基于單片機(jī)的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計說明

1、 PAGE9 / NUMPAGES9基于單片機(jī)的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計徐燕 郭濤 朱杰(科學(xué)和動態(tài)測量儀器重點實驗室(北大),教育部系、電子科技、北大學(xué))、030051年,中國電子: HYPERLINK mailto:27361014 27361014 .偉（北惠豐機(jī)械電子第二學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)），中國電子： HYPERLINK mailto:xy.xy_2000163 xy.xy_2000163.摘要：在許多情況下，在實際生活生產(chǎn)活動考慮溫度和濕度環(huán)境的影響和精確的控制，然后由采集系統(tǒng)傳來數(shù)據(jù)。由于CAN總線可以提高抗干擾能力和可靠性的數(shù)據(jù)，因此，使用CAN總線接口，然后由上位機(jī)監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸。

2、本文介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計組成的溫度和濕度傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)、計算機(jī)、CAN總線。在SHT75數(shù)字式溫濕度傳感器收集的溫度和濕度測量數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)傳送到C8051F060單片機(jī)系統(tǒng)通過總線接口。C8051F060單片機(jī)做簡單的快速處理的數(shù)據(jù)通過CAN總線接口,計算機(jī)實時監(jiān)測。經(jīng)過測試,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和通信。關(guān)鍵詞溫度和濕度傳感器、C8051F060、數(shù)據(jù)采集、CAN總線介紹對在實際生產(chǎn)中生活在很多時候都考慮溫度、濕度的環(huán)境影響和精確的控制,如食物的儲存和煙草生產(chǎn),自動控制的空調(diào)、汽車等。因為集成電路制造技術(shù)的不斷提高,出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成

3、為了一種專門的技術(shù),在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所使用的更高級的模塊式結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的應(yīng)用需求,通過簡單的增加和更換組件,并結(jié)合系統(tǒng)編程,可以擴(kuò)大或修改系統(tǒng),迅速組成一個新的系統(tǒng)1。溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總是有關(guān)科研單位與公司致力于開發(fā)項目,它早期在8031單片機(jī)為核心構(gòu)成的系統(tǒng)核心,采用熱敏電阻和電容作為濕敏感溫度傳感器和濕度傳感器,整個系統(tǒng),而低成本,但大尺寸和低精度、通信距離限制,通用性差、克服缺點,本文研究了基于單片機(jī)的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),實現(xiàn)對現(xiàn)場倉庫房間溫度和濕度監(jiān)測,具有實時性好、精度高、測試簡單方便,易于維護(hù)和使用信號收發(fā)器的優(yōu)點2。溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單易應(yīng)用C8

4、051單片機(jī)簡單介紹為方便系統(tǒng)的擴(kuò)展，并與其他相容性和系統(tǒng)的單芯片微控制器，使用C8051F060的單片機(jī)C8051F060是完全集成的混合信號芯片的系統(tǒng)類型，與59單片機(jī)的數(shù)字I/ O口引腳，片集成兩個16位的ADC，在系統(tǒng)編程，4352字節(jié)（RAM，尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲接口，硬件實現(xiàn)的SPI，SM總線/I2C和兩個UART串行接口，控制器局域網(wǎng)控制器的16位定時器，5個一般的閃存64KB1MSPS可編程計數(shù)器陣列，VDD監(jiān)視器和溫度傳感器，兩個12的DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。C8051單片機(jī)簡單介紹為方便系統(tǒng)的擴(kuò)展，并與其他相容性和系統(tǒng)的單芯片微控制器，使用C8051F

5、060的單片機(jī)C8051F060是完全集成的混合信號芯片的系統(tǒng)類型，與59單片機(jī)的數(shù)字I/ O引腳，片集成兩個16位的ADC，在系統(tǒng)編程，4352字節(jié)（RAM，尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲接口，硬件實現(xiàn)的SPI，SM總線/I2C和兩個UART串行接口，控制器局域網(wǎng)控制器的16位定時器，5個一般的閃存64KB1MSPS可編程計數(shù)器陣列，VDD監(jiān)視器和溫度傳感器，兩個12的DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。CANCAN都可以稱為“控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”，即控制器局域網(wǎng)的LAN，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線。可以先在20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)在汽車行業(yè)，德國博世公司是第一人提出，目的是為了解決現(xiàn)代汽車

6、在大的問題之間的通信電子設(shè)備。它具有通信速率高，可靠性，連接方便，性能價格比高等特點，這是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，在同行業(yè)中得到了迅速發(fā)展?，F(xiàn)在可以高速網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用圍遍與從低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，可用于汽車系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械和技術(shù)設(shè)備和工業(yè)自動化中的幾乎任何類型的數(shù)據(jù)通信?；趩纹瑱C(jī)的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集通過C8051F060的單片機(jī)控制SHT75數(shù)字式溫度和濕度傳感器測量倉庫室溫度和濕度，并通過總線接口單片機(jī)C8051F060單片機(jī)系統(tǒng)將發(fā)送數(shù)據(jù)，通過CAN總線接口瞬移后，微控制器簡單快速處理的電腦顯示器。A.傳輸驅(qū)動模塊可以傳輸驅(qū)動模塊由單片機(jī)C8051F060的硬件，高速光T

7、LP113隔離器TJA1050高速的CAN收發(fā)設(shè)備等組成。其中，C8051F060的實現(xiàn)，TJA1050的CAN總線應(yīng)用功能實現(xiàn)的CAN總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。這個模塊主要用于向上放置機(jī)器的溫度和濕度數(shù)據(jù)發(fā)送和接受控制命令。TJA1050的可以提供總線發(fā)送功能差，可提供差分接收控制器的功能，并完全符合“ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)”標(biāo)準(zhǔn)，高利率，低電磁輻射，廣泛的差分接收器輸入，可打不上電，電磁干擾，自動發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）控制功能，保護(hù)總線引腳，輸入級和3.3V設(shè)備兼容，熱功率和保護(hù)，防止短路功能。B.電源電路整個系統(tǒng)是穩(wěn)定的，可靠的工作是一個穩(wěn)定的電力供應(yīng)的基礎(chǔ)上，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片MAX16

8、58和電氣隔離芯片B0505S設(shè)備等組成。5V轉(zhuǎn)3.3V電源通過外部電源供電MAX1658電源模塊將轉(zhuǎn)換成5V電壓3.3伏，C8051F060的單片機(jī)和SHT75數(shù)字式溫度和濕度傳感器供電。5V電源隔離模塊，通過將5V電源隔離成兩部分，分別為每一個設(shè)備兩端的光。電源隔離芯片B0505S有定壓輸入，單輸出隔離電壓高效率的電源模塊（80），體積小，價格低，可靠性高，耐沖擊，隔離特性，溫度圍寬（-40+85），為了確保有效和可靠的操作模塊，可額定負(fù)載，輸出的5100之間的負(fù)載，應(yīng)盡量避免在無負(fù)載條件下長期工作。C.溫度和濕度數(shù)據(jù)的采集和處理溫度和濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下部分，1）和濕度傳感器SHT75

9、2）C8051F60單片機(jī)，3）的CAN總線接口電路4）PC。系統(tǒng)框架如圖1所示。圖.1系統(tǒng)圖表使用單片機(jī)C8051F060單片機(jī)的P2.6口為虛擬數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)的P2.0口來虛擬時鐘線，從而直接連接并進(jìn)行控制SHT75數(shù)字式溫度和濕度傳感器后起來SHT75的權(quán)力，10ms的時間后進(jìn)入睡眠模式，在此之前不應(yīng)該發(fā)送任何命令。當(dāng)在一個較高的水平，數(shù)據(jù)線，觸發(fā)SCK的9倍以上（含9倍），然后發(fā)送一個“傳輸開始”命令來激活SHT75芯片是招魂。然后測量命令（命令為00000011的溫度測量，測量相對濕度為00000101的訂單），C的開始，直到完整的測量SCK的。然后將進(jìn)入到一個較低水平繪制，C的再次

10、重新啟動SCK信號，然后傳送測量數(shù)據(jù)字節(jié)。C的數(shù)據(jù)必須被繪制成一個較低的水平，每個字節(jié)的能產(chǎn)生響應(yīng)信號4。傳輸順序從最高位（最高位）字節(jié)對齊（LSB）的。當(dāng)傳感器電復(fù)位，程序?qū)⑦M(jìn)入等待外部指令周期5。如果接受，讓傳感器的指示，傳感器，測量過程將開始的溫度和濕度的實時數(shù)據(jù)采集和存儲，等待PC機(jī)。程序流程圖如下。圖2溫度和濕度數(shù)據(jù)采集過程由于溫度和濕度SHT75收集到的數(shù)據(jù)必須得到實際的環(huán)境溫度和濕度的非線性補(bǔ)償。為補(bǔ)償非線性的濕度傳感器，以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使用（1）修正產(chǎn)值以下類型：RH1的=C1+C2*SORH+C3SORH2（1）其中：補(bǔ)償SORH濕度值，SHT75輸出的8位或L2位濕度傳感

11、器值RH1的C1，C2和C2的值，如表1所示，輸出濕度數(shù)據(jù)。表1濕度變換系數(shù)：SORHC1C2C312bit-40.0405-2.8*10-68bit-40.648-7.2*10-4當(dāng)測量溫度與25相差較大，為了補(bǔ)償溫度濕度測量的影響，使用式（2）校正產(chǎn)值RHtrue=（-25）（T1 +T2*SORH）+RH1的（2）其中：RHtrueRH1的補(bǔ)償溫度影響后的濕度值，T1和T2值在圖2所示，輸出濕度數(shù)據(jù)位關(guān)注表2溫度補(bǔ)償系數(shù)SORHt1t212bit0.010.000088bit0.010.00128表3溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)d1VDDd1d15V-40-404V-39.75-39.503.5V-39

12、.66-39.353V-39.60-39.282.5V-39.55-39.23d2位數(shù)d2d214bit0.010.01812bit0.040.072溫濕度采集軟件部分本文中所使用的軟件為Silicon Laboratories的IDE。方案主要是傳感器的操作，收集的溫度和濕度數(shù)據(jù)處理和thecan通信。濕度傳感器接收PC發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸命令，開始收集在C8051F060的存來存儲提取溫度和濕度，溫度和濕度的數(shù)據(jù)，然后啟動thecan傳輸，向上的地方機(jī)傳輸數(shù)據(jù)6。Silicon Labs公司工作的比特率可以達(dá)到1米比特/秒，實際利率可能會被影響，可以在選定的數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)奈锢硐拗啤?thecan處

13、理器32日消息對象，可以配置為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)，消息對象，其標(biāo)志面膜儲存在RAM中的信息。發(fā)送和接收的所有數(shù)據(jù)過濾協(xié)議可以處理所有的成品，不需要CIP控制器 - 51的干預(yù)，這將CPU可以使通信帶寬是最小的。51通過特殊功能寄存器配置CAN控制器，讀取接收到的數(shù)據(jù)和書面準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。 CAN控制器的時鐘等于單片機(jī)的時鐘（SYSCLK）。測試與分析的結(jié)果調(diào)試好系統(tǒng)，并分別進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)測試，收集實驗數(shù)據(jù)。從微控制器的存儲器讀出的數(shù)據(jù)圖顯示，該系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度和濕度數(shù)據(jù)采集，處理，可實時監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測。圖3接收日期界面除對單片機(jī)硬件系統(tǒng)的溫度和濕度傳感器信號電路調(diào)節(jié)，整個溫度和濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了測試。圖4為溫度和濕度數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)采集試驗。結(jié)論本文主要采用C8051F060的單片機(jī)控制SHT75數(shù)字式溫度和濕度傳感器，以收集庫的室溫度和濕度。 可以通過實時數(shù)據(jù)傳送到PC顯示器。在數(shù)據(jù)通信方面，采用，這樣可以有效地提高了測量精度，溫度和濕度傳感器是一個集成的數(shù)字輸出，使用電路簡單，測量精度高。參考文獻(xiàn)1濕度數(shù)據(jù)采