紅外通信技術(shù)在溫濕度變送器上的運用

　　紅外接收部分電路框圖如圖2所示，在本系統中我們采用紅外一體化接收頭HS0038，HS0038是黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35m，它能與TTL、COMS電路兼容。HS0038為直立側面收光型，它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μs，同時(shí)能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL 電平的編碼信號。三個(gè)管腳分別是地、＋5V電源、解調信號輸出端。

　　PIC16F73經(jīng)過(guò)解碼得到SHT75的溫度和濕度數據后，通過(guò)溫濕度處理程序進(jìn)行線(xiàn)性補償等處理，隨后將結果送LED顯示，同時(shí)也將結果通過(guò)PWM以及硬件電路，輸出工程上常用的4-20mA或者0-10V。

　　4．系統各部分功能的實(shí)現

　　系統軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，采用模塊化設計方法。分為發(fā)射部分程序和接收部分程序。發(fā)射部分包括主程序、編碼程序、發(fā)射程序等；接受部分包括主程序、解碼程序、溫濕度數據處理程序、LED顯示程序、93C46讀寫(xiě)程序、定時(shí)驅動(dòng)程序、中斷服務(wù)程序、PWM輸出程序等。

　　主程序是控制和管理的核心。系統上電后首先進(jìn)行系統初始化操作，初始化主要完成對芯片內部晶振的設定，所用芯片管腳的定義，雙向管腳輸入輸出方向的設定，對定時(shí)器的初始化，PWM模塊的初始化，中斷的初始化等。對芯片管腳的定義要做到資源的合理調配，比如說(shuō)每個(gè)IO在各個(gè)時(shí)間段用作什么功能要分配好，中斷初始化是因為在主程序運行起來(lái)后就要隨時(shí)等待中斷信號，實(shí)現系統的各部分功能，中斷初始化主要是定義中斷的觸發(fā)方式、中斷形式、中斷服務(wù)程序等。初始化完成后，系統開(kāi)始正常運轉，進(jìn)行溫濕度檢測、編碼、紅外發(fā)射、接收、解碼、轉換、計算等，除此之外還要進(jìn)行PWM輸出等操作。

　　溫濕度數據處理程序主要包括對溫度值和濕度值的檢測、計算、對結果進(jìn)行線(xiàn)性補償等。SHT75的相對濕度數字輸出特性曲線(xiàn)如圖3所示，由圖3可以看出，濕度輸出特性呈一定的非線(xiàn)性，因而要采用公式(1)進(jìn)行修正，其中SORH 為傳感器相對濕度測量值，各系數如表1所示。

表1 線(xiàn)性補償系數

圖3 濕度輸出特性

　　濕度值還與當前溫度值相關(guān)，因此還要對其進(jìn)行溫度補償，補償公式如公式(2)所示，各系數如表2所示。

表2 溫度補償系數

　　除此之外，溫濕度處理程序還具有以下功能：一是設定溫度濕度測量的分辨率，默認的測量分辨率分別為14bit(溫度)、12bit(濕度)，也可分別降至12bit和8bit，通常在高速或超低功耗的應用中采用該功能；二是“電量不足監測功能，該功能可監測到Vdd電壓低于2.47V(SHT75正常工作電壓范圍是2.4V～5.5V)的狀態(tài)，精度為±0.05V；三是可以通過(guò)程序控制芯片上集成的可通斷加熱元件，接通后可將SHT75的溫度提高大約5℃(9H)，功耗增加8mA@5V，此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個(gè)傳感器元件的性能，在高濕(>95%RH)環(huán)境中，加熱傳感器還可以預防結露，同時(shí)縮短響應時(shí)間，提高精度。

　　LED共4位，每位8段，共占用12個(gè)IO通道。LED用于實(shí)時(shí)顯示當前溫度值或濕度值。4位LED中第一位用于區分溫度值和濕度值，如果該位不顯示或者是一個(gè)負號(-)就代表溫度，如果該位顯示(H)就代表濕度。后三位顯示相應的數值，其中最后一位是小數。

　　結合93C46存儲芯片修改溫度和濕度上下限報警值。在測量過(guò)程中，如果溫度值或者濕度值達到報警值，蜂鳴器就會(huì )發(fā)出聲音。

　　5．CRC校驗

　　在現代工業(yè)中，利用微控制器進(jìn)行數據通訊的工業(yè)控制越來(lái)越廣泛。由于傳輸距離、現場(chǎng)狀況等諸多可能出現不確定因素的影響，微控制器與傳感器之間的通訊數據常會(huì )發(fā)生難以預測的錯誤。為了保證數據傳輸的可靠性，SHT75內部集成了循環(huán)冗余校驗(CRC-cyclicredundancy check)硬件電路。CRC是一種強有力的錯誤檢測技術(shù)，在傳送信息時(shí)，發(fā)送方根據所發(fā)送信息的具體內容計算出一個(gè)稱(chēng)為CRC的值，并連同信息串一起發(fā)送；而接收方則根據接收到的信息串用同樣的方法生成一個(gè)CRC值，若與收到的CRC值一致，則可以認為信息傳送正確。使用CRC雖然不能保證100％檢測到錯誤，但它可以極大地增加發(fā)現錯誤的機會(huì )，而且它只需要極少的硬件消耗就能實(shí)現，所以CRC被廣泛用作校驗手段。

　　SHT75采用的CRC碼(又稱(chēng)為多項式碼)為，它能檢測出下列錯誤：所有的雙錯、奇數位錯、突發(fā)長(cháng)度小于等于8的突發(fā)錯、絕大部分突發(fā)長(cháng)度較長(cháng)的突發(fā)錯。測量完溫度(或濕度)后，根據測量的信息生成一個(gè)CRC值，然后一同發(fā)送到微控制器中去。微控制器根據接收到的信息按照同樣的方法生成一個(gè)CRC值，若與接收到的CRC值一致，則可以認為信息傳送正確；否則要求傳感器重新測量數據然后再按同樣的方式發(fā)送。