基于单片机的电视台机房温，湿度监测报警仪

摘要：为保证机房设备正常运行延长其使用寿命，需对电视台机房温、湿度进行监测。设计了一款以单片机AT89C51为核心的温、湿度监测报警仪，系统中以温、湿度测量电路及相应的A／D转换接口，完成对温、湿度信号的采集，采用数码显示器及发光二极管进行温、湿度信号的显示及超限报警。系统简便实用，可扩展性好。
关键词：温度；湿度；单片机

    机房是电视台的重要工作场所，其中布置着很多精密的电子设备，其正常运行关系到电视节目的正常发送，故对环境温、湿度有比较高的要求。根据国标GB2887-89及对一般通信机房的标准要求，机房内的环境温、湿度应达到：温度22±2℃，湿度45％～65％。基于此我们设计了一款以单片机为核心，辅以温、湿度传感器及其信号调理电路、报警显示电路的机房温、湿度监测报警仪。

1 系统总体结构
    系统总体结构如图1所示。系统以AT89C51单片机为核心，用集成数字温度传感器DS18B20测量温度，用湿敏电阻为湿度传感器，湿度信号经调理后，送往ADC0832转换成数字信号，再送往单片机，系统配以键盘显示报警电路，用以显示温、湿度信号，给出温、湿度超限报警。
系统还配以通信接口，以便必要时与上位PC机通信。

2 AT89C51
    AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4kB可反复擦写FLASH只读程序存储器和128B的随机数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和FLASH存储单元，功能强大。该处理器具有32个可编程I／O口，2个16位定时／计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，具有低功耗空闲和掉电模式。
    本系统采用DS18820作为温度检测元件，湿敏电阻作为湿度检测元件。这两种元件与单片机接口电路如图2所示。

    DS18820是美国DALLAS半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。它具有独特的单线接口方式，即微处理器与其接口时仅需占用1位I／O端口；支持多节点，使分布式多点测温系统的线路结构设计和硬件开销大为简化；用这种器件测温时无需任何外部元件；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式；测温范围为-55～+125℃，测温精度为±0．5℃；温度转换精度9～12位可编程，12位精度转换的最大时间为750ms。因为它是数字输出，而且只占用一个I／O端口，所以它特别适合于微处理器控制的各种温度测控系统，避免了模拟温度传感器与微处理器接口时需要的A／D转换和较复杂的外围电路。缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。本系统中，DS18B20的DQ端与单片机的P1．O相连，通过该端口将温度及相关信号串行送入单片机中进行处理。
    采用陶瓷湿敏电阻作为湿度传感器，这种材料的表面电阻值能在很宽的范围内随湿度的增加而变小。由于这种传感器电阻值与湿度呈非线性关系，在电路中需对这种非线性进行补偿。图2中湿敏元件及其信号调理电路由三部分组成，第一部分是由A1、R1～R3、C1～C3、D1、D2组成的正弦信号振荡器，用来为湿敏传感器提供交流电；第二部分是由A2、D3～D5、R4、R5及湿敏传感器组成的检波电路，它检测由相对湿度变化引起的交流信号变化；第三部分是由A3、R6、R7、C5组成的对数放大电路，由于湿度与电阻之间是指数关系，通过该部分电路得到与湿度成近似线性关系的电压信号后输出。
    图2温、湿度检测电路及其与单片机的接口湿度信号经调理后送往A／D转换器ADC0832，这是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A／D转换芯片。芯片转换时间为32 μs，其与单片机的接口为4条数据线，分别是*****、CLK、DO、DI，在本系统中它们分别与单片机的P2．0、P2．1、P2．2及P2．3相连。当要进行A／D转换时，需先将*****端置为低电平且保持，直到转换完全结束。芯片开始转换工作，同时由单片机向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DI／DO端则使用DI输入通道功能选择的数据信号，与时钟脉冲信号一起启动信号转换，将
转换好的数据送往单片机。

4 键盘显示及报警通信电路
    键盘显示及报警通信电路如图3所示。图中74LS164为8位移位寄存器，其A端与单片机P0．6相连，在CLK端施加的时钟信号配合下，串行接收由单片机送来的欲显示的数据，一位一位地送往其输出端QA～QH。显示器采取动态显示方式，来自74LS164的显示数据按位发至相应数码管，本系统中采用共阳极数码管，当需将数据送往哪个数码管时，单片机控制P2．4～P2．6中的某位为高，该位所接数码管被点亮。如要显示温度20℃，则先将P2．6置高，送C的显示码，延迟，再将P2．6置低，接着再将P2．5置高，送0的显示码，延迟，再将P2．5置低，最后将P2．4置高，送2的显示码。延迟，再将P2．4置低，由于人的视觉延迟，看到的则是20℃。湿度显示也是同样的道理，在这里我们以最右端的数码管显示“H”代表此时显示的是湿度。系统中还设有声光报警电路，采用发光二极管指示温、湿度信号的正常与否，蜂鸣器作温、湿度异常的声音报警。当温、湿度信号正常时，相应的绿灯亮，当温、湿度信号超过正常值范围时，相应的红灯亮，并发出声音报警，提醒工作人员注意温、湿度变化，及时调整温、湿度。系统中还配有通信接口，必要时可与上位PC通信，组成主从式系统，这里不再赘述。

5 系统软件
    系统主程序框图如图4所示。由于温、湿度信号是慢信号，采样周期不需要太长，本系统中设置采样周期为1s，系统每隔1s采样并刷新温、湿度的显示值，若温、湿度正常，则绿灯亮，若温、湿度中任一个超过正常范围，则相应红灯亮，同时发出声音报警，为防止声音持续不断而干扰正常工作，每次声音报警只响5s，此间如果工作人员按了消声键，则报警停止，如果信号一直不正常，则每隔4min报声警一次。提醒工作人员及时启动空调，调节室内温、湿度。

6 结语
    本监测报警仪开发周期短、结构简单、测量精度高。既可单独作为温、湿度信号显示报警仪器使用，亦可通过其扩展接口与上位PC机联系构成主从式温、湿度监测系统，可扩展性能好。