数字式温度/湿度测量计

    在日常生活和生产中,我们经常要测量环境的温、湿度,传统的测量方式采用水银温度计和干湿球湿度计查算法,存在着误差大,操作使用不便等问题,采用工业级测量仪表价格昂贵。

   这里提供的是采用单片机及数字传感器开发出数字温度/湿度检测计,应用在农业生产过程中,对日光温室生产过程中的主要环境因子---温湿度进行监测,经过几年来在实际生产中的应用,性价比很高,倍受欢迎,现介绍给广大爱好者DIY,并提供全部套件或编程的单片机芯片,详细情况可与我们联系。

1.表计结构及性能

    本测量计分温度和湿度测量两种,分别包括数字温度探头、数字湿度探头、温度测量计和湿度测量计主机,其外型结构如图(1)示。

温度检测探头

湿度检测探头

仪表技术参数如下:
测温范围:-50 +125℃;
分 辨 率: 0.5℃;
误 差:±0.5℃;
测温延时:1秒;
探头电缆长度:小于200米;
测湿范围:5~99%
分 辨 率:0.5%
测湿延时:1秒
误 差:±3%;
探头电缆长度:小于10米;
电 源:9V 0.2W, 采用9V电池和整流电源供电;

2.表计原理图
本测量计主机原理图如图(2)所示,IC01采用AT89C2051,显示采用4位红色共阳级扫描数码管;温度探头采用DS18B20数字温度传感器。该器件具有如下特点:

● 一线制接口,只需一个管脚完成数据传送交换。
● 全球唯一的编码简化了分布式温度传感器的应用。
● 无需外围部件。
● 可以由数据线提供电源 电压在3.0~5.5V之间

图(2) 温度/湿度检测计原理图

● 测温范围 -55℃~+125℃(-67℉~+257℉)
● 在-10℃~+85℃内测量精度为±0.5℃
● 9~12位分辨率可通过编程设定。
● 把12位的二进制数显示转换成十进制数,转换时间为750ms。
● 用户可自定义的非易失的温度报警阈值点。
● 报警装置用查询命令能确认并给温度超限阈值。
● 可用于温度调节装置的控制、工业系统、用户产品、温度测量或任何热敏系统。

有关DS18B20的编程指令有很多资料介绍,读者可自行查阅。
湿度探头采用Humirel系列湿度传感器,该传感器为固态多聚物高分子湿度传感器,具有如下特点:

● 无需校正的完全互换性;
● 高可靠性和长期稳定性;
● 恢复时间短(长期饱和态后可瞬间恢复);
● 适用于线性电压输出和频率输出电路;

其特性参数如下:

1.最大参数范围:(TA=25℃)
参 数 符号 典型值 单位
工作温度 Ta -40-+100 ℃
保存温度 Tstg -40-+125 ℃
电源电压 Vs 10 Vac
温度范围 RH 0-100 %RH

2.参数特性:(TA=25℃)
参 数 符 号 最小值 典型值 最大值 单 位
温度测量范围 RH 1 99 %
电源电压 Vs 5 7 Vdc
等效电容(54.4%10KHz) C 177 180 183 pF
等效电容的温度相关性 TCc 0.04 pF/℃
灵敏度(10KHz) Δc/%RH 0.3 pF/℃
漏电流(Vcc) 1 nA
恢复时间 10 s
湿度迟滞 ±1.5 %RH
稳定期 0.5 %RH/yr
响应时间 5 s
线形度 ±2 %RH

3.工作范围:

Ⅰ区:在此温度湿度范围内可正常稳定工作。
Ⅱ区: 可正常工作,但如果连续工作在此范围可能影响传感器寿命。
Ⅲ区:不保证正常工作,器件易受损。
4.典型电容与湿度函数曲线:
从曲线看,该传感器具有较好的线性度。且在-40℃至+60℃范围的环境温度下工作,性能稳定。
由IC02与CF01组成的非电量信号检测变送电路将环境的湿度信号转变为
频率信号,IC01的T0口对频率值进行采样,由程序实现数字滤波、误差修正后检测值送显示。

程序的编制采用MCS-51汇编语言实现。湿度测量主要部分程序简介如下:

;. . . . . . 读 湿 度 值 . . . . . .
RDSDZ: MOV DPTR,#SDTAB ;计数器TH1,TL1值为实际频率值
CLR A ;判断湿度下限
MOVC A,@A+DPTR
INC DPTR
CLR C
CJNE A,FEQH,RSD5
MOVC A,@A+DPTR
CLR C
CJNE A,FEQL,RSD5
RSD5: JNC RSD4
MOV SDZ3,#0DH ;超出下限
MOV SDZ4,#0DH
SJMP RSDRET
RSD4: MOV R7,#0
INC DPTR
RSD1: CLR A
MOVC A,@A+DPTR
INC DPTR
CJNE A,FEQH,RSD2
CLR A
MOVC A,@A+DPTR
SUBB A,FEQL
RSD2: JC RSD3
INC DPTR
INC R7
CJNE R7,#100,RSD1
MOV SDZ3,#0CH ;超出上限
SJMP RSDRET
RSD3: MOV A,R7
MOV HEXB,A
ACALL HTDEC ;二进制到十进制转换
MOV SDZ3,A
MOV SDZ4,A
MOV A,SDZ3
ANL A,#0F0H
SWAP A
JNZ RSD9
MOV A,#0AH
RSD9: MOV SDZ3,A
RSDRET: RET
;. . . . . . 采 样 频 率 处 理 . . . . . .
FEQCL: INC R1
MOV @R1,FEQH
INC R1
MOV @R1,FEQL
RET
;. . . . . . 数字滤波 . . . . . .
FQ5P1: SETB RS0
MOV Q1R5,Q1R0
MOV R3,#FEBQA
CF5P2: MOV R2,#FEBQ1
MOV A,R2
MOV R0,A
INC R2
INC R2
MOV A,R2
MOV R1,A
CF5P1: INC R0
INC R1
MOV A,@R0
CLR C
SUBB A,@R1
JNZ HOP1 ;比较高字节
INC R0
MOV A,@R0
CLR C
SUBB A,@R1
JNC YXCH ;比较低字节
MOV A,@R0
XCH A,@R1 ;小在前,低字节交换
MOV @R0,A
SJMP YXCH
HOP1: JNC NXCH
MOV A,@R0 ;小在前,高字节交换
XCH A,@R1
MOV @R0,A
INC R0
INC R1
MOV A,@R1 ;小在前,低字节交换
XCH A,@R0
MOV @R1,A
SJMP YXCH
NXCH: INC R0
INC R1
YXCH: MOV A,R1
CLR C
SUBB A,R3
JNZ CF5P1
CJNE R3,#FEBQ2,CF5P2
MOV R1,#FEBQ3
MOV A,@R1
MOV FEQH,A
INC R1
MOV A,@R1
MOV FEQL,A
CLR RS0
MOV Q1R0,Q1R5
RET

3.系统调试

    仪器按原理图装配完毕,CF01的引脚尽可能短,以减小测量误差。程序调试无误后写入IC01。温度检测仪无需调试即可工作;湿度检测计需调试工作点,业余条件下可自行创造一封闭环境进行湿度标定,在25℃环境温度下加湿,用高精度水银套管干湿球计测量湿度值,使环境相对湿度在90%处时稳定一段时间,用数字频率计测量IC02的3脚,调整W01值使输出频率为5870HZ;再将环境相对湿度调在30%处,微调W01使输出频率为7090HZ,反复多次上述过程即可完成标定工作。



八路温度控制器

    该检控仪以巡检方式对生产环境的空气温度、地温、营养液温度、育苗床温度等因子进行检测,并可根据设定值进行发布自动控制信号,控制温度调控设备。采用标准机柜面板安装结构;现场检测传感器为密闭探针式,信号线为单总线结构布线。

主要技术指标:
采用数字温度传感器,1-wire总线
测温范围:-55——+125℃
控温范围:现场温度——+125℃
测温精度:±0.5℃
测温分辨率:12位(0.0625℃)
测温速度:1S
温电缆长度:不超过lOOM
供电电源:DC 12V,功率小于1W
通信接口:隔离型RS485方式
系统抗扰:硬件看门狗,溢出时间1.5S
报警输出:面板8个LED(起动、停止)显示
控制输出:8路继电器输出(常开),触点容量3A/250V—AC
显示方式:五位LED数码管显示,第一位LED显示传感器编号,后四位LED显示检测温度,XXX.X℃(前三位、负温度符号位,小数点后一位)
信号电缆:三芯屏蔽电缆
工作温度:-5℃——+70℃
工作湿度:0~95%无凝结
外型尺寸:120×150×75mm

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