温湿度数据采集系统设计分析

0引言

在现代工农业生产、军事装备存储、气象监测以及环保等诸多领域，经常需要测量环境的温湿度，而且测量值的准确度和实时性都非常重要，因此温湿度传感器的应用越来越广泛［1］。传统的温湿度监控系统采用模拟信号，不仅电路结构复杂，测量准确度差，而且数据处理实时性较低。随着传感器技术的发展，集成度高、可靠性高的温湿度传感器问世［2］，使得智能温湿度监控系统层出不穷。本文设计了一种以数字温湿度传感器SHT15为核心的智能温湿度数据采集系统，通过测试，系统具有良好的准确度和实时性，在温湿度测量领域有一定的应用价值。

1系统方案

STCLE5A32S2单片机因其具有低功耗、转换高速、传输可靠等特点，已广泛应用于嵌入式测控的诸多领域［3］。本系统采用STC公司开发的功耗低、体积小的STCLE5A32S2单片机作为控制核心，以智传感器SHT15作为测量元件，构成温湿度数据采集系统；同时可把采集到的数据通过RS－232传到上位机进行监测和进一步处理，并且通过外扩EEPROM对采集的数据进行存储，数据采集系统设计方案如图1所示。

2硬件设计

2．1传感器检测电路

SHT15芯片是一款基于COMS技术的、集多个传感器于一体的单片全校准智能传感器，具有极高的可靠性、长期稳定性和抗干扰能力。整个芯片不仅包含与14位A／D转换器相连的温湿度传感器，而且还有一个2线串行接口电路，能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据［4］。所以，采用SHT15芯片作为测量元件，系统不再需要外接多路转换开关、A／D转换器及信号调理等电路，而且通过I2C总线串口与外界连接减少了接口电路开发时间、降低了硬件成本。内部结构和电路连接如图2所示。

2．2模块电路

单片机模块包括时钟电路、存储电路、串口电路和显示电路等，如图3所示。其中，单片机STCLE5A32S2的P0口是一个漏极开路型准双向I／O口，P1、P2、P3口是带内部上拉电阻的8位双向I／O口。在EEPROM编程和程序验证时，P1、P2分别接收低8位地址和高8位地址。

2．3串口电路设计

串口电路是为程序烧写和与上位机串口通信而设计的，如图4所示。本文中采用由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是－10v～＋10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0～＋5v，max232就是用来进行电平转换的，该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA／EIA－232－F电平。图中的TXD、RXD分别是单片机的串口的发送端与接收端，与232的T1IN、R1OUT相连。

3主程序流程设计

系统采用层次化、模块化结构设计，由主程序和具有特定功能模块的子程序组成，主要包括温湿度采集及转换处理子程序、显示子程序、数据存储子程序、串口发送子程序等［5］。系统软件流程如图5所示。

4系统调试与实验结果

整个温湿采集系统工作在3．3V电压下，系统可以定时进入休眠状态以实现低功耗，实物连接如图6。单片机将数据采集端采集到数据处理之后，一方面将数据送往OLED进行液晶显示，另一方面将数据通过I2C总线送往EEPROM进行存储并且经过RS232串口送往上位机进行数据监测，图7（a）所示为OLED显示值，图7（b）为上位机接收值。经过反复严格的高低温试验测试，系统低温测试值能做到－40℃，高温做到80℃，整个系统在高低温环境下工作正常。调试结果如7（a）所示，液晶显示当前应用场景下的温度值为17．7℃，湿度为19．4％RH，串口接收区中接受到的数据为16进制数，经过转换后B1（16）＝177（10）经数据处理后为17．7；C2（16）＝194（10），经过处理后为19．4。经调试该智能温湿度采集系统可以准确实时的检测当前环境的温湿度，而且可以准确无误的实现采集数据的上传保存。

5结束语

本智能数据采集系统是基于SHTl5型智能传感器设计的，以STCLE5A32S2单片机为核心器件，结合SHT15温湿度传感器成功实现了温湿度的数字化输出。整个系统结构简单、体积小、精度高，采用3．3V电源供电，将实时采集、显示、存储和监测集于一体，并设有定时休眠模式来确保系统的低功耗，很好地克服了传统温、湿度测量系统的不足。经过高低温试验，该系统可以应用在各种需要监测温湿度的环境下，具有广阔的应用前景。

作者：许慧芳 单位：太原理工大学信息工程学院