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温度湿度监控系统的设计

2010/12/22 11:54:59  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  文中将介绍一种采用数字温度湿度传感器SHTll和超低功耗单片机MSP430F149实现的温度湿度测量系统,该系统可方便的实现对温度和湿度的实时监控。

  1 芯片简介

  SHTll是Sensirion公司生产的一款数字温度湿度传感器。它是一款将温度敏感元件、湿度敏感元件、信号放大调理器、14位的A/D转换器和二线串行接口电路集于一体的全校准数字输出传感器。该芯片可以直接提供温度在-40~120℃范围内分辨率为14 bit的数字输出和湿度在O~100%RH范围内分辨率为12 bit的数字输出。由于该芯片具有响应速度快、抗干扰能力强和性价比高等优点,因此采用SHTll芯片作为测量单元。

  该SHTll芯片内部还有一个加热器,利用加热器可以实现以下功能。

  (1)经过加热前后测出的相对温度值和湿度值的比较可以确定传感器是否处于正常工作的状态。

  (2)在潮湿的环境下使用加热器可以避免传感器凝露,同时还可以缩短响应时间,提高测量精度。

  (3)在实现高质量露点测量的时候也需要使用加热器。

  2 硬件设计

  在硬件设计中,温度和湿度信号经过SHTll内部的温度敏感元件和湿度敏感元件转化为模拟电压信号,该模拟电压信号经过SHTll内部的信号放大调理器放大、然后再经过A/D转换器进行模/数转换、校准和纠错,最后才将相对温度或湿度的数据通过二线串行接口的双向数据口DATA端传送至超低功耗微处理器 MSP430F149。当MSP430F149微处理器接收到数据后,通过P4和P5口经由LED显示温度值和湿度值。由于P1口具有中断功能,可以通过其设置矩阵键盘来输入报警的具体参数,经过比较如果需要报警,则通过P3口经过相关外围电路输出温度、湿度警报。具体的硬件连接如图1所示。

  因为SHTll是通过二线串行接口来访问,所以硬件的接口电路非常简单。其中需要注意的是:DATA数据线需要外接电阻。时钟线SCLK用于超低功耗微处理器MSP430F149和SHTll之间的同步通信,由于接口包含完全静态逻辑,所以对SCLK最低频率没有要求。

  温度和湿度数值可以通过LED显示。如果需要节约管脚,可以采用移位寄存器来实现LED的静态显示。例如8位的移位寄存器SN74HC595D芯片。该芯片的工作电压为2~6 V,可以和MSP430系列单片机直接连接。部分连接电路如图2所示。

  其中通过SN74HC595D的串行输出管脚实现串行级联,这样可以控制两个数码段的显示。微处理器的P4.1和P4.2分别与锁存输入信号端口RCLK 和移位时钟信号端口SRCLK相连,分别产生锁存信号和移位时钟信号。OE接地,使输出使能。基于以上电路,只要增加SN74HC595D的个数就可以增加显示的位数。

  矩阵键盘由行线和列线组成。主要通过扫描来实现捕获键盘的输入,扫描就是单片机不断地对行线依次设置低电平,然后检查列线的输入状态,图3为键盘电路。

  3 软件设计

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