一种无线温湿度检测装置的设计与实现

《自动化技术与应用》２０１０年第２９卷第８期

Techniques of Automation & Applications | 103

经验交流

Technical Communications

一种无线温湿度检测装置的设计与实现

何祥宇，马　帅

（洛阳师范学院　物理与电子信息学院，河南　洛阳　４７１０２２）

摘 要：设计了一种基于温湿度数字式传感器的无线温湿度检测装置，以单片机为控制核心，采用数字式温湿度传感器来检测目标的

温度和湿度信息，利用软件编程完成温湿度信息的处理及系统功能实现，并通过ＬＥＤ显示相应测量数据。该装置具有温度及湿度数据的测量及显示、工作模式选择和无线通信等功能。

关键词：温湿度传感器；单片机；工作模式；无线通信

中图分类号：ＴＰ２７３＋．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３－７２４１（２０１０）０８－０１０３－０３

The Design and Realization of a Wireless T emperature and Hu-midity Detecting Equipment

HE Xiang-yu, MA Shuai

( School of Physics and Electronic Information, Luoyang Normal University, Luoyang 471022 China )

Abstract: A kind of a wireless temperature and relative humidity detecting equipment is designed based on digital temperature-humidity sensor. It employs SCM as the core of controlling, adopts digital temperature-humidity sensor to detect temperature and relative humidity data of objects. The measurement data is processed by software and displayed by LED. The device has the function of temperature and relative humidity data displaying, operating mode selection,wireless communication, etc.

Key words: temperature-humidity sensor; SCM; operating mode; wireless communication

收稿日期：２０１０－０３－２４

１ 引言

温湿度的检测在暖通空调、电力系统、通信基站、食品加工、制药等行业有着非常广泛的应用，但一般湿度元件不经过标定和温度补偿，误差较大，而用于湿度标定和校准的仪器价格昂贵，从而给湿度测量的实际应用带来很大的困难和阻碍。文中选用瑞士Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ公司的ＳＨＴ１１数字式温湿度传感器，结合单片机技术和电子技术，设计了一种具有两种工作模式的温湿度检测装置，消除了一般湿度检测元件误差较大的缺点。该温湿度检测装置既可以单机工作，以单片机为处理和控制核心来实现温度和湿度信号的检测、处理及显示。又可以利用无线收发模块实现系统与计算机的无线通信，利用计算机实现数据的分析，处理及打印。该系统采用专用

集成电路，电路结构简单，工作稳定可靠，具有两种工作模式及无线数据传输等特点，特别适用于暖通空调、电力系统、通信基站、食品加工等行业的温湿度测量。

２ SHT １１温湿度传感器

ＳＨＴ１１的湿度检测运用电容式结构，利用不同保护下的微型结构检测电极系统与聚合物覆盖层来组成传感器芯片的电容，除保持电容式湿敏器件的原有特性外，还可以抵御来自外界的影响。由于它将温度传感器与湿度传感器结合在一起而构成了一个单一的个体，因而测量精度较高且可精确得出露点，同时不会产生由于温度与湿度传感器之间随温度梯度变化引起的误差。ＳＨＴ１１不仅将温度传感器和湿度传感器结合在一起，而且还将信号放大器、模／数转换器、校准数据存储器、标准Ｉ２Ｃ总线等电路全部集成在一个芯片内。ＳＨＴ１１的

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每一个传感器都是在极为精确的湿度室中校准的。ＳＨＴ１１传感器的校准系数预先存在ＯＴＰ内存中。经校准的相对湿度和温度传感器与一个１４位的Ａ／Ｄ转换器相连，可将转换后的数字温湿度值送给二线Ｉ２Ｃ总线器件，从而将数字信号转换为符合Ｉ２Ｃ总线协议的串行数字信号，ＳＨＴ１１数字式温湿度传感器的内部结构框图如图１所示［１］。

ＳＨＴ１１将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其它类型的温湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加，增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性，而Ａ／Ｄ转换的同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只湿度传感器都具有相同的功能，即具有１００％的互换性。最后，传感器可直接通过Ｉ２Ｃ总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接，从而减少了接口电路的硬件成本，简化了接口电路［２］。

３ 硬件电路设计

文中设计的系统既可以单机工作，也可以通过无线发射与接收模块实现与计算机之间的无线数据传输，把采集到的温湿度信号送到计算机中进行分析、处理及打印，从而提高生产效率。系统的硬件电路原理图如图２所示。系统在单机工作模式下，以单片机为处理和控制核心来实现信号的检测、处理及显示等功能。在无线工作模式下，把基于单片机的温湿度检测装置作为一个下位机，可以构成多下位机的无线温湿度采集系统，从而实现数据的无线传输及信息的集中处理与管理［３，４］。

图２中的单片机与ＳＨＴ１１连接时，用单片机的Ｉ／Ｏ口来模拟Ｉ２Ｃ总线，并利用单片机的Ｐ２．１来模拟数据线ＤＡＴＡ，利用Ｐ２．０来模拟时钟线，ＳＨＴ１１通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。ＤＡＴＡ数据线外接上拉电阻，时钟线ＳＣＫ用于微处理器和ＳＨＴ１１之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对ＳＣＫ最低频率没有需求；当工作电压高于４．５Ｖ

时，ＳＣＫ频率最高为１０　ＭＨｚ，而当工作电压低于４．５　Ｖ时，ＳＣＫ最高频率则为１　ＭＨｚ。

文中采用新型无线收发模块ＰＴＲ２０００实现无线数据的收发功能，在图２中，ＰＴＲ２０００的ＣＳ，ＤＯ，ＤＩ，ＰＷＲ和ＴＸＥＮ接口直接与单片机的串口或Ｉ／Ｏ口相连接。连接时，ＰＴＲ２０００无线模块的ＤＩ端应接单片机串口的发送端ＴＸＤ，ＤＯ端应接单片机串口的接收端ＲＸＤ。在发送数据之前，一般应将模块置于发射模式，即置ＴＸＥＮ为１，然后在等待至少５ｍｓ（接收到发射的转换时间需要）才可以发送任意长度的数据。发送结束后，应将模块置于接收状态，即置ＴＸＥＮ为０。发射到接收的转换时间仍为５ｍｓ。接收到的数据可直接送到单片机串口或经电平转换后再送到计算机。

４ 系统的软件设计

软件是整个系统的灵魂，它是系统算法和功能实现的关键，整个测温系统是在程序控制下进行工作的，该系统的软件设计中我们选择以单片机Ｃ５１语言为主，以汇编语言为辅。单片机主程序流程图如图３所示。

系统的软件程序设计采用模块化的设计思想，将该部分设计划分为相应的程序模块，增强了程序的可移植性［５］。整个软件系统主要有以下几部分：单片机主程序、键盘控制子程序、开机自检子程序、数据采集及温湿度显示子程序、中断子程序等。上电后单片机首先进行系统初始化，之后软件执行相应的自检程序，

检测系统是

否有故障。系统默认进入无线工作模式，在单机工作模

式下，

可以根据按键选择不同的功能，系统调用相应的

功能处理子程序来完成应的功能，并在

Ｌ

ＥＤ数码管上显示不同温度和湿度信息。在无线工作模式下，此时系统作为一个下位机，

可以和远程计算机进行无线通信，

实现数据的远距离传输，

利用计算机强大的信息处理功

图

１

SHT １１

传感器的内部结构框图

图２ 系统的硬件电路原理图