CN201945387U

CN201945387U - 一种基于pic16f876a单片机的分布式多点温湿度检测系统

Info

Publication number: CN201945387U
Application number: CN2011200559120U
Authority: CN
Inventors: 李贤丽
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2011-03-06
Filing date: 2011-03-06
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-03-06

Abstract

一种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统。主要解决现有温湿度检测装置采用单点检测单点传输结构产生的适用空间小、生产成本高的问题。其特征在于：温度检测模块、湿度检测模块和单片机构成一个基本检测单元，温度检测模块和湿度检测模块分别将检测到的温、湿度信号传送给单片机，由单片机处理后将此信号通过485总线传送；PC机通过所述RS232接口和RS485/RS232转换器接收前述温、湿度信号，在内置程序的控制下对温、湿度信号进行处理并绘成图像。该系统克服了现有技术中存在的缺陷，在总线上可以挂接任意多个DS18B20传感器，这样不但解除了对测量空间的限制，而且还大大降低了测量成本。

Description

一种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种温湿度检测装置，具体的说，是涉及一种基于单片机的多点温湿度检测装置。

背景技术

温、湿度作为重要的物理量，是工农业生产过程中非常重要的工艺参数。准确测量温、湿度对于生物制药、食品加工、造纸、农业生产等行业更是至关重要的。随着工农业的不断发展，对温、湿度测量的要求越来越高，而且测量的范围也越来越广。随着这些要求的提出，现有测量装置的缺陷就逐渐显现出来，因为现有的温湿度检测装置大多采用单点检测单点传输的结构，这样不但限制了测量的允许空间，而且还增加了测量成本。

发明内容

为了解决背景技术提出的现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统，该种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统克服了现有温湿度检测装置采用单点检测单点传输结构所带来的缺陷，在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，这样不但解除了对测量空间的限制，而且还大大降低了测量成本。

本实用新型的技术方案是：该种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统，包括PC机、温度检测模块、湿度检测模块、单片机、RS232接口以及RS485/ RS232转换器，所述温度检测模块、湿度检测模块和单片机构成一个基本检测单元，其中，所述温度检测模块和湿度检测模块分别将检测到的温、湿度信号传送给单片机，由单片机处理后控制内置的485转换芯片产生符合RS485总线协议的温、湿度传送信号，将此温、湿度传送信号通过485总线传送；所述PC机通过所述RS232接口和RS485/ RS232转换器接收前述由485总线传来的温、湿度信号，并且同时，通过串口控制下位机的工作模式，在内置程序的控制下对温、湿度信号进行处理并绘成图像。

具体实施时，所述温度检测模块为TO-92封装模式的DS18B20芯片，该芯片的VDD端连接外部电源，GND端接地，I/O端与对应检测单元的单片机的输入输出口线相连；所述湿度检测模块采用HS1101电容传感器和555芯片构成，由HS1101电容传感器和555芯片组成多谐振荡器，该振荡器将来自于所述HS1101电容传感器上的电容值变化信号转换为与之成反比的电压频率信号，所述电压频率信号输出到对应检测单元的单片机的信号输入端。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案，采用DALLAS公司的单线数字式温度传感器DS18B20和HUMIREI公司生产的电容式湿度传感器HS1101采集温湿度信号；选用MICROCHIP公司的中档单片机PIC16F876A，应用PIC单片机技术，将信号进行处理并通过485总线实现与上位机通信。系统采用上下位机工作方式，发送下位机的地址，对各指定位置的温度、湿度进行检测；上位机通过Matlab控制单片机系统，实现与下位机实时通讯，并可以画出检测点的温度、湿度曲线。因此，本装置克服现有温湿度检测装置采用单点检测单点传输结构所带来的缺陷，在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，这样不但解除了对测量空间的限制，而且还大大降低了测量成本。

附图说明

图1是本实用新型的组成结构框图。

图2是本实用新型中所述温度检测模块的电路图。

图3是本实用新型中所述湿度检测模块的电路图。

图4是本实用新型中所述RS485总线接线图。

图5是本实用新型中所述温度检测模块DS18B20的测温原理图。

图6是本实用新型中加入显示模块的电气原理图。

图7是本实用新型一个实施例下完整的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，该种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统，包括PC机、温度检测模块、湿度检测模块、单片机、RS232接口以及RS485/ RS232转换器，所述温度检测模块、湿度检测模块和单片机构成一个基本检测单元，其中，所述温度检测模块和湿度检测模块分别将检测到的温、湿度信号传送给单片机，由单片机处理后控制内置的485转换芯片产生符合RS485总线协议的温、湿度传送信号，将此温、湿度传送信号通过485总线传送；所述PC机通过所述RS232接口和RS485/ RS232转换器接收前述由485总线传来的温、湿度信号，并且同时，通过串口控制下位机的工作模式，在内置程序的控制下对温、湿度信号进行处理并绘成图像。

下面对上述组成单元的确定逐一作出详细说明：

如图2所示，本设计的温度传感器采用DS18B20，它有TO-92及SOIC封装模式可选，本系统选用SOIC封装模式。DS18B20芯片的光刻ROM的64位序列号是出厂前被刻好的，它可以看作是DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列数序开始8位是产品类型号，随后48位是该DS18B20自身序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻ROM的作用是使每个DS18B20都不相同，这样就可以实现在一根总线上挂接多片DS18B20的目的。

如图5所示。用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器1在这个门周期内对一个低温度系数振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。低温度系数晶振的震荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜累加器用于补偿和修正测温过程的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

湿度传感器采用HS1101/HS1100电容传感器。将HS1101和555组成多谐振荡器，则电容值的变化转换为与之成反比的电压频率信号，可以直接被单片机采集。电路如图3所示。集成定时器555芯片外接电阻R₂、R₃与HS1101构成多谐振荡器。R₂、R₃与HC1构成对电容的充电回路，7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对电容的放电回路，并将引脚2、6端相连接引入555片内比较器。其中R₁₅是防止输出短路的保护电阻，R₁用于平衡温度系数。

湿度测量电路的工作原理如下所述：振荡电路有两个暂稳态，暂稳态的交替过程首先电源VCC通过R₂、R₃向HS1101电容式传感器充电，经过T_充电时间后，U_c达到芯片内比较器的高触发电平，约为0.67VCC，此时输出引脚3端由高电平降为低电平，然后通过R₂放电，经过T_放电时间后，U_c下降到比较器的低触发电平，约0.33VCC，此时输出引脚3端又由低电平变为高电平。如此循环，形成脉冲输出。其中，充放电时间为：

T _充电 =C(R ₂ +R ₃)ln2

T _放电 =CR ₂ln2

所以，输出脉冲的频率为：f=1/[C(2*R ₂ +R ₃)ln2]

可见，空气湿度通过555测量振荡电路就转变为与之呈反比的的频率信号。

本装置中单片机选用Microchip公司的PIC系列单片机，选择其中的中档单片机PIC16F876A。应用PIC单片机技术，将信号进行处理并通过485总线实现与上位机通信。系统采用上下位机工作方式，发送下位机的地址，对各指定位置的温度、湿度进行检测；上位机通过Matlab控制单片机系统，实现与下位机实时通讯，并可以画出检测点的温度、湿度曲线。

串行通信采用RS485总线技术，通信芯片选SN75LBC184。RS485接2个终接电阻，终接电阻接在传输总线的两端。其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。因此一般取值120Ω。RS485支持32个节点。因此，多节点构成网络，网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。为防止总线中其他模块的通信受到影响，在SN75LBC184的信号输出端串联了2个20Ω的电阻R₁₃和R₁₄，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。A、B之间接一个稳压TVS管，这样可以保证将信号幅度限定在-7～+12V之间，进一步提高抗过压的能力。具体电路如图4所示。当复位时，如果RC5引脚为1，则总线处于发送状态，而总线上有多个模块同时处于发送状态，此时此次数据传输将被打断而失败，影响整个系统的正常运行。所以在上电复位是，应保证RC5引脚的状态为0，从而避免485芯片的控制脚处于发送状态而造成的通信阻塞。

为了方便观测温湿度测量是否能够正确运行，需要加入显示模块，所以没有必要采用较复杂的LCD显示，本系统可以通过4位共阴LED数码管，即LG5641AH进行显示。由于PIC单片机有直接驱动数码管的功能，所以不需要额外附加上拉电阻，显示电路如图6所示，LED动态显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由1个8位的I/O口控制，形成段码线的多路复用，而其四位共阴级S1、S2、S3、S4分别接相应的I/O口线，对应RA1、RA2、RA3、RA5控制，形成各位的分时选通。因此，在同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，4位LED将显示相同的字符。所以，在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应的位要显示的字符的段码。这样，在同一时刻，4位LED中只有选通的那一位显示字符，而其他3位则是熄灭的，如此循环下去。虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。

除了前面有益效果中的描述之外，本系统还具有如下优点：在外部供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器。本设计的温度检测选用单线式数字温度传感器DS18B20，该温度传感器具有结构简单，不需要外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。串行通信芯片选为SN75LBC184，该芯片内置高能量瞬变噪声保护装置，显著提高了抵抗数据同步传输电缆上的瞬变噪声的可靠性，能可靠地实现检测仪和控制中心的串行通信、温湿度的数据上传以及下位机由控制中心自动调配、统一控制。该系统具有成本低、扩展性强、控制精度高、调试方便及体积小等特点。温湿度传感器都具有互换性，传感器如果损坏，只需更换传感器即可，不需要改变电路和程序，方便可靠。

Claims

1.一种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统，包括PC机、温度检测模块、湿度检测模块、单片机、RS232接口以及RS485/ RS232转换器，其特征在于：所述温度检测模块、湿度检测模块和单片机构成一个基本检测单元，其中，所述温度检测模块和湿度检测模块分别将检测到的温、湿度信号传送给单片机，由单片机处理后控制内置的485转换芯片产生符合RS485总线协议的温、湿度传送信号，将此温、湿度传送信号通过485总线传送；所述PC机通过所述RS232接口和RS485/ RS232转换器接收前述由485总线传来的温、湿度信号，并且同时，通过串口控制下位机的工作模式，在内置程序的控制下对温、湿度信号进行处理并绘成图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于PIC16F876A单片机的分布式多点温湿度检测系统，其特征在于：所述温度检测模块为TO-92封装模式的DS18B20芯片，该芯片的VDD端连接外部电源，GND端接地，I/O端与对应检测单元的单片机的输入输出口线相连；所述湿度检测模块采用HS1101电容传感器和555芯片构成，由HS1101电容传感器和555芯片组成多谐振荡器，该振荡器将来自于所述HS1101电容传感器上的电容值变化信号转换为与之成反比的电压频率信号，所述电压频率信号输出到对应检测单元的单片机的信号输入端。