中央空調(diào)溫濕度檢測系統(tǒng)設計

摘要：中央空調(diào)的溫濕度檢測系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)的最基本最重要的控制系統(tǒng)，它的發(fā)展必將影響到中央空調(diào)性能的發(fā)展。文中主要分析并設計了溫濕度數(shù)據(jù)采集電路，單總線接口電路以及液晶顯示電路，采用MAX232與現(xiàn)場PC機通信。整個系統(tǒng)的控制器選用單片機AT89S52，溫度傳感器選用DS2438，濕度傳感器選用HIH-4000。在軟件設計部分，采用C51編寫程序來實現(xiàn)系統(tǒng)各個功能模塊的設計。整個系統(tǒng)具有實時性，快速性，穩(wěn)定性、精確性等優(yōu)點。
關鍵詞：AT89S52；單總線技術；測控系統(tǒng)；傳感器

    隨著人民生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求不斷提高，辦公樓、商住樓、商場、酒店等建筑已必須配備舒適的中央空調(diào)系統(tǒng)。舒適的中央空調(diào)系統(tǒng)需要對房間內(nèi)的溫度、濕度、潔凈度、空氣質(zhì)量等實行實時監(jiān)視及準確控制。計算機和自動化技術的發(fā)展，新的高科技技術不斷應用到各個方面中，使得智能化已成為一種發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字傳感器的普及，及其直接輸出的數(shù)字信號可適配于各種微處理器，使中央空調(diào)溫濕度檢測系統(tǒng)應該在系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗干擾性、實時性和經(jīng)濟性等方面有很高的要求。

1 系統(tǒng)的總體設計方案
1．1 系統(tǒng)的組成
    因為本系統(tǒng)是以嵌入式微控制器為核心，它控制本系統(tǒng)的各模塊功能，因此選擇性能可靠、發(fā)展技術成熟的AT89S52單片機為本系統(tǒng)的控制器。本系統(tǒng)主要完成中央空調(diào)溫濕度信號的采集，信號的處理，以及液晶實時顯示等主要任務。下位機由微控制器、溫濕度傳感器、LCD顯示器、鍵盤輸入等組成，其中，溫濕度檢測模塊采用單總線實際方案，僅需1根線實現(xiàn)電源及雙向數(shù)據(jù)傳輸。其任務是完成中央空調(diào)送風口的溫濕度信息的采集。上位機主要實現(xiàn)對下位機進行控制，根據(jù)溫濕度傳感器提供的參考數(shù)據(jù)實現(xiàn)對送風口溫濕度的有效的、合理的控制。中央空調(diào)溫濕度檢測系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)的工作過程
    本系統(tǒng)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，同時在內(nèi)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性電壓輸送到含有2個ADC和一個溫度傳感器的DS2438溫度傳感器內(nèi)。由DS2438將模擬濕度電壓信號數(shù)字化后，連同溫度的數(shù)字信號一同通過單總線送入微控制器，完成溫濕度信號的采集。微控制器將溫濕度信號通過特定的算法換算成溫濕度值通過LCD12864直觀的顯示出來，給中央空調(diào)的溫濕度調(diào)節(jié)提供了可靠的依據(jù)。
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)的智能單總線溫度傳感器DS2438和Honeywell公司生產(chǎn)的集成線性濕度傳感器HIH-4000組合而成符合單總線協(xié)議的溫濕度檢測模塊。DS2438器件的工作方式采用單總線技術的工作方式，即僅用1根口線實現(xiàn)電源及雙向數(shù)據(jù)傳輸。其內(nèi)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(jié)非易失性用戶存儲器。濕度傳感器HIH-4000具有精度高、響應快速、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點。HIH-4000輸出電壓與濕度的關系曲線如圖2所示。

    由特性指標及輸出電壓與相對濕度關系曲線可得出如下結論：HIH-4000在供電電壓為5 V時，其消耗電流僅為200μA，故完全可滿足一線總線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(nèi)置的兩個電壓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，事實上受到技術上和電網(wǎng)等干擾的影響，其電壓是在5 V附近有微小的波動。公式(2)是在25℃時傳感器輸出和濕度的關系，當環(huán)境溫度改變時應進行溫度補償，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)境的實際濕度值。式中溫度補償值利用DS2438內(nèi)部的溫度傳感器提供。本系統(tǒng)利用DS2438內(nèi)部的溫度傳感器實現(xiàn)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溫度值的補償。然后利用DS24 38內(nèi)部的電壓ADC，通過多路開關切換分別得到濕度測量值和濕度測量時單線的電壓值。這樣，通過DS2438可獲得溫濕度測量值及溫度補償值。

2 系統(tǒng)的硬件設計
    中央空調(diào)溫濕度檢測系統(tǒng)的硬件原理圖如圖3所示。

    溫濕度檢測模塊與AT89S52的P1．0口相連接，同時在P1．0 口上接一個4．7 kΩ的上拉電阻。它主要包括溫濕度檢測與單片機處理、鍵盤輸入與顯示輸出。其中溫濕度傳感器是本系統(tǒng)的測域單元。設計一個控制系統(tǒng)，硬件部分尤其重要，它是整個系統(tǒng)的骨架，缺少硬件支撐的系統(tǒng)將會癱瘓。另外硬件是軟件實現(xiàn)其功能的基礎，軟件只有通過與硬件相互聯(lián)系才能更好的實現(xiàn)其功能。

3 系統(tǒng)的軟件設計
    軟件是系統(tǒng)功能實現(xiàn)中最為關鍵的部分，它的完成與實現(xiàn)也決定了整個設計系統(tǒng)的正常運行的成功與否本系統(tǒng)的軟件設計主要包括溫濕度檢測、LCD顯示、鍵盤等程序設計。因為DS2438單總線期間對時序的要求非常嚴格，對溫濕度檢測采取匯編語言進行編寫，而LCD和鍵盤驅(qū)動則采用C語言進行編寫，整體采用目前流行的C語言與匯編嵌套的編程思路。這樣做的目的是既能達到DS2438的時序要求高的要求，義能以最少的工作量完成整體的程序設計。系統(tǒng)的主程序框圖與溫濕度檢測模塊框圖如圖4所示。

4 結論
    本次設計論述了基于單總線設計的中央空調(diào)溫濕度檢測表系統(tǒng)，采用AT89S52作為系統(tǒng)的核心，采用MAX232數(shù)據(jù)傳輸完成與上位機的通信，通過12864液晶顯示器將采集到的溫濕度顯示出來。
    按本系統(tǒng)搭接成的實物放在某室內(nèi)已成功運行數(shù)月，測試結果基本正常，但是，由于一些客觀因素存在的關系，致使?jié)穸葌鞲衅鳒y得的結果波動范同較大，但總體還算穩(wěn)定。本人分析原因可能是由于板子是自己搭接而成，不是正規(guī)印制電路板，加之室內(nèi)有較大的電磁干擾源而造成的誤差。而這些誤差的存在是不能避免的。
    整個電路本著簡單可靠，選用低價格通用元器件的原則完成了本設計的任務，而抗干擾技術是單片機應用系統(tǒng)設計過程中的重要環(huán)節(jié)，合理地使用硬件和軟件抗干擾技術，可使系統(tǒng)最大限度的避免干擾的產(chǎn)生和受干擾后能使系統(tǒng)恢復正常運行，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地工作。本次設計中選用的器件都是價格低廉、性能穩(wěn)，性價比高元器件，經(jīng)過進一步改造定能投入使用。