基于温度传感器MAX6613和IH3605的温湿度监控系统

引言

温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工操作加热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。本文提出了用集成温度传感器MAX6613和集成湿度传感器IH3605作为检测元件，结合ADuC824，构建温湿度监控系统的方法，该系统可以方便地实现温度、湿度的实时控制，无纸记录及语音报警，还可与上位机(PC机)通信，实现温度、湿度的打印、分析等功能。

系统组成及工作原理

温湿度监控系统的硬件原理如图1所示，由单片机系统(含键盘、液晶显示器、数据存储器和通信接口)、集成温度传感器MAX6613、集成湿度传感器IH3605、实时时钟、语音系统及加热、加湿、通风装置等几部分组成，下面对各组成部分的工作原理、功能进行分析。

● 单片机系统

ADuC824是美国AD公司出品的高性能微转换器，它在单个芯片内集成了双路高精度∑-ΔADC、程控增益放大器PGA、8位MCU、8KB闪速/电擦除程序存储器、640B闪速/电擦除数据存储器、256B数据RAM以及定时器/计数器等功能部件，指令系统与8051兼容。特别是两个独立的∑-ΔADC，其主、辅助通道的分辨率分别为24和16位，具有可编程自校正功能。另外，还有一个通用UART串行I/O，一个与I2C兼容的二线串口和SPI串口，一个看门狗定时器(WDT)，一个电源监视器(PSM)。其性能完全可以满足系统的需求。

键盘用于设定温度、湿度的上、下限报警范围及控制值，设定采样时间间隔，调整系统时间。液晶显示器采用一体化封装的液晶显示模块TC1602A，用于显示温度、湿度的上、下限值，控制值和当前值，模块内的控制驱动器型号为HD44780，可以方便地与ADuC824进行接口。

由于系统需要无纸记录温度、湿度值，因此外扩一片容量为4MB的AT29C040A Flash EPPROM，在写入过程中无需编程高压和紫外线照射，具有硬件和软件两方面的数据保护，可防止其内容免遭意外改写，使用十分方便。

通信接口电路主要由双路RS232数据收发器MAX232芯片组成，只需+5V电源供电即可工作。上位机(PC机)通过通信接口调用温度、湿度值，以用于打印或分析。

● 集成温度、湿度传感器

MAX6613输出电压Vout与测量温度T的关系为：Vout=V0+S·T,式中，V0为0℃时的输出电压；S为传感器的灵敏度，S=11.23 mV/℃；T为当前测量温度值。

由于ADuC824内部具有低通滤波、程控增益控制及A/D转换器，因此，MAX6613的Vout输出可直接接至ADuC824的AIN1引脚，具体接口电路如图2所示。

IH3605是HONEYWELL公司生产的集成湿度传感器，内部集成了信号调理电路，具有精度高、线性度好、互换性强及输出电压范围大等诸多优点，其独特的多层结构使之能抵抗湿气、尘埃、脏物、油和其他化学物质的侵蚀。

IH3605在当前温度T下实际相对湿度为：RH=1613×(Vout-800)/(52730-108T)，Vout单位mV，T为当前实际温度值。使用时只需把IH3605的Vout接至ADuC824的AIN2引脚即可。

● 实时时钟

由于系统需要记录测量温度、湿度的实际时间，因此，选用Dallas公司生产的日历时钟芯片DS12C887来自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息。

● 语音系统

对于温度、湿度的超限及控制值报警，系统采用语音报警方式。语音报警由ISD1400芯片控制，它有20秒的录放时间，语音地址直接由ADuC824的口线经74LS373提供。预先录制好的温度、湿度语音，由ADuC824判断被测温度、湿度，通过74LS373对其进行任意组合放出，从而实现温度、湿度的报警功能。

● 加热器驱动电路

加热器驱动电路如图3所示，它由光电隔离器和双向晶闸管实现，具有强弱电隔离、寿命长、工作安全可靠等特点。通过ADuC824的P3.5控制其是否工作。系统中其他加湿、通风装置的驱动控制，也可通过类似的驱动电路来实现。

系统软件设计

系统监控程序的设计较为简单，采用顺序查询的方式执行主程序。

系统初始化后，每次可以通过键盘设定需要控制的温度、湿度值和它们的上、下限报警范围；设定温度、湿度采样的时间间隔；调整系统时间。对温度、湿度采样后，可根据实际应用场合，选用合适的数字滤波法，进行数据处理，处理后的温度、湿度值一方面送LCD实时显示，同时连同当前采样时间一起存入AT29C040A作为历史记录。另一方面，与需要控制的温度、湿度值以及它们的上、下限报警范围进行比较，判断是否需要进行语音报警，同时，ADuC824根据判断结果控制加热器、加湿、通风装置进行正确的动作，以达到对温度、湿度监控的目的。系统监控程序流程框图如图4所示。

结束语

系统采用MAX6613和IH3605作为温度、湿度传感器，使其监控的实时性、控制的精确性得到了提高；同时，由于选用了ADuC824，它能保证系统自动从死机状态恢复到正常工作状态，系统的安全性、可靠性也得到了保障，因此，具有一定的实用价值。如需进行群控，可将本系统作为分机，主机(PC机)通过网络实现与各分机的通信，达到监控的目的。

参考文献

1 李刚.ADuC8XX系列单片机原理与应用技术. 北京航空航天大学出版社. 2002

2 2002 Maxim Integrated Products

3 余永权.单片机应用系统的功率接口技术. 北京航空航天大学. 1999