來(lái)源：電子元器件應(yīng)用 作者：高翔 陳志輝

0引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多情況下都需要對(duì)環(huán)境的溫濕度進(jìn)行限定，因此，必須在某些特定環(huán)境安裝溫濕度報(bào)警器以進(jìn)行監(jiān)控。為此，本文利用集成溫濕度傳感器HM1500的測(cè)溫快速、使用簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合MSP430單片機(jī)強(qiáng)大的功能，設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以進(jìn)行超限報(bào)警。本系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確、調(diào)試方便、可實(shí)時(shí)記錄報(bào)警信息、方便工作人員排故，并可廣泛應(yīng)用于條件惡劣、人員不便進(jìn)入的場(chǎng)合。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。本方案采用分別設(shè)計(jì)溫度和濕度采樣電路的方法，將集成溫度傳感器AD590采集得到的電流信號(hào)和濕度傳感器HM1500采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為給定范圍內(nèi)的電壓信號(hào)。然后由單片機(jī)MSP430F1232的AD采樣端口將該電壓信號(hào)讀入，如果溫度小于門(mén)限值或者濕度大于門(mén)限值就給出報(bào)警信號(hào)。門(mén)限值可以通過(guò)按鍵進(jìn)行設(shè)定。同時(shí)，系統(tǒng)還可以通過(guò)中斷方式按給定協(xié)議將采集到的溫濕度值送給上位機(jī)。

2 器件選擇

2.1 MSP430F1232單片機(jī)

MSP430系列單片機(jī)是TI公司推出的功能強(qiáng)大的超低功耗16位混合信號(hào)處理器。該系列單片機(jī)以其極低的功耗、強(qiáng)大的處理能力、豐富的片上外圍模塊、方便高效的開(kāi)發(fā)方式等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于便攜式儀表、智能傳感器、實(shí)用檢測(cè)儀器、電機(jī)控制等領(lǐng)域。為了最大限度地利用單片機(jī)端口和片內(nèi)外設(shè)并降低設(shè)計(jì)成本，本設(shè)計(jì)選用MSP430F1232，該單片機(jī)有3個(gè)并行端口，一個(gè)RS485串行通訊口，同時(shí)內(nèi)置10位AD采樣器，可完全滿(mǎn)足溫濕度采樣的精度要求。

2.2 AD590溫度傳感器

AD590是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的二端式集成溫度一電流傳感器，該器件體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。測(cè)溫范圍為-50～+150℃；線(xiàn)性電流輸出為1μA／K；線(xiàn)性度好，測(cè)量精度為±0.3℃；電源電壓范圍為4～30 V。當(dāng)電源電壓在5～10 V之間，電壓穩(wěn)定度為1％時(shí)，其誤差只有±0.1℃。

2.3 HM1500濕度傳感器

線(xiàn)性電壓輸出式集成濕度傳感器HM1500采用獲得專(zhuān)利的濕敏電容HS1101設(shè)計(jì)制造，其濕度測(cè)量范圍為5％～99％(相對(duì)濕度)；相對(duì)濕度精度為3％；工作溫度為-30～+60℃；工作濕度范圍為0～100％(相對(duì)濕度)；供電電壓為5V(最大電壓DC16V)；可輸出DC電壓為1～4 V；響應(yīng)時(shí)間為5s，適用于工業(yè)級(jí)場(chǎng)合。

3 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

3.1 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

考慮到AD590溫度傳感器的輸出電流源特性，設(shè)計(jì)的溫度信號(hào)測(cè)量電路如圖2所示。該電路的溫度測(cè)量范圍為-10～+500℃。AD590采用15V電壓供電；電阻R1用于調(diào)整零點(diǎn)；電阻R3為精密電阻，用來(lái)調(diào)整增益。運(yùn)放的同向端輸入2.50V精密參考電壓，該電壓由TL431提供。IN端輸入AD590的電流，OUT端輸出為相應(yīng)轉(zhuǎn)換所得到的電壓。根據(jù)AD590的特性，在-10℃時(shí)，流過(guò)電流為262.2μA，設(shè)計(jì)使這部分電流全部流過(guò)R1、R2，而其后增加的電流均流過(guò)R3，OUT端的輸出電壓為：

當(dāng)溫度在-10～+50℃之間變化時(shí)，該電壓就在2.5～0V之間反向線(xiàn)性變化，調(diào)節(jié)R1的阻值大小可以消除不同傳感器的零點(diǎn)誤差。

3.2 濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

集成濕度傳感器HM1500的輸出電壓在1～4 V間隨濕度線(xiàn)性變化，考慮到本系統(tǒng)的單電源特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的濕度信號(hào)采集電路如圖3所示，該電路的測(cè)濕范圍為0～100％。

由于該電路中沒(méi)有負(fù)壓，電路的主體采用差分式減法電路，精密電阻R3=R6=2.4kΩ，R4=R7=2kΩ，用這四個(gè)電阻可調(diào)節(jié)增益。通過(guò)HM1500傳感器測(cè)量所得到的濕度電壓信號(hào)從IN端輸入。差分的另一側(cè)輸入Vs。由TL431提供2.5 V的精密電壓分壓后可得到1.0 V左右的電壓。并由此可以得到輸出電壓的計(jì)算公式為：

若輸入電壓在1～4 V之間變化，則輸出電壓就相應(yīng)在0～2.5 V之間變化。調(diào)節(jié)R1可以消除不同的濕度傳感器的零點(diǎn)誤差。

4 顯示存儲(chǔ)和串行通訊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用3個(gè)獨(dú)立按鍵和四位七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用。EEPROM芯片AT24C02來(lái)存儲(chǔ)設(shè)定的溫濕度傳感器地址、溫濕度報(bào)警門(mén)限值，以及報(bào)警記錄。采集到的各種數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)的報(bào)警信息可以按照指定的協(xié)議傳送給上位主控制器進(jìn)行處理。

圖4所示是該系統(tǒng)中的按鍵顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和串行通訊電