智能温湿度监控系统的组成及发展

智能温湿度监控系统的组成及发展

佟玲，杨玉芬，张本华

(沈阳农业大学工程学院，沈阳110161)

摘要:随着计算机技术及现代传感技术的发展，温湿度监控在工农业控制中的地位越来越重要。近些年来，呈现出智能化、计算机化、全自动等特点。为此，介绍了几种目前国内外比较先进的温湿度检测和控制装置，它们普遍利用温湿度传感器、单片机和微机技术实现对温湿度的检测，并通过对数码管LED、加热装置、排风装置等的控制来实现对温湿度的数值显示和自动调节。

关键词:自动控制技术；智能监控系统；综述；温湿度；单片机；传感器

0 引言

对于动植物培养箱来说，温度和湿度是非常重要的物理参数，它们的检测和控制对提高动植物的成活率、加快生长进程、降低死亡率起着非常重要的作用。目前，国内外研制了许多温湿度的检测和控制装置。现介绍几种新型温湿度测控系统的原理和特点。

1 多通道智能温湿度测试仪

该多通道智能温湿度测试仪是以AT89C52单片机为核心，采用HIH3610大信号线性电压输出湿度传感器和DS18B20数字温度传感器的一种多通道智能温湿度测试仪。该仪器具有测量精度高、显示界面友好、可测试多点温湿度等特点，其硬件电路如图1所示。

该仪器采用了Honeywell公司研制的湿度传感器HIH3610，它为大信号输出且线性度良好，可省去复杂的信号放大及调理电路，仅需1片A/D转换器，将与湿度值成正比的电压值转换成数字量并与单片机接口相连。温度传感器采用DS18B20，它为外加电源供电方式，同时可根据测

温点数的需要将多个DS18B20挂在一根总线上，以实现多点自动测量。因此无须进行信号的调理，也无须对传感器进行重新标定。数字显示采用了内藏中文字库的液晶图形显示模块LCM1286ZK，能够很好地解决LED循环显示周期过长及人机显示界面不友好的弊端。

该系统抛弃了传统单片机的总线扩展方式，采用串行扩展技术来扩展外围功能电路。串行扩展技术简化了仪器接口设计的复杂程度，提高了仪器工作的可靠性。但是串行扩展技术简单的硬件接口是以复杂的接口时序为代价的，因而在软件编程时操作时序的遵守就显得尤为重要。同时，该系统采用了12位的A/D转换器，A/D转换器电压的设定对湿度测量的精度影响很大，需不断地进行调试，因而精密基准电压源及电压调整元件的选型比较麻烦。

2 智能温湿度调节仪

周兵、马英庆、王文华3人研制的智能温湿度调节仪包括两部分:一是检测部分，温度检测采用热敏电阻传感器，湿度检测采用高分子电容湿敏元件，通过温湿度转换电路，将其转换为电流信号，便于远传；二是调节显示部分，A/D转换器采用TLC08328位双通道串行逼近模数转换器，调节部分采用AT89C51单片机和E2PROMAT24C16组成，通过软件编程来实现温度和湿度的指示和调节，其原理框图如图2所示。

温度检测采用热敏电阻传感器，负温度系数的半导体热敏电阻温度系数大，测温灵敏度高；时，ρ值很大，连接导线的误差可以忽略不计，但是它的互换性差，电阻值与温度的关系呈非线性。

因此，该系统将热敏电阻和精密固定电阻并联起来，组成了复合热敏电阻器，合成电阻值随温度呈线性的变化。湿度检测采用高分子电容湿敏元件，高分子介质吸湿后电容发生变化，高分子薄膜做得很薄，元件能够迅速地吸湿和脱湿，所以响应速度特别快。

A/D转换电路采用了TLC0832型8路双通道串行逼近模数转换器。基准电压Vref在内部接到Vcc上，可以得到满比例尺转换，获得最高的转换分辨率。单片机选用AT89C51，显示驱动电路选用达林顿晶体管阵列5G1413作为驱动器件，键盘电路由设定键、移位键、加一键、减一键及相应的上拉电阻组成，进行温度和湿度的设定。

该系统中，湿度检测虽然速度快，但仍存在着滞后现象。同时，湿度检测和温度检测都需

要补偿电路。使用时需不断地进行调试才能获得较好的精度等级。

3 温湿度监控系统

高继森介绍的温湿度监控系统是利用单片机和微机技术对分布在不同位置上的温湿度进

行检测，并且对各个位置的机械通风实现计算机自动控制，在不增加硬件的前提下，利用软件方法扩展串行通信口，提高了系统的可靠性。整个系统具有功能强、精度高、易于扩充、作用范围大等特点。

该系统是在每一个独立的位置上设置一个单片机系统对温度和湿度进行检测，并可进行机械通风的计算机控制，再把各分散位置上的单片机系统联接起来，由一个主计算机进行监视，组成了一个多机系统。该系统采用了主从式的网络结构，但所使用的PC机不具备与8098单片机串口的多机通信功能，所以设置了1台由8098单片机构成的通信计算机，将各个独立位置上的单片机8098同时机连接起来，如图3所示。

系统中湿度值的检测通过MSC-1型微孔陶瓷湿敏元件来实现，其电路设计的优点是输出电压与方波信号的峰值成正比，有效地消除了振荡器占空比漂移的影响，提高了测试的精度和稳定性。温度检测采用MF53-1型热敏电阻，是负温度系数传感器，由温度的变化引起传感器比值的变化，经模拟开关网络接人桥式采样电路造成电桥不平衡，这一不平衡信号经后级直流放大后变成0～5V的标准电压信号，送至8098单片机的另一A/D通道。

该系统可以用于温湿度缓慢变化的场合，并且在网络上传输的数据只是检测数据，而真正通风控制是由单片机独立地在远端自我完成的，并不依赖于主机的控制，其与主机的联系是松散的。当主机关机时，单片机仍可正常工作，寻找适当的通风时机。该系统使用方便、功能完善，可以提高工作效率和精度。但是，8098单片机只有一个串行通信端口，而通信计算机既要与主机通信，又要与分机通信，所以必须要求有两个串行通信端口，系统利用8098单片机的高速输入和高速输出通道，采用软件编程来构成另一个串行通信口，这样使编程更为复杂化，极大地增加了软件的工作量。

4 智能数字式温度测量报警系统

该智能数字式温度测量报警系统阳是邓重一设计的。它采用温度传感器AD7417，转换速率快；同时带有IIC 总线接口，进行读、写操作非常方便。系统组成如图4所示，其由4个外接的温度传感器及一个内部温度传感器、多通道温度传感器控制芯片、显示器、键盘电路、报警电路、抗干扰电路、单片机、通信接口及上位机组成。温度量经传感器转为电信号后，经过温度控制电路交微处理器处理，最后将温度值显示并存储出来。通过键盘可以控制数据的回放，且该系统采用AD7417型5通道精密智能温度传感器集成电路，内部包括这可以通过接口与上位机进行通信，本系统具有超温报警功能。

样几部分：一是内置温、功能强大等特度信息化的时代，以单片机为核心的温湿度控制系统已不能适应现代自动化生产、源：《农机化研究》

度传感器；二是2.5V 基准电压源Uref ；三是多路转换器；四是逐次逼近型A/D 转换器；五是内基准转换开关(SWI)完成内、外基准的转换；六是数据比较器、数据输出电路、IIC 接口、故障排队计数器电路完成对数据的传输、处理等工作；七是内部有7个寄存器。

该系统具有数字化输出、可测量远距离点温度、微型化、微功耗、测量精度高点。同时，可测量5路温度参数，报警温度值设置方便。由于有先进的看门狗电路，加之AD7417内部的故障排队计数器电路，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，但由于硬件电路复杂，这给系统的调试带来了一定的困难。

5 结语

21世纪是高智能化管理的发展和要求。智能检测和控制已成为新的发展趋势，它不仅能完成较高层次信号的自动化检测，而且具有多种智能控制作用。所以，以计算机为核心的智能检测和控制必然要代替以单片机为主的控制系统。

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