帶語(yǔ)音功能的溫濕度測量?jì)x設計

引言

溫度和濕度是標定環(huán)境不可缺少的參數，在蔬菜大棚、糧食倉庫等許多場(chǎng)合，對溫、濕度的要求非常嚴格，因此對環(huán)境溫、濕度參數的實(shí)時(shí)檢測提出了更高的要求，溫濕度測試系統[1]在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應用也越來(lái)越廣泛。本文介紹的溫濕度測量?jì)x利用凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A作為控制中心，配合電容式濕度傳感器HS1101和一線(xiàn)制數字溫度傳感器DS18B20采集數據，具有實(shí)時(shí)顯示和語(yǔ)音提示功能。

1、系統工作原理及硬件設計

1.1 系統基本構成

溫濕度測量?jì)x主要包括兩個(gè)部分：溫度測量和濕度測量。其基本構成如圖1所示。該系統利用凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A作為系統的控制中心，采用電容式濕度傳感器HS1101和一線(xiàn)制數字溫度傳感器DS18B20，將測量到的溫度值和濕度值送入單片機中，經(jīng)過(guò)數據處理后，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并通過(guò)按鍵控制測量結果的語(yǔ)音播放。

1.2 SPCE061A單片機

SPCE061A單片機是凌陽(yáng)公司以16位微處理器μ’NSPTM為核心生產(chǎn)的一種16位微控制器，其時(shí)鐘頻率范圍為0.32MHZ～49.125MHZ，具有較高的處理速度，能快捷的處理各種復雜的數字信號，它內置2K的RAM和32K的內存FLASH，具有14個(gè)中斷源，32位可編程的并行I/O口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計數器，7通道10位A/D轉換器和單通道聲音A/D轉換器，雙通道10位D/A轉換器和可編程音頻處理，具有較強的語(yǔ)音處理功能[2]。

1.3 溫度測量

溫度傳感器選擇DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)制數字溫度傳感器DS18B20，它具有3引腳TO-92小體積封裝形式;溫度測量范圍為-55℃～+125℃,可編程為9位～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出。

由于DS18B20只有一個(gè)串行通信接口，與單片機的連接電路非常簡(jiǎn)單，只需和單片機的一個(gè)I/O端口連接即可，本系統選擇了IOB7端口，其連接電路圖如圖2所示。DS18B20的I/O口屬于漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻后常態(tài)下呈高電平。該器件內含寄生電源，其供電方式可以選擇寄生電源方式，也可以選用外部電源[3]。為方便起見(jiàn)，采用外部電源供電。

1.4 濕度測量

濕度是指空氣中水蒸氣的含量，其表示方法有絕對濕度、相對濕度、露點(diǎn)等。日常生活中所指的濕度是相對濕度，即空氣中所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比，用%RH表示[3]。

電容式濕度傳感器HS1101具有檢測速度快、高精度、高可靠性、長(cháng)期穩定性和使用方便、體積小等特點(diǎn)，適用于一些對精度要求不高的場(chǎng)合。在不同的相對濕度中傳感器的電容值不同，單片機不能直接讀電容值，需要外接測量電路。電容式傳感器的測量電路有電壓輸出式和頻率輸出式兩種，考慮到單片機內有兩個(gè)定時(shí)/計數器，測量頻率比較方便，選用頻率輸出測量電路，如圖3所示。采用555定時(shí)器和濕度傳感器HS1101以及一些電阻構成多諧振蕩器電路，產(chǎn)生的振蕩頻率由下式計算。

由濕度傳感器HS1101的工作原理知道，測得的頻率值與相對濕度值有關(guān)，關(guān)系如下式：

其中， 為25℃，55%RH時(shí)電路的參考頻率。

1.5 顯示及鍵盤(pán)

系統采用液晶顯示模塊RT12864M顯示溫度值和濕度值，該模塊有并行和串行兩種連接方式，考慮到傳輸速率，令PSB端接高電平，使用8位并行口進(jìn)行指令/數據傳輸。并行口DB0～DB7與單片機的IOA0～IOA7相連接，使能端E與IOB6連接，指令/數據選擇端與IOB4連接，讀/寫(xiě)選擇端與IOB5連接，另外每個(gè)端口都需要外接上拉電阻，如圖4所示。單片機通過(guò)IOB4～IOB6對顯示模塊進(jìn)行控制，按照液晶顯示模塊的讀寫(xiě)時(shí)序編程，使顯示模塊正常顯示溫度值和濕度值。

系統的語(yǔ)音提示功能利用按鍵來(lái)控制，連接電路簡(jiǎn)單，按鍵一端接上拉電阻，另一端與單片機IOB3相連，按下鍵時(shí)，IOB3端口輸入為高電平。

2、系統軟件設計

凌陽(yáng)單片機支持C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言之間的相互調用,為提高程序的可讀性與移植性,同時(shí)也便于調試，采用模塊化的方法編寫(xiě)程序。系統軟件包括主程序、溫度測量子程序、濕度測量子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、中斷子程序、語(yǔ)音播放子程序。在主程序中依次調用這些子程序，實(shí)現系統功能，主程序流程圖見(jiàn)圖5。

在主程序中，首先要對單片機端口進(jìn)行初始化，將IOA端口設置為高電平輸出，IOB端口設置為低電平輸出。然后分別調用測量溫度子程序和測量濕度子程序，完成測量和顯示大約需要1秒鐘的時(shí)間，然后再掃描鍵盤(pán)，判斷是否進(jìn)行語(yǔ)音播放。因為單片機內的看門(mén)狗計數器每0.75s的時(shí)間內會(huì )使系統自動(dòng)復位，為防止該情況發(fā)生，需要在0.75s內將看門(mén)狗清零。

溫度測量子程序首先對DS18B20初始化，如果計算機檢測到單總線(xiàn)上有DS18B20器件存在，就發(fā)出跳過(guò)ROM命令(CCH)。當該命令被成功執行后，主機發(fā)出溫度轉換命令(44H)。延時(shí)一段時(shí)間，待轉換結束后，再重新初始化，跳過(guò)ROM命令，然后主機發(fā)出讀存儲器命令(BEH)，得到溫度數據。為了縮短傳感器數據的轉換時(shí)間，將傳感器的分辨率改為9位(出廠(chǎng)時(shí)默認分辨率為12位)，這樣溫度轉換時(shí)間97.5ms，精度0.5℃。