監(jiān)控板可以實(shí)時檢測LED顯示屏所處環(huán)境的溫度、相對濕度,是否有煙霧等信息,并將測得參數(shù)信息上傳至控制計(jì)算機(jī),監(jiān)控軟件會將這些信息顯示在界面上。這就使得各個燈箱的工作情況和環(huán)境參數(shù)呈現(xiàn)出來,便于監(jiān)測和管理。
選取STC的一款單片機(jī)作為核心處理器件,該單片機(jī)帶有8路的A/D通道,因?yàn)樗獪y量的都是模擬量,需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能處理。測量溫度可用熱敏電阻或者DS18B20,DS18B20數(shù)字式的溫度傳感器,精度高。考慮到DS18B20的操作較為復(fù)雜,占用單片機(jī)較大的程序空間,而監(jiān)控板要求的溫度精度并不高,所以采用熱敏電阻作為溫度傳感器件。常用的相對濕度傳感器有濕敏電阻和濕敏電容等方式。用濕敏電容和555定時器組合的方式,程序上容易實(shí)現(xiàn)且相對穩(wěn)定。煙霧傳感器有光電式和離子式兩種,經(jīng)比較發(fā)現(xiàn),離子式的煙霧傳感器價(jià)格略高,但處理程序較簡單,占用的程序空間較小,所以采用離子式煙霧傳感器。
1、系統(tǒng)框圖
自身帶A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)可以作為處理器,再配合溫度傳感器、濕度傳感器和煙霧傳感器就可以實(shí)現(xiàn)對這3種環(huán)境參數(shù)的采集和測量。
?
圖1 系統(tǒng)框圖
2、溫度采集模塊
考慮到實(shí)際境況中對溫度測量的精度要求不是很高而且要控制成本,選用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為溫度傳感器。圖2反映的是該熱敏電阻值與溫度的對應(yīng)關(guān)系。
實(shí)際電路中,采用熱敏電阻和高精度電阻分壓的方法,將它們的連接端接入單片機(jī)帶A/D功能的引腳。該單片機(jī)有8路10位高精度A/D轉(zhuǎn)換器,速度可達(dá)100kHz。因此可以省略A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì),將硬件電路功能通過軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)溫度發(fā)生變化的時候,R44的阻值就發(fā)生變化,經(jīng)過分壓后,輸出TEM_TEST電壓信號變化,單片機(jī)A/D采樣值隨之發(fā)生變化。將圖轉(zhuǎn)換成一張表格存儲在單片機(jī)的代碼段里,按照得到的A/D采樣值查表,用差值的方法就可以得到當(dāng)前的溫度值。
?
圖2 實(shí)際的熱敏電阻溫度特性
3、相對濕度采集模塊
濕度傳感器選用濕敏電容,其容值隨濕度的變化而變化。如圖3所示。
?
圖3 濕度響應(yīng)曲線
濕度傳感電路設(shè)計(jì),如圖4所示。
?
圖4 濕度傳感電路
濕敏電容和TLC555配合使用可以完成相對濕度的測量。TLC555具有定時精度高,工作速度和可靠性高,電源電壓范圍寬,結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。它內(nèi)部由R-S觸發(fā)器、比較器、輸出級、分壓器、放電電子開關(guān)幾部分組成。如圖4所示,C8為濕度傳感器,它和R24,R36,R38,TLC555組成了非穩(wěn)態(tài)的間接反饋多諧振蕩器,將相對濕度轉(zhuǎn)換成頻率信號。輸出頻率范圍是7351~6033Hz,所對應(yīng)的相對濕度為0~100%。
TLC555充、放電時間分別為:
?
輸出波形的頻率f和占空比D的計(jì)算公式如下:
?
通常取R36nR24,使得D≈50%,輸出接近于方波。
當(dāng)相對濕度變化時,濕敏電容的容值隨之發(fā)生變化,進(jìn)而TLC555輸出波形的頻率發(fā)生變化,單片機(jī)根據(jù)得到的頻率再通過插值法得到當(dāng)前的相對濕度值。輸出方波頻率與相對濕度的數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 輸出方波頻率與相對濕度的數(shù)據(jù)對照表
?