基于單總線(xiàn)的中央空調溫濕度檢測系統設計

1 系統的總體設計方案

1．1 系統的組成

因為本系統是以嵌入式微控制器為核心，它控制本系統的各模塊功能，因此選擇性能可靠、發(fā)展技術(shù)成熟的AT89S52單片機為本系統的控制器。本系統主要完成中央空調溫濕度信號的采集，信號的處理，以及液晶實(shí)時(shí)顯示等主要任務(wù)。下位機由微控制器、溫濕度傳感器、LCD顯示器、鍵盤(pán)輸入等組成，其中，溫濕度檢測模塊采用單總線(xiàn)實(shí)際方案，僅需1根線(xiàn)實(shí)現電源及雙向數據傳輸。其任務(wù)是完成中央空調送風(fēng)口的溫濕度信息的采集。上位機主要實(shí)現對下位機進(jìn)行控制，根據溫濕度傳感器提供的參考數據實(shí)現對送風(fēng)口溫濕度的有效的、合理的控制。中央空調溫濕度檢測系統框圖如圖1所示。



1．2 系統的工作過(guò)程

本系統主要是以溫濕度檢測模塊為核心，濕度傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時(shí)在內部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉換成線(xiàn)性電壓輸送到含有2個(gè)ADC和一個(gè)溫度傳感器的DS2438溫度傳感器內。由DS2438將模擬濕度電壓信號數字化后，連同溫度的數字信號一同通過(guò)單總線(xiàn)送入微控制器，完成溫濕度信號的采集。微控制器將溫濕度信號通過(guò)特定的算法換算成溫濕度值通過(guò)LCD12864直觀(guān)的顯示出來(lái)，給中央空調的溫濕度調節提供了可靠的依據。

1．3 溫濕度檢測模塊的設計

本設計中溫濕度傳感器分別選用的是美國DALLAS公司生產(chǎn)的智能單總線(xiàn)溫度傳感器DS2438和Honeywell公司生產(chǎn)的集成線(xiàn)性濕度傳感器HIH-4000組合而成符合單總線(xiàn)協(xié)議的溫濕度檢測模塊。DS2438器件的工作方式采用單總線(xiàn)技術(shù)的工作方式，即僅用1根口線(xiàn)實(shí)現電源及雙向數據傳輸。其內置13位溫度傳感器(最小分辨率為0．031 25℃)、二通道10位電壓A／D轉換寄存器、10位電流A／D轉換寄存器、40字節非易失性用戶(hù)存儲器。濕度傳感器HIH-4000具有精度高、響應快速、高穩定性、低溫漂、抗化學(xué)腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點(diǎn)。HIH-4000輸出電壓與濕度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。

由特性指標及輸出電壓與相對濕度關(guān)系曲線(xiàn)可得出如下結論：HIH-4000在供電電壓為5 V時(shí)，其消耗電流僅為200μA，故完全可滿(mǎn)足一線(xiàn)總線(xiàn)對器件低功耗的要求。濕度傳感器HIH-4000的輸出電壓與濕度的關(guān)系式為：

VRHout=VRHoc[0．006 2(Sensor％RH)+0．16] (1)

式中：VRHout為HIH-4000的輸出電壓；VRHoc為HIH-4000的電源電壓(由圖2可知VRHoc等于DS2438的VDD)；sensor％RH為相對濕度。VRH out和VRHoc的值，利用DS2438內置的兩個(gè)電壓A／D轉換寄存器測出，則相對濕度sensor％RH的表達式為：

值得一提的是電壓VRHoc并非恒等于5 V，事實(shí)上受到技術(shù)上和電網(wǎng)等干擾的影響，其電壓是在5 V附近有微小的波動(dòng)。公式(2)是在25℃時(shí)傳感器輸出和濕度的關(guān)系，當環(huán)境溫度改變時(shí)應進(jìn)行溫度補償，補償公式為：

New％RH=(Sensor％RH)／(1．054 6-0．002 16T) (3)

式中：功環(huán)境攝氏溫度值，New％RH為濕度的修正值，即環(huán)境的實(shí)際濕度值。式中溫度補償值利用DS2438內部的溫度傳感器提供。本系統利用DS2438內部的溫度傳感器實(shí)現環(huán)境溫度的測量，此溫度一方面由于溫度值輸出，另一方面用于濕度測量時(shí)溫度值的補償。然后利用DS24 38內部的電壓ADC，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)切換分別得到濕度測量值和濕度測量時(shí)單線(xiàn)的電壓值。這樣，通過(guò)DS2438可獲得溫濕度測量值及溫度補償值。