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采用数字温湿度传感器的多点温湿度报警系统设计
发布者:任你博娱乐 发布时间:2019-05-27 05:09

 

   

  实验室作为学生实验和科研活动的重要场所,实验室环境指标是否符合要求,直接关系到实验能否顺利进行,乃至实验的成败,特别是对于医学院校生物、生理等实验课程,都要求稳定的实验室环境,所以对于实验室环境参数的检测就显得尤为重要。传统的实验室温度湿度检测方案基本使用采集信号,经放大、滤波、校准、模数转换、显示等硬件电路实现,这种方案由于硬件系统复杂,调试困难,使用时系统小元件故障就可能造成系统不稳定乃至瘫痪。鉴于此,我们采用数字对传统温湿度检测方案进行改进设计,对实验室温湿度参数采用多点检测,实现了实时综合评估实验室温湿度环境适宜性的目的。

  实验室多点温湿度报警系统原理框图如图1所示,由低性价比单片机对数字温湿度传感器控制,通过模拟温度传感器通讯时序,实现对温湿度数据采集,并对数据处理、显示。当温湿度数据超出设定温湿度值时,由单片机驱动报警装置,实现现场报警功能。

  单片机选用国产宏晶科技生产的高性价比STC89C51RC系列,与传统8051单片机相比,其具有功耗低,抗外部电磁辐射干扰强,程序下载方式为UART方式等优点,使用非常方便。显示模块采用自带汉字库的LCD12864,主控芯片为ST7921,要求支持串口通信(部分LCD模块需要跳线才能实现串口通信功能)。报警装置采用LED与蜂鸣器实现声光报警,当温湿度超出设定值时,单片机I/O口输出高电平,经NPN型三极管驱动大电流蜂鸣器和高亮发光管,实现报警功能。

  DHT11数字温湿度传感器,是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。测量范围相对湿度20%~90%RH,摄氏温度0~50℃。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。数据接口采用单线制串行接口,信号传输距离可达20 m以上。传感器典型连接方式如图2所示,电源正与地跟单片机电源正和地相连接,8路数据接口分别接5.1 k上拉电阻与单片机P1口连接。

  DHT11数字温湿度传感器采用单线双向的串行接口技术,一次通讯时间约4ms,数据分小数部分和整数部分,一次完整的数据传输为40bit,高位在先。即8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验码,其中校验数据等于上述4个8bit数据之和所得结果的末8位。例如:读取数据为:湿度为:36.50%;温度为22.80℃,则对应的40bit数据为:0010 0100,0011 0010,0001 O110,0101 0000,1011 1100,其数值对应于温湿度如表1所示。

  DHT11与单片机主机通讯过程时序如图3所示,总线空闲状态为高电平,主机把总线响应,等开始信号结束后,延时等待20~40μs,DHT11然后发送80μs低电平响应信号,然后主机读取DHT11的响应信号,若总线发送响应信号后,再把总线μs,准备发送数据,每1 bit数据都以50μs低电平时隙开始,高电平的长短(26μs~28μs表示数字0;70μs表示数字1)决定了数据位是0或1。如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,应当检测器件或电路。当最后1 bit数据传送完毕后,DHT11拉低总线μs,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。当用户MCU再次发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40blt的数据,这是读到的数据为上次测量的数据,要得到实时温湿度数据,必须连续两次读取温湿度值,且第二次读到的值为当前的温湿度值。这一点特别值得注意。

  软件结构比较简单,主要包括了系统各部分的初始化,数据的读取、计算、显示、超限判断等。程序编写首先要用单片机软件模拟DHT11时序,驱动单个传感器模块,然后应用模块化编程方法集成整个系统软件,以实现各项功能。

  本文采用了单总线数字温度、湿度传感器,应用单片机原理,LCD显示技术,实现了实验室多点温湿度参数的实时显示和超限报警系统,保障了实验室环境的可靠性,有效地提高了实验成功率。本系统还可以根据需要增加其他模块,通过控制比如通风,加温等装置,达到自动控制实验室环境的目的。

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