)，這說明該時(shí)間段內(nèi)，采樣點(diǎn)所在氣團(tuán)比較穩(wěn)定，空氣中的水汽含量沒有大的波動(dòng)，濕度的改變主要是由氣溫的改變而引起的，從而使得該時(shí)段內(nèi)露點(diǎn)基本保持不變。

該測(cè)試數(shù)據(jù)表明，基于SHT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀穩(wěn)定性好，能實(shí)時(shí)跟蹤氣象要素的變化，并給出較高精度的露點(diǎn)值，可滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求。

6 結(jié)語

鑒于當(dāng)前測(cè)量露點(diǎn)的儀器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高等現(xiàn)狀，本文提出一種基于SHT75傳感器溫濕度測(cè)量的露點(diǎn)儀的設(shè)計(jì)方法。文中不僅給出了詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)原理圖，還著重介紹了SHT75傳感器數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等具體的軟件設(shè)計(jì)方法，為高性價(jià)比露點(diǎn)儀的生產(chǎn)提供了可行方案，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。測(cè)試實(shí)驗(yàn)說明該露點(diǎn)儀性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)精度高，可滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求。

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