基TPICl6F690单片机的温湿度测量装置设计

摘要:为解决温湿度的自动测量与数据存储,提出了基于PICl6F690单片机的温湿度测量装置设计。装置采用PICl6F690单片机控制温湿度传感器实时采集当前环境下的温湿度并于数码管显示。利用时钟芯片使装置同时带有万年历、时钟功能,并实时存储当前时间温湿度值,供上位机查询。上位机利用vB编辑界面和编程,采用RS8485与下位机通讯。

关键词:PICl6F690单片机;温湿度测量;Rs485通讯

中图分类号:TH6　文献标识码:A　文章编号:1009-8631(2010)02-0130-02

引　言

温度和湿度的测量和控制是许多行业的重要工作目标之一。不论是粮食仓库、图书馆的图书保存,还是一些与温度湿度相关的实验环境,都需要时刻把握当前环境的温度湿度。在一些军工厂房,兵器仓库等特殊场所,甚至需要人工定时对现场温度湿度进行实时记录与统计保存。针对这一情况,研制可靠且实用的温度和湿度自动检测与控制系统就显得非常重要。

近年来随着微型计算机和传感器技术的迅速发展,自动检测和控制领域发生了巨大的变化,环境的温度和湿度自动监测方面的研究有了明显的进展。美国、日本的仓库监测设施近20年来得到了很快的发展,他们结合本国的条件做出了具有创新特色的成就,其中仓库环境调控技术均显示出了很高的水平,但其监控设备价格通常都较为昂贵。我国近年引进了多个国家和地区的环境温度、湿度检测控制系统。对吸收国外先进经验与技术、推动国内温度湿度自动检测技术产生了积极的作用,但多因能耗过大,造价高,品种未能配套,未能达到很好的效果。中国的环境温度湿度综合控制系统必须在引进、消化、吸收国内外先进技术和科学管理的基础上,进行总结提高、集成创新,研制出满足不同环境的温度湿度检测控制系统。

1、温湿度测量装置硬件设计

1.1　键盘、数码管控制部分

装置利用串口接收8位数码管及64键键盘智能控制芯片HD7279A控制数码管和键盘,该芯片与单片机的连接只需考虑键盘按键检测引脚KEY、串行数据SDA、时钟SCL和片选CS四个引脚即可。当单片机检测到按键信号时,通过串行通讯接收HD7279A的数据。

1.2　时钟与日历

时钟电路采用的是时钟芯片ISLl208,ISLl208是一个低功耗实时时钟,带定时与晶体补偿、时钟,日历、电源失效指示器、周期或轮询报警、智能后备电池切换和后备电池供电的用户SRAM。振荡器采用外部、低成本、32.768KHz的晶振。实时时钟用独立的时、分、秒寄存器跟踪时间,并且还带有日历寄存器用于存储日、月、年和星期。日历精确到2099年,具有闰年自动修正功能。系统利用这一特点,使装置具有万年历和时钟功能,并且利用芯片的周期报警功能完成对温湿度数据的实时存储。

1.3　温湿度传感器AM2303

AM2303数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。温度湿度都是16位,湿度分辨率是0.1%,精度±5%,响应时间5S;温度分辨率0.1℃,精度±0.5℃,响应时间20S。采用单总线通讯协议与单片机传输数据。

1.4　数据存储

要实现对某一时间的温湿度查询,必须对其进行存储。装置采用一个EEPROM(24C128)存储时间日期及其对应的温湿度数据,供上位机查询。

1.5　上下位机通讯

MAX485是利用RS-485通信的低功耗收发器,每个器件中都有一个驱动器和一个接收器,可以实现最高2,5Mbps的传输速率。在于上位机连接时需要一个RS232/485转换器。

1.6　系统硬件框图

结合上述几个系统硬件模块的设计,可以得到系统总的硬件设计框图如下。

2、温湿度测量装置软件设计

下位机主要完成时钟、日历显示,温湿度采集和显示,并且每小时实时存储当前时间和温湿度值。在接收到上位机发送的数据后,自动上传储存器中存储的时间和温湿度。系统程序流程图如图2所示。

下位机软件可分成初始化模块、温湿度采集模块、时钟,日历模块、数据存储模块、数据通信模块、修改时间模块和切换显示模块。

初始化主要是指单片机PICl6F690的初始化,对单片机寄存器进行操作设置其I/O端口、内部振荡、选项和串口通讯等。

时钟/日历芯片ISLl208需要先对其时间寄存器进行一次读/写操作,器件才会工作记时。因此对单片机初始化后就对时钟芯片设置初值:10年01月01日12时00分00秒。正常记时后,单片机就可以通过不断读取对应寄存器中的值送往数码管显示,实现实时时钟,日历功能。同时要求在整点的时候,系统自动保存当前时间和温湿度值,因此要就ISLl208在每个整点时间都产生一个中断信号,通知单片机进入数据存储模块。

EEPROM存储器IS24C128采用双总线串行传输数据,数据传输协议与ISLl208相同,程序可以采用相同的时序。只需注意相应时钟线和数据线引脚即可。IS24C128有一写保护引脚接在单片机PC4,考虑稳定性问题,未用到存储器时先将PC4置,器件写保护;对存储器进行操作的时候再将PC4清零。

修改时间模块包括修改时钟和日期。为了节省硬件资源,系统只用了三个按键。按A键进入修改时钟,数码管第一位闪烁,每按一次c键闪烁位加1,按A键确定,闪烁移至下一位修改,依次类推。时钟修改完成后,自动进入日历修改,修改方式同上。最后一位修改完成后自动返回时钟显示,流程图如图3所示。

装置需要数码管显示的有三组数:时钟、日历和温湿度值。这就需要一个按键来控制数码管切换显示着三组数。硬件电路上B键就是特定为切换显示而设计的按键。系统常态处于显示时钟状态,按一次B键切换显示到日历,再按一次显示温湿度,在按一次则返回显示时钟。

3、上位机查询设计

上位机程序流程图如图晰示。上位机主要是实现对下位机存储器中时间及其对应温湿度值的查询。当上位机查询按钮按下时,上位机向下位机发送命令,告诉下位机将存储器的内容调出并上传给上位机。而此刻,上位机一直保持在等待状态接收状态。当下位机取出数据并全部上传给上位机以后,上位机再对接收到的数据进行处理显示。

3.1　Mscomm控件

VisualBasic是一种功能强大、简单易学的程序设计语言。它利用AetiveX控件MSComm能十分方便地开发出使用计算机串口的计算机通信程序。设置MSComm控件属性如下:

MSComml,CommPort=1

MSComml,PortOpen=True

MSComml,InputLen=0

MSComml,OutBufferCount=0

MSComml,InBufferCount=0

MSCommi,Settings=“9600,n,8,1”

利用MSCom控件的eomEvReceive事件可接收到MSComml,Input中的数据;通过写AMSComml,Output便可发送数据。

4、结　论

本文对温湿度测量装置的软硬件设计做了详细的说明。温湿度测量装置采用温湿度传感器,可以实时精确测量当前环境下的温度与湿度并与装置上显示。利用装置上的数码管,本设计还添加了时钟、日历模块,使装置具有万年历时钟功能。为了方便使用者查询过去的温湿度状况,设计用存储器存储温湿度值,并提供串口与上位机通讯,供用户方便查询以往温湿度情况。系统软硬件都经过调试,能够很好的实现设计的目的,具有很强的实用性。