專利名稱：一種基于pic16f876a單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種溫濕度檢測裝置，具體的說，是涉及一種基于單片機(jī)的多點(diǎn)溫濕度檢測裝置。
背景技術(shù)：
溫、濕度作為重要的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的工藝參數(shù)。準(zhǔn)確測量溫、濕度對于生物制藥、食品加工、造紙、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)更是至關(guān)重要的。隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對溫、濕度測量的要求越來越高，而且測量的范圍也越來越廣。隨著這些要求的提出，現(xiàn)有測量裝置的缺陷就逐漸顯現(xiàn)出來，因?yàn)楝F(xiàn)有的溫濕度檢測裝置大多采用單點(diǎn)檢測單點(diǎn)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，這樣不但限制了測量的允許空間，而且還增加了測量成本。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)提出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種基于 PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)，該種基于PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)克服了現(xiàn)有溫濕度檢測裝置采用單點(diǎn)檢測單點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)所帶來的缺陷，在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，這樣不但解除了對測量空間的限制， 而且還大大降低了測量成本。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該種基于PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)，包括PC機(jī)、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、單片機(jī)、RS232接口以及RS485/ RS232轉(zhuǎn)換器，所述溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)基本檢測單元，其中，所述溫度檢測模塊和濕度檢測模塊分別將檢測到的溫、濕度信號(hào)傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)處理后控制內(nèi)置的485轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生符合RS485總線協(xié)議的溫、濕度傳送信號(hào)，將此溫、濕度傳送信號(hào)通過485總線傳送；所述PC機(jī)通過所述RS232接口和RS485/ RS232轉(zhuǎn)換器接收前述由 485總線傳來的溫、濕度信號(hào)，并且同時(shí)，通過串口控制下位機(jī)的工作模式，在內(nèi)置程序的控制下對溫、濕度信號(hào)進(jìn)行處理并繪成圖像。具體實(shí)施時(shí)，所述溫度檢測模塊為T0-92封裝模式的DS18B20芯片，該芯片的VDD 端連接外部電源，GND端接地，I/O端與對應(yīng)檢測單元的單片機(jī)的輸入輸出口線相連；所述濕度檢測模塊采用HSllOl電容傳感器和555芯片構(gòu)成，由HSllOl電容傳感器和555芯片組成多諧振蕩器，該振蕩器將來自于所述HSllOl電容傳感器上的電容值變化信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，所述電壓頻率信號(hào)輸出到對應(yīng)檢測單元的單片機(jī)的信號(hào)輸入端。本實(shí)用新型具有如下有益效果由于采取上述方案，采用DALLAS公司的單線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20和HUMIREI公司生產(chǎn)的電容式濕度傳感器HSllOl采集溫濕度信號(hào)； 選用MICROCHIP公司的中檔單片機(jī)PIC16F876A，應(yīng)用PIC單片機(jī)技術(shù)，將信號(hào)進(jìn)行處理并通過485總線實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。系統(tǒng)采用上下位機(jī)工作方式，發(fā)送下位機(jī)的地址，對各指定位置的溫度、濕度進(jìn)行檢測；上位機(jī)通過Matlab控制單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)實(shí)時(shí)通訊， 并可以畫出檢測點(diǎn)的溫度、濕度曲線。因此，本裝置克服現(xiàn)有溫濕度檢測裝置采用單點(diǎn)檢測單點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)所帶來的缺陷，在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，這樣不但解除了對測量空間的限制，而且還大大降低了測量成本。

圖1是本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型中所述溫度檢測模塊的電路圖。圖3是本實(shí)用新型中所述濕度檢測模塊的電路圖。圖4是本實(shí)用新型中所述RS485總線接線圖。圖5是本實(shí)用新型中所述溫度檢測模塊DS18B20的測溫原理圖。圖6是本實(shí)用新型中加入顯示模塊的電氣原理圖。圖7是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例下完整的電氣原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明由圖1所示，該種基于PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)，包括PC 機(jī)、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、單片機(jī)、RS232接口以及RS485/ RS232轉(zhuǎn)換器，所述溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)基本檢測單元，其中，所述溫度檢測模塊和濕度檢測模塊分別將檢測到的溫、濕度信號(hào)傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)處理后控制內(nèi)置的485轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生符合RS485總線協(xié)議的溫、濕度傳送信號(hào)，將此溫、濕度傳送信號(hào)通過485總線傳送；所述PC機(jī)通過所述RS232接口和RS485/ RS232轉(zhuǎn)換器接收前述由485總線傳來的溫、濕度信號(hào)，并且同時(shí)，通過串口控制下位機(jī)的工作模式，在內(nèi)置程序的控制下對溫、濕度信號(hào)進(jìn)行處理并繪成圖像。具體實(shí)施時(shí)，所述溫度檢測模塊為T0-92封裝模式的DS18B20芯片，該芯片的VDD 端連接外部電源，GND端接地，I/O端與對應(yīng)檢測單元的單片機(jī)的輸入輸出口線相連；所述濕度檢測模塊采用HSllOl電容傳感器和555芯片構(gòu)成，由HSllOl電容傳感器和555芯片組成多諧振蕩器，該振蕩器將來自于所述HSllOl電容傳感器上的電容值變化信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，所述電壓頻率信號(hào)輸出到對應(yīng)檢測單元的單片機(jī)的信號(hào)輸入端。下面對上述組成單元的確定逐一作出詳細(xì)說明如圖2所示，本設(shè)計(jì)的溫度傳感器采用DS18B20，它有T0-92及SOIC封裝模式可選，本系統(tǒng)選用SOIC封裝模式。DS18B20芯片的光刻ROM的64位序列號(hào)是出廠前被刻好的，它可以看作是DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列數(shù)序開始8位是產(chǎn)品類型號(hào)，隨后48位是該DS18B20自身序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。光刻 ROM的作用是使每個(gè)DS18B20都不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在一根總線上掛接多片DS18B20的目的。如圖5所示。用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器1在這個(gè)門周期內(nèi)對一個(gè)低溫度系數(shù)振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在_55°C所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。濕度傳感器采用HS1101/HS1100電容傳感器。將HSllOl和555組成多諧振蕩器， 則電容值的變化轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可以直接被單片機(jī)采集。電路如圖3 所示。集成定時(shí)器陽5芯片外接電阻民、R3與HSllOl構(gòu)成多諧振蕩器。&、民與!1(1構(gòu)成對電容的充電回路，7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對電容的放電回路，并將引腳2、6端相連接引入555片內(nèi)比較器。其中R15是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1用于平衡溫度系數(shù)。濕度測量電路的工作原理如下所述振蕩電路有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的交替過程首先電源VCC通過&、R3向HSllOl電容式傳感器充電，經(jīng)過！~_時(shí)間后，U。達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約為0. 67VCC，此時(shí)輸出引腳3端由高電平降為低電平，然后通過&放電，經(jīng)過Tm時(shí)間后』。下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0. 33VCC，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平變?yōu)楦唠娖健Ｈ绱搜h(huán)，形成脈沖輸出。其中，充放電時(shí)間為Γ 充電二C1OzP2^P3) 1η2Γ 放電二β 21η2所以，輸出脈沖的頻率為/M/[CT2視2^ 3)ln2]可見，空氣濕度通過555測量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的的頻率信號(hào)。本裝置中單片機(jī)選用Microchip公司的PIC系列單片機(jī)，選擇其中的中檔單片機(jī) PIC16F876A。應(yīng)用PIC單片機(jī)技術(shù)，將信號(hào)進(jìn)行處理并通過485總線實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。系統(tǒng)采用上下位機(jī)工作方式，發(fā)送下位機(jī)的地址，對各指定位置的溫度、濕度進(jìn)行檢測；上位機(jī)通過Matlab控制單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)實(shí)時(shí)通訊，并可以畫出檢測點(diǎn)的溫度、濕度曲線。串行通信采用RS485總線技術(shù)，通信芯片選SN75LBC184。RS485接2個(gè)終接電阻，終接電阻接在傳輸總線的兩端。其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。因此一般取值 120 Ω。RS485支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。為防止總線中其他模塊的通信受到影響，在SN75LBC184的信號(hào)輸出端串聯(lián)了 2個(gè) 20 Ω的電阻Ii13和R14，這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響。Α、Β之間接一個(gè)穩(wěn)壓TVS管，這樣可以保證將信號(hào)幅度限定在-7 +12V之間，進(jìn)一步提高抗過壓的能力。具體電路如圖4所示。當(dāng)復(fù)位時(shí)，如果RC5引腳為1，則總線處于發(fā)送狀態(tài)，而總線上有多個(gè)模塊同時(shí)處于發(fā)送狀態(tài)，此時(shí)此次數(shù)據(jù)傳輸將被打斷而失敗，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以在上電復(fù)位是，應(yīng)保證RC5引腳的狀態(tài)為0，從而避免485芯片的控制腳處于發(fā)送狀態(tài)而造成的通信阻塞。為了方便觀測溫濕度測量是否能夠正確運(yùn)行，需要加入顯示模塊，所以沒有必要采用較復(fù)雜的IXD顯示，本系統(tǒng)可以通過4位共陰LED數(shù)碼管，即LG5641AH進(jìn)行顯示。由于Pic單片機(jī)有直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的功能，所以不需要額外附加上拉電阻，顯示電路如圖6所示，LED動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，為了簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由1個(gè) 8位的I/O 口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而其四位共陰級(jí)S1、S2、S3、S4分別接相應(yīng)的I/ 0 口線，對應(yīng)RA1、RA2、RA3、RA5控制，形成各位的分時(shí)選通。因此，在同一時(shí)刻，如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話，4位LED將顯示相同的字符。所以，在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)的位要顯示的字符的段碼。這樣，在同一時(shí)刻，4位LED中只有選通的那一位顯示字符，而其他3位則是熄滅的，如此循環(huán)下去。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位顯示， 其他各位熄滅，但由于LED的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。 除了前面有益效果中的描述之外，本系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)在外部供電方式下， DS18B20工作電源由VDD引腳接入，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器。本設(shè)計(jì)的溫度檢測選用單線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，不需要外接元件，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn)，可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。串行通信芯片選為SN75LBC184，該芯片內(nèi)置高能量瞬變噪聲保護(hù)裝置，顯著提高了抵抗數(shù)據(jù)同步傳輸電纜上的瞬變噪聲的可靠性，能可靠地實(shí)現(xiàn)檢測儀和控制中心的串行通信、溫濕度的數(shù)據(jù)上傳以及下位機(jī)由控制中心自動(dòng)調(diào)配、統(tǒng)一控制。該系統(tǒng)具有成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)、控制精度高、調(diào)試方便及體積小等特點(diǎn)。溫濕度傳感器都具有互換性，傳感器如果損壞，只需更換傳感器即可，不需要改變電路和程序，方便可靠。
權(quán)利要求1.一種基于PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)，包括PC機(jī)、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、單片機(jī)、RS232接口以及RS485/ RS232轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)基本檢測單元，其中，所述溫度檢測模塊和濕度檢測模塊分別將檢測到的溫、濕度信號(hào)傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)處理后控制內(nèi)置的485轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生符合RS485總線協(xié)議的溫、濕度傳送信號(hào)，將此溫、濕度傳送信號(hào)通過485總線傳送；所述PC機(jī)通過所述RS232接口和RS485/ RS232轉(zhuǎn)換器接收前述由485總線傳來的溫、濕度信號(hào)，并且同時(shí)，通過串口控制下位機(jī)的工作模式，在內(nèi)置程序的控制下對溫、濕度信號(hào)進(jìn)行處理并繪成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)， 其特征在于所述溫度檢測模塊為T0-92封裝模式的DS18B20芯片，該芯片的VDD端連接外部電源，GND端接地，I/O端與對應(yīng)檢測單元的單片機(jī)的輸入輸出口線相連；所述濕度檢測模塊采用HSllOl電容傳感器和555芯片構(gòu)成，由HSllOl電容傳感器和555芯片組成多諧振蕩器，該振蕩器將來自于所述HSllOl電容傳感器上的電容值變化信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，所述電壓頻率信號(hào)輸出到對應(yīng)檢測單元的單片機(jī)的信號(hào)輸入端。
專利摘要一種基于PIC16F876A單片機(jī)的分布式多點(diǎn)溫濕度檢測系統(tǒng)。主要解決現(xiàn)有溫濕度檢測裝置采用單點(diǎn)檢測單點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的適用空間小、生產(chǎn)成本高的問題。其特征在于溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)基本檢測單元，溫度檢測模塊和濕度檢測模塊分別將檢測到的溫、濕度信號(hào)傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)處理后將此信號(hào)通過485總線傳送；PC機(jī)通過所述RS232接口和RS485/RS232轉(zhuǎn)換器接收前述溫、濕度信號(hào)，在內(nèi)置程序的控制下對溫、濕度信號(hào)進(jìn)行處理并繪成圖像。該系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，在總線上可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，這樣不但解除了對測量空間的限制，而且還大大降低了測量成本。
文檔編號(hào)G01K7/00GK201945387SQ20112005591
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月6日
發(fā)明者李賢麗 申請人:東北石油大學(xué)