基于单片机的温度和湿度数据采集系统的设计

出处：2011 International Conference on Electronics and Optoelectronics (ICEOE 2011)

摘要：

在许多情况下，在生活生产实际活动是考虑温度和湿度环境的影响和精确的控制，然后传给数据采集系统。由于CAN总线可以提高数据的抗干扰能力和可靠性，纠正能力等，因此，使用CAN总线接口，然后由上位机监测数据传输。

本文介绍了数据采集系统的设计是由温度和湿度传感器，单片机系统，计算机，CAN总线组成。 当SHT75数字式温度和湿度传感器收集在仓库房间的温度和湿度的测量数据后，C8051F060单片机的CAN总线接口，通过简单的数据的快速处理实时计算机通过总线发送数据C8051F060的单片机系统监测。通过测试，该系统可以实现数据采集，处理和通信。

关键词：温度和湿度传感器，C8051F060的数据采集，CAN总线

Ⅰ介绍

在许多情况下，实际生产生活中要考虑的温度和湿度环境的影响和精确的控制如粮 食储存和烟草生产，自动空调控制，汽车等

由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能，高可靠性的单芯片DAS数据采集系统。数据采集系统数据采集技术已成为一个专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用，采用了更先进的模块式结构，根据不同的应用需求，通过简单的增加和改变模块，并结合系统编程，可以扩大或修改系统，迅速组成一个新的系统^[1]。

温度和湿度数据采集系统始终是有关科研单位和公司决心做的开发项目，其早在单片计算机8031核心系统，使用热敏电阻和湿敏感电容作为系统的传感器，成本低，但大尺寸和精度低，通信距离的限制，通用性差，为克服缺点，本文基于单芯片处理器的温度和湿度数据采集系统的研究，实现对仓库的温度和湿度监控室现场，已有良好的实时性，精度高，简单，方便，信号收发器易于维护和使用的优势^[2]。

Ⅱ 温度和湿度数据采集系统易用性

A 介绍的C8051单片机
为方便系统的扩展，并与其他兼容性和单片机的控制系统，使用C8051F060，C8051F060是完全集成的混合信号芯片的系统类型，与59单片机的数字I/ O引脚，片内集成两个16位的ADC，在系统编程，4352字节块（RAM，寻址64KB地址空间的外部数据存储接口，硬件实现的SPI，SM总线/ I2C和两个UART串行接口，控制器局域网控制器的16位定时器，5个一般的闪存64KB1MSPS可编程计数器阵列，VDD监视器和温度传感器，两个12的DAC，具有可编程数据更新方式。

B 温湿度传感器　　

摘要本文采用瑞士盛世瑞恩传感器公司(工业级SENSIRION)和湿度传感器设计集成型SHT75为核心的敏感元件在系统基于任务要求采用数字温度具有较高精度　　SHT75湿度传感器,提供整个标定数码输出。SHT75湿度传感器,提供整个标定数码输出。SHT75利用CMOS是专利技术研制开发的高度集成、湿度传感器芯片,确保产品具有较高的可靠性和优良的长期稳定。包括电容传感器敏感元件和聚合物湿度隙材料温度敏感元件,这两个敏感元件和14 A / D转换器和一个串行接口电路设计在同一芯片以上。该传感器品质卓越、快速响应(4秒),抗干扰能力强,测量精度高(0.3℃温度测量精度高、湿度测量数控机床高精度CNC 1.8% RH)、体积小、功耗低、等等。每个传感器芯片是非常准确的校准常数温室、镜面冷凝表,以供参考。通过标定系数的标定的计划就被存放在内存芯片本身网。通过两个线串行接口和内部电压调整,使边缘系统集成快速简单的^[3]。

C CAN

全称为“控制器区域网络”，即控制器局域网的LAN，是目前世界上应用最广泛的现场总线。20世80年代末首次出现在汽车行业，德国博世公司是第一个提出，目的是为了解决现代汽车在大的电子设备之间的通信。它具有通信速率高，可靠性，连接方便，性能价格比高等特点，这是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，在同行业中得到了迅速发展。现在可以在高速网络的应用范围遍及从低成本的多线路网络，可用于汽车系统，农业机械和技术设备和工业自动化中的几乎任何类型的数据通信。

Ⅲ 基于单片机的温度和湿度数据采集

通过单片机控制SHT75 C8051F060数字式温湿度传感器测量仓库房间的温度和湿度,并通过C8051F060单片机系统总线接口传输数据,待单片机简单快速处理后通过CAN总线接口传送到上位机监控。

A 驱动模块的传输

驱动模块的传输由单片机硬件C8051F060、高速光TLP113和隔离TJA1050高速可以收发设备,如组成。其中,C8051F060实现CAN总线的应用层功能,TJA1050实现CAN总线物理层和数据链路层的功能。这个模块主要用于向上位机发送和接受数据的温度和湿度控制命令。

JA1050可以提供微分公交发送的功能,可提供微分接受控制器功能,完全符合“ISO 11898”标准、高速率、低电磁辐射、广泛的微分接收器输入,可抗电磁干扰,没有公共电节点就不会造成干扰。自动发送数据（TXD）控制在短暂的加班功能，保护总线引脚，输入级和3.3 V设备兼容，热功率和对地保护，防止短路功能。

B 电源电路

整个系统稳定、可靠工作的基础是一个稳定的电源,电源是由电源转换芯片和芯片B0505S MAX1658电隔离等设备组成。5V转3.3 V电源模块通过外部电源MAX1658将转换成5 V 3.3 V,因为C8051F060单片机和SHT75数字式温湿度传感器电源。5V电源隔离模块，通过将5V电源隔离成两部分，分别为每一个设备两端的光。

电源隔离芯片B0505S有定压输入，单输出隔离电压高效率的电源模块（80％），体积小，价格低，可靠性高，耐冲击，隔离特性，温度范围宽（-40℃〜 85℃），为了确保有效和可靠的操作模块，可额定负载，输出的5％〜100％之间的负载时，应避免长期工作在无负载条件

C 温度和湿度数据采集与处理
温度和湿度数据采集系统由以下部分，1）和湿度传感器SHT75 2）C8051F60单片机 3）的CAN总线接口电路 4）PC。系统框架如图1所示。

图1温湿度数据采集系统图

利用单片机P2.6 C8051F060口虚拟数据,利用数据P2.0口虚拟时钟线,从而直接与SHT75数字式温湿度传感器连接并对其进行控制。因此直接与SHT75数字式温湿度传感器连接并对其进行控制，带上电十秒后，SHT75进入睡眠状态。在此之前不应该发送命令，当数据线在高的水平，触发SCK九倍以上(含九倍)，,然后给一个“传输开始”命令来激活SHT75,芯片工作。然后测量命令（命令为00000011的温度测量，测量相对湿度为00000101），mu;C的开始，直到完整的测量SCK，然后将进入到一个较低水平绘制，mu;C的再次重新启动SCK信号，然后传送测量数据字节。 mu;C的数据必须被绘制成一个较低的水平，每个字节的能力产生响应信号[4]。传输顺序从最高位（最高位）字节对齐（LSB）的。

当传感器电复位,程序将进入外面等候指令周期[5]。如果接受让传感器的指令,测量过程将开始的温度和湿度的实时数据采集和存储，等待PC命令。程序流程图如下。

图2的温度和湿度数据采集过程

由于温度、湿度对收集到的数据必须进行非线性补偿，SHT75进入实际环境温度和湿度。以补偿其非线性湿度传感器获得准确的数据,请采用下列类型(1)修正产值:

RH1 = C1 C2 * SORH C3SORH2 (1)

其中：补偿SORH湿度值，SHT75输出的8位或L2位湿度传感器值RH1的C1，C2和C2的值，如表1所示，输出湿度数据，。

表1湿度转换系数

当测量温度与25℃相差较大，为了补偿温度湿度测量的影响，使用式（2）校产值
RHtrue=（ - 25）（T1 T2* SORH）RH1的（2）

其中：RHtrue RH1的补偿温度影响后的湿度值，T1和T2值在图2所示，关注输出湿度数据

表2温度补偿系数

隙材料PTAT（与绝对温度成正比）R＆D的温度传感器SHT75具有出色的线性度。下面的公式将SHT75温度数字输出转换：
温度= d1 d2*sot

其中：SHT75的SOT输出12或14个温度测量值。 D1和SHT75工作电压有关，D2和输出温度数据，有关数字如表3所示：

表3温度转换系数

D 温度和湿度采集软件部分

本文中所使用的软件为Silicon Laboratories的IDE。方案主要是传感器的操作收集的温度和湿度数据处理和can的通信。湿度传感器接收PC发送数据传输命令，开始收集在C8051F060的内存来存储提取温度和湿度，温度和湿度的数据，然后启动thecan传输，向上位机传输数据。

Silicon Labs公司工作的比特率可以达到1米比特/秒，实际速率可能会被影响，可以在选定的数据总线传输的物理限制。 总线处理器32个对象，可以配置为发送或接收数据。输入数据，消息对象，其标志面膜储存在RAM中的信息。发送和接收的所有数据过滤协议可以处理所有的成品，不需要cip - 51的干预，这将CPU可以使通信带宽是最小的。cip - 51通过特殊功能寄存器配置CAN控制器，读取接收到的数据和书面准备好发送数据。 CAN控制器的时钟等于cip - 51单片机的时钟（SYSCLK）。

Ⅳ测试和分析结

已进行了介绍调试好系统，并分别进行静态和动态测试，收集实验数据。从微控制器的存储器收集的数据图显示，该系统可实现温度和湿度数据采集，处理，可实时监测环境监测。

图3 数据接受界面

纠错单片机硬件系统的温度和湿度传感器信号调节电路，整个温度和湿度数据采集系统进行了测试。

图4为温度和湿度数据收集的数据采集试验。

Ⅴ结论

本文主要采用C8051F060的单片机控制SHT75数字式温度和湿度传感器，以收集仓库的室内温度和湿度。

总线通过上位机监控数据实时的。在数据通信方面,采用,因此能有效地提高测量精度,温湿度传感器是一种集成数字输出,使得电路简单,测量精度高。

基于主从分布式新的温室环境参数监测和控制系统

根据实际在农村地区的温度环境参数的监测

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