摘要：為保證機房設(shè)備正常運行延長其使用壽命，需對電視臺機房溫、濕度進行監(jiān)測。設(shè)計了一款以單片機AT89C51為核心的溫、濕度監(jiān)測報警儀，系統(tǒng)中以溫、濕度測量電路及相應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換接口，完成對溫、濕度信號的采集，采用數(shù)碼顯示器及發(fā)光二極管進行溫、濕度信號的顯示及超限報警。系統(tǒng)簡便實用，可擴展性好。
關(guān)鍵詞：溫度；濕度；單片機

    機房是電視臺的重要工作場所，其中布置著很多精密的電子設(shè)備，其正常運行關(guān)系到電視節(jié)目的正常發(fā)送，故對環(huán)境溫、濕度有比較高的要求。根據(jù)國標GB2887-89及對一般通信機房的標準要求，機房內(nèi)的環(huán)境溫、濕度應(yīng)達到：溫度22±2℃，濕度45％～65％。基于此我們設(shè)計了一款以單片機為核心，輔以溫、濕度傳感器及其信號調(diào)理電路、報警顯示電路的機房溫、濕度監(jiān)測報警儀。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，用集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度，用濕敏電阻為濕度傳感器，濕度信號經(jīng)調(diào)理后，送往ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再送往單片機，系統(tǒng)配以鍵盤顯示報警電路，用以顯示溫、濕度信號，給出溫、濕度超限報警。
系統(tǒng)還配以通信接口，以便必要時與上位PC機通信。

2 AT89C51
    AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4kB可反復擦寫FLASH只讀程序存儲器和128B的隨機數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和FLASH存儲單元，功能強大。該處理器具有32個可編程I／O口，2個16位定時／計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行UART通道，具有低功耗空閑和掉電模式。
    本系統(tǒng)采用DS18820作為溫度檢測元件，濕敏電阻作為濕度檢測元件。這兩種元件與單片機接口電路如圖2所示。

    DS18820是美國DALLAS半導體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。它具有獨特的單線接口方式，即微處理器與其接口時僅需占用1位I／O端口；支持多節(jié)點，使分布式多點測溫系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)設(shè)計和硬件開銷大為簡化；用這種器件測溫時無需任何外部元件；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式；測溫范圍為-55～+125℃，測溫精度為±0．5℃；溫度轉(zhuǎn)換精度9～12位可編程，12位精度轉(zhuǎn)換的最大時間為750ms。因為它是數(shù)字輸出，而且只占用一個I／O端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測控系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時需要的A／D轉(zhuǎn)換和較復雜的外圍電路?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)中，DS18B20的DQ端與單片機的P1．O相連，通過該端口將溫度及相關(guān)信號串行送入單片機中進行處理。
    采用陶瓷濕敏電阻作為濕度傳感器，這種材料的表面電阻值能在很寬的范圍內(nèi)隨濕度的增加而變小。由于這種傳感器電阻值與濕度呈非線性關(guān)系，在電路中需對這種非線性進行補償。圖2中濕敏元件及其信號調(diào)理電路由三部分組成，第一部分是由A1、R1～R3、C1～C3、D1、D2組成的正弦信號振蕩器，用來為濕敏傳感器提供交流電；第二部分是由A2、D3～D5、R4、R5及濕敏傳感器組成的檢波電路，它檢測由相對濕度變化引起的交流信號變化；第三部分是由A3、R6、R7、C5組成的對數(shù)放大電路，由于濕度與電阻之間是指數(shù)關(guān)系，通過該部分電路得到與濕度成近似線性關(guān)系的電壓信號后輸出。
    圖2溫、濕度檢測電路及其與單片機的接口濕度信號經(jīng)調(diào)理后送往A／D轉(zhuǎn)換器ADC0832，這是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A／D轉(zhuǎn)換芯片。芯片轉(zhuǎn)換時間為32 μs，其與單片機的接口為4條數(shù)據(jù)線，分別是*****、CLK、DO、DI，在本系統(tǒng)中它們分別與單片機的P2．0、P2．1、P2．2及P2．3相連。當要進行A／D轉(zhuǎn)換時，需先將*****端置為低電平且保持，直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由單片機向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DI／DO端則使用DI輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號，與時鐘脈沖信號一起啟動信號轉(zhuǎn)換，將
轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送往單片機。

4 鍵盤顯示及報警通信電路
    鍵盤顯示及報警通信電路如圖3所示。圖中74LS164為8位移位寄存器，其A端與單片機P0．6相連，在CLK端施加的時鐘信號配合下，串行接收由單片機送來的欲顯示的數(shù)據(jù)，一位一位地送往其輸出端QA～QH。顯示器采取動態(tài)顯示方式，來自74LS164的顯示數(shù)據(jù)按位發(fā)至相應(yīng)數(shù)碼管，本系統(tǒng)中采用共陽極數(shù)碼管，當需將數(shù)據(jù)送往哪個數(shù)碼管時，單片機控制P2．4～P2．6中的某位為高，該位所接數(shù)碼管被點亮。如要顯示溫度20℃，則先將P2．6置高，送C的顯示碼，延遲，再將P2．6置低，接著再將P2．5置高，送0的顯示碼，延遲，再將P2．5置低，最后將P2．4置高，送2的顯示碼。延遲，再將P2．4置低，由于人的視覺延遲，看到的則是20℃。濕度顯示也是同樣的道理，在這里我們以最右端的數(shù)碼管顯示“H”代表此時顯示的是濕度。系統(tǒng)中還設(shè)有聲光報警電路，采用發(fā)光二極管指示溫、濕度信號的正常與否，蜂鳴器作溫、濕度異常的聲音報警。當溫、濕度信號正常時，相應(yīng)的綠燈亮，當溫、濕度信號超過正常值范圍時，相應(yīng)的紅燈亮，并發(fā)出聲音報警，提醒工作人員注意溫、濕度變化，及時調(diào)整溫、濕度。系統(tǒng)中還配有通信接口，必要時可與上位PC通信，組成主從式系統(tǒng)，這里不再贅述。

5 系統(tǒng)軟件
    系統(tǒng)主程序框圖如圖4所示。由于溫、濕度信號是慢信號，采樣周期不需要太長，本系統(tǒng)中設(shè)置采樣周期為1s，系統(tǒng)每隔1s采樣并刷新溫、濕度的顯示值，若溫、濕度正常，則綠燈亮，若溫、濕度中任一個超過正常范圍，則相應(yīng)紅燈亮，同時發(fā)出聲音報警，為防止聲音持續(xù)不斷而干擾正常工作，每次聲音報警只響5s，此間如果工作人員按了消聲鍵，則報警停止，如果信號一直不正常，則每隔4min報聲警一次。提醒工作人員及時啟動空調(diào)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫、濕度。

6 結(jié)語
    本監(jiān)測報警儀開發(fā)周期短、結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高。既可單獨作為溫、濕度信號顯示報警儀器使用，亦可通過其擴展接口與上位PC機聯(lián)系構(gòu)成主從式溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)，可擴展性能好。