于子祥 王亞暉 王鈺鍵

摘要：溫度、濕度、光照是文物保護(hù)的基本因素，傳統(tǒng)的測(cè)量方法費(fèi)事費(fèi)力，效率低，且隨機(jī)性大，本文通過(guò)設(shè)計(jì)基于STC12C5A60S2單片機(jī)，綜合利用傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和LCD顯示等知識(shí)知識(shí)的測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度及光強(qiáng)的目的，并在超過(guò)閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，并行性高，且能夠處理多點(diǎn)溫濕度，光強(qiáng)等信息。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，光強(qiáng)，溫度，濕度，測(cè)量

0前言

溫度、濕度、光照度和人類(lèi)的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時(shí)也是博物館文物保護(hù)中最常見(jiàn)最基本的參數(shù)，例如不同的溫度可能會(huì)造成珍貴文物的過(guò)早氧化，而濕度的大小也同樣對(duì)于文物的保護(hù)有著重要的意義，還有光的強(qiáng)度也會(huì)對(duì)文物的材質(zhì)有著很大的影響，所以對(duì)溫度、濕度及光照度的檢測(cè)及控制就非常有必要了。傳統(tǒng)的方法是用溫度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)、等手段，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度、濕度、光照度要求的環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)、去濕、降溫、采光等工作。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個(gè)低成本和具有較高精度的環(huán)境測(cè)量?jī)x在許多領(lǐng)域會(huì)代替人工操作。為此，本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)，并實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫濕度、光照度信息的設(shè)計(jì)方案。

1單片機(jī)的選擇

基于性價(jià)比的考慮，在電子設(shè)計(jì)中8位單片機(jī)仍是首選。在8位單片機(jī)中又以MCS-51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)所占的份額最大。通過(guò)內(nèi)部資源比較，單片機(jī)芯片我們選擇STC12C5A60S2，STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(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)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

2傳感器的選擇

2.1光強(qiáng)傳感器

2.1.1TSL2561簡(jiǎn)介

TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。

2.1.2TSL2561的引腳功能

TSL2561有2種封裝形式：6LEADCHIPSCALE和6LEADTMB。封裝形式不同，相應(yīng)的光照度計(jì)算公式也不同。

各引腳的功能如下：

腳1和腳3：分別是電源引腳和信號(hào)地。其工作電壓范圍是2.7～3.5V。

腳2：器件訪問(wèn)地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個(gè)不同的訪問(wèn)地址。

腳4和腳6：I2C或SMBus總線的時(shí)鐘信號(hào)線和數(shù)據(jù)線。

腳5：中斷信號(hào)輸出引腳。當(dāng)光強(qiáng)度超過(guò)用戶編程配置的上或下閾值時(shí)，器件會(huì)輸出一個(gè)中斷信號(hào)。

2.1.3TSL2561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理

TSL2561是第二代周?chē)h(huán)境光強(qiáng)度傳感器。通道0和通道1是兩個(gè)光敏二極管，其中通道0對(duì)可見(jiàn)光和紅外線都敏感，而通道1僅對(duì)紅外線敏感。積分式A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)流過(guò)光敏二極管的電流進(jìn)行積分，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。當(dāng)一個(gè)積分周期完成之后，積分式A/D轉(zhuǎn)換器將自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)積分轉(zhuǎn)換過(guò)程。微控制器和TSL2561可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的SMBus（SystemManagementBus）V1.1或V2.0實(shí)現(xiàn)，TSL2561則可通過(guò)I2C總線協(xié)議訪問(wèn)。

2.1.4硬件設(shè)計(jì)TSL2561能夠通過(guò)I2C總線訪問(wèn)，所以硬件接口電路很簡(jiǎn)單。假如所選用的微控制器帶有I2C總線控制器，則將該總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線直接和TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連;假如微控制器內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，則還需要再用2個(gè)上拉電阻接到總線上。假如微控制器不帶I2C總線控制器，則將TSL2561的I2C總線的SCL和SDA和普通I/O口連接即可[6];但編程時(shí)需要模擬I2C總線的時(shí)序來(lái)訪問(wèn)TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。

2.2溫度傳感器

2.2.1DS18B20功能特點(diǎn)

1）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

2）測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，固有測(cè)溫誤差1℃。

3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。

4）工作電源：3.0～5.5V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）。

5）在使用中不需要任何外圍元件。

6）測(cè)量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送。

7）用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。

2.2.2DS18B20結(jié)構(gòu)和工作原理

64位只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器件的唯一片序列號(hào)。高速暫存器含有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，這兩個(gè)寄存器用來(lái)存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器（TH和TL），和一個(gè)字節(jié)的的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在器件掉電時(shí)不會(huì)消失。DS18B20通過(guò)達(dá)拉斯公司獨(dú)有的單總線協(xié)議依靠一個(gè)單線端口通訊。當(dāng)全部器件經(jīng)由一個(gè)3態(tài)端口或者漏極開(kāi)路端口（DQ引腳在DS18B20上的情況下）與總線連接的時(shí)候，控制線需要連接一個(gè)弱上拉電阻。在這個(gè)總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個(gè)器件獨(dú)有的64位片序列號(hào)辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址。由于每個(gè)裝置有一個(gè)獨(dú)特的片序列碼，總線可以連接的器件數(shù)目事實(shí)上是無(wú)限的。