单片机构成的环境温湿度实时测控装置设计
摘要：介绍了环境温湿度实时测控装置的研制思路和方法。该装置可实现环境温度、湿度的实时测量与控制，并附有通信接口以及可控制多种设备的多点时间控制电路，能方便地应用于各种温湿度控制场合。环境条件中的温湿度指标是许多工作场合的重要参数，不论是仓库管理、图书保存还是工业测量与计量检定，都需要符合操作规定的温湿度环境条件。而温湿度也是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温湿度控制器显得非常重要。本文介绍的温湿度实时控制装置可在０～５０℃和２０％～９８％ＲＨ（相对湿度）的范围内任意设定温湿度值，其附加的通信接口可方便地实现与计算机的实时通信，而且便于功能的扩展，可保证温度、湿度满足设计指标。此外，该装置还可自动控制多个设备的多点时间控制电路，因而具有更广泛的应用前景。该装置可实现的功能如下：
●在０～５０℃和２０％～９８％ＲＨ间可任意设定温湿度控制点；
●可以实时监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；
●对环境温湿度的控制可满足设计指标；
●具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；
●设有语音提示功能，可方便地实现仪器操作和工作管理提示；
●配有通信接口，可方便地与计算机进行通信；
●温湿度控制的精度分别为：温度（０～５０℃）±０．５℃；湿度（２０％～９８％ＲＨ）±２％～３％ＲＨ。
图1
１ 硬件设计
该装置的硬件框图如图１所示。它主要由单片机ＰＩＣ１６Ｃ７３及外部电路构成。ＰＩＣ１６Ｃ７３是由美国Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的８位单片微机，采用Ｈａｒｖａｒｄ结构，这种结构可使指令执行和取指操作重叠进行，因而具有很高的执行速度。它只有３５条单字节指令，除了跳转指令是２周期指令外，其它指令都是单周期指令。这些特点使它较之于别的８位单片机节省了１／２的程序空间，并具有４?１的速度优势。ＰＩＣ１６Ｃ７３在芯片内集成了一个８位算术逻辑单元和工作寄存器、４ｋ程序存储器、１９２个数据寄存器、２２个Ｉ／Ｏ口?、３个定时／计数器及２个捕捉／ 比较／ＰＷＭ模块和２个串行口，其中Ａ／Ｄ转换器具有５路模拟量输入端，同时还具有时钟、复位、看门狗定时器等。这５路模拟量输入通道共同复用一个采样／保持和Ａ／Ｄ转换器。ＰＩＣ１６Ｃ７３外接温湿度采样电路及电器驱动电路，因而可实现对温湿度的控制。该系统硬件主要包括本机地址设定电路、采样电路、键盘显示电路、看门狗电路、电器驱动电路、时间设置及定时驱动电路、ＲＳ－２３２通信等电路。下面以计量实验室温湿度的控制为例，对各主要电路加以介绍。
１．１ 温度检测电路
温度检测电路选用Ｄａｌｌａｓ公司生产的一线式数字温度传感器ＤＳ１８２０作为温度检测器件，该器件只有３个引脚（即电源ＶＤＤ、地线ＧＮＤ、数据线ＤＱ），且不需要外部元件，而是共用一条数据线进行通信，使用一根Ｉ／Ｏ线通信时，ＤＳ１８２０的电源电压是以寄生方式供电的，因此，只需将其ＶＤＤ和ＧＮＤ端接地即可。该电路的检测温度范围为－５５～＋１２５℃；精度为０．５℃；用９ｂｉｔ数字量来表示温度；每次将温度转换成数字量需２００ｍｓ。笔者采用三块ＤＳ１８２０来实现对实验室环境温度的检测，之所以用三块，是为了更好地保持温度的恒定。使用时可分别将这三块ＤＳ１８２０放置在房间的不同位置。获得温度信息时，先由ＰＩＣ１６Ｃ７３的ＲＡ２脚发送一个１ｍｓ的复位脉冲，以使ＤＳ１８２０复位后将向ＰＩＣ１６Ｃ７３发送一个回应脉冲，ＰＩＣ１６Ｃ７３接到回应脉冲后将发送读ＤＳ１８２０序列号的读ＲＯＭ命令，以分别读取三个ＤＳ１８２０的`序列号（每一块ＤＳ１８２０有唯一的序列号）；然后，ＰＩＣ１６Ｃ７３再发出定位命令以选择在线的ＤＳ１８２０并进行温度转换。此时ＰＩＣ１６Ｃ７３的ＲＡ１脚应输出一个保持２ｓ以上的高电平信号来使ＳＫ２１４导通，从而提供ＤＳ１８２０在总线供电下进行温度转换时所需的１ｍＡ电流。当温度转换完成后，ＰＩＣ１６Ｃ７３的ＲＡ２脚会发送ＤＳ１８２０的存储命令，从而完成温度信息数据的转换和读取。