基于多通道智能溫濕度巡檢儀的設(shè)計研究

陳凱++魏根寶

摘 要

本文介紹了一種可靠經(jīng)濟(jì)的多通道溫濕度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本適宜，結(jié)構(gòu)合理，適用于多點(diǎn)的測試場合。文中對該系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行概述，包括系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計、中央處理器的選擇等，側(cè)面指出該系統(tǒng)的可靠之處。

【關(guān)鍵詞】多通道 智能溫濕度巡檢儀 設(shè)計

1 智能溫濕度巡檢儀的硬、軟件的設(shè)計

1.1 硬件的設(shè)計

本次巡檢儀的設(shè)計以15個溫度測量通道及4個濕度測量通道為研究對象。依據(jù)干濕球法測量濕度的；理論可以得出，設(shè)計一個濕度測量通道，其實(shí)所設(shè)置了2個溫度測量通道，因此可以得出一共需要設(shè)置23個溫度測量通道，微處理器對于通道測量數(shù)據(jù)加以處理，運(yùn)用多路選擇其加以通道替換。各個溫度測量通道都必須以模擬電阻信號從而轉(zhuǎn)為數(shù)字電壓信號，隨之以電壓數(shù)值算出溫濕度。電路功能簡圖如圖1所示。

1.2 軟件的設(shè)計

溫濕度巡檢儀由軟件和硬件兩個部分組合而成，如果把硬件看做骨架，那么軟件就是靈魂，只有配備優(yōu)異的軟件方可把硬件的性能發(fā)揮出來。在進(jìn)行軟件設(shè)計時，運(yùn)用對 ADuC834內(nèi)部寄存器的操作，從而掌控由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度的傳輸和顯示。因C語言在結(jié)構(gòu)、性能、可讀性等多個方面都比匯編語言具有優(yōu)勢，所以該程序運(yùn)用C語言進(jìn)行代碼的編寫工作。ADuC834對信號進(jìn)行獲取及處理的工作，在進(jìn)行軟件設(shè)計時采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的程序展開工作，該程序由主程序及多個子程序相互組合而成。該程序包含ADuC834的初始化及液晶顯示器的初始化，采用鍵盤進(jìn)行子程序的讀取操作。

2 ADuC834中央處理器的選擇

根據(jù)巡檢儀器電路中所需的恒電流、轉(zhuǎn)換器及濾波放大電路的實(shí)際情況，為了避免巡檢儀器出現(xiàn)功能不易控制、體積過大的現(xiàn)象，在確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上，選用極為精密的ADuC834當(dāng)做該設(shè)備的中央處理系統(tǒng)。ADuC834是多種精密模擬功能的綜合，具備8052MCU的內(nèi)核，存儲器采用62KB閃速程序及4KB的內(nèi)存儲起，通常情況不用外部擴(kuò)展存儲器，內(nèi)部設(shè)有兩路恒電流以及兩個ADC輔助器。即使沒有外部放大器及濾波器，ADuC834依舊可以保障巡檢儀器可以正常的工作。ADuC834可以在外部的晶振之下進(jìn)行工作，運(yùn)用片內(nèi)鎖相環(huán)生成的高頻時鐘，可編程時鐘分頻器輸送至片內(nèi)的8052內(nèi)核之中。片內(nèi)8052是經(jīng)過優(yōu)化的指令周期MCU。MCU在保證和8051指令系統(tǒng)相互兼容的基礎(chǔ)上，具備12.58MIPS的相關(guān)性能。

3 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)置

ADuC834處理器具備緩沖器及內(nèi)部緩沖器禁止的性能，其片內(nèi)設(shè)有一個可編程的放大器及檢測寬動態(tài)的低頻濾波器。擁有緩沖性能就可以保證這部分電路對較高的內(nèi)阻信號源進(jìn)行處理，也可以為其增加模擬濾波器，從而減少儀器正常工作時的噪音和射頻干擾的情況。主通道的輸入設(shè)置為20mV—±2.56V這個區(qū)域之間共劃分8檔，正常工作時可以選擇任何一檔。該通道可以把傳感器接收的模擬電壓信號進(jìn)行直接的轉(zhuǎn)換。A/D通道運(yùn)用 Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)達(dá)到對數(shù)據(jù)的更新。 Δ調(diào)節(jié)器可以把采樣所得的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖串，數(shù)字信息被脈沖串所包含，隨之采用編程低通濾波器實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的抽樣，從而獲期有效的編程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的效果。對于調(diào)制器信號流可以劃分為抽取禁止及抽取使用兩種操作辦法。 ADuC834內(nèi)部的ADC信號鏈路可以進(jìn)行斬波和非斬波兩種情況的操作。

3.1 ADC的默認(rèn)工作狀態(tài)是當(dāng)CHOP等于零之時，采用斬波模式

在斬波模式工作中，ADC擁有最為優(yōu)異的偏移性和失調(diào)性能，數(shù)據(jù)的更新數(shù)據(jù)的速率在5.35Hz—105.03Hz之間。SF是ADC的濾波器控制字，ADuC834內(nèi)部組合成可以進(jìn)行數(shù)字編程的濾波器，SF用來對ADC的濾波器因子進(jìn)行設(shè)置，從而對ADC輸出數(shù)據(jù)的速率及斬波時間有很大的影響作用。表1為ADC轉(zhuǎn)換速率的設(shè)置情況。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，其中所設(shè)置的SF最大值是255，最小值為13.如果所設(shè)置的數(shù)值比13小，濾波器就會自己默認(rèn)13從而輸送至SF寄存器中。在斬波的狀態(tài)之下，ADC可以把模擬輸入信號一直變換，從而濾波器抽樣的結(jié)果得出或正或負(fù)偏移情況。隨后，濾波器在進(jìn)行累加的時期，把所有數(shù)據(jù)累加及平均獲取新的輸出結(jié)果，寫入到ADC數(shù)據(jù)寄存器之中。在處于斬波模式中，如果SF的輸出范圍在13—255之間，那么表中就是輸出噪音與輸入范圍之間的數(shù)值情況，SF數(shù)值的設(shè)置和輸出情況在很大程度上影響整個著ADC輸出噪音的多少。

3.2 非斬波模式的設(shè)置

在ADC處在非斬波模式的工作狀態(tài)中，如果CHOP數(shù)值大于1，數(shù)據(jù)的更新速率控制在16.06Hz—1.365kHz這個數(shù)據(jù)之間。非斬波模式在工作時期具有導(dǎo)致漂移性能變換的缺點(diǎn)，如果必須對輸入范圍加以變更，就必須對數(shù)值進(jìn)行新的校對。綜上所述，ADuC834內(nèi)部的主ADC處在斬波模式進(jìn)行工作時，其具有轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是其進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的速率比較慢。如果處于非斬波模式進(jìn)行工作時，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的速度達(dá)到最高，但是轉(zhuǎn)換精度的情況不好。本次研究以信號作為溫度量，為確保溫濕度巡檢儀器的精度值，可以在設(shè)置中采用斬波模式進(jìn)行工作。

作者單位

安徽大氣探測技術(shù)保障中心 安徽省合肥市 230031endprint

摘 要

本文介紹了一種可靠經(jīng)濟(jì)的多通道溫濕度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本適宜，結(jié)構(gòu)合理，適用于多點(diǎn)的測試場合。文中對該系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行概述，包括系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計、中央處理器的選擇等，側(cè)面指出該系統(tǒng)的可靠之處。

【關(guān)鍵詞】多通道 智能溫濕度巡檢儀 設(shè)計

1 智能溫濕度巡檢儀的硬、軟件的設(shè)計

1.1 硬件的設(shè)計

本次巡檢儀的設(shè)計以15個溫度測量通道及4個濕度測量通道為研究對象。依據(jù)干濕球法測量濕度的；理論可以得出，設(shè)計一個濕度測量通道，其實(shí)所設(shè)置了2個溫度測量通道，因此可以得出一共需要設(shè)置23個溫度測量通道，微處理器對于通道測量數(shù)據(jù)加以處理，運(yùn)用多路選擇其加以通道替換。各個溫度測量通道都必須以模擬電阻信號從而轉(zhuǎn)為數(shù)字電壓信號，隨之以電壓數(shù)值算出溫濕度。電路功能簡圖如圖1所示。

1.2 軟件的設(shè)計

溫濕度巡檢儀由軟件和硬件兩個部分組合而成，如果把硬件看做骨架，那么軟件就是靈魂，只有配備優(yōu)異的軟件方可把硬件的性能發(fā)揮出來。在進(jìn)行軟件設(shè)計時，運(yùn)用對 ADuC834內(nèi)部寄存器的操作，從而掌控由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度的傳輸和顯示。因C語言在結(jié)構(gòu)、性能、可讀性等多個方面都比匯編語言具有優(yōu)勢，所以該程序運(yùn)用C語言進(jìn)行代碼的編寫工作。ADuC834對信號進(jìn)行獲取及處理的工作，在進(jìn)行軟件設(shè)計時采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的程序展開工作，該程序由主程序及多個子程序相互組合而成。該程序包含ADuC834的初始化及液晶顯示器的初始化，采用鍵盤進(jìn)行子程序的讀取操作。

2 ADuC834中央處理器的選擇

根據(jù)巡檢儀器電路中所需的恒電流、轉(zhuǎn)換器及濾波放大電路的實(shí)際情況，為了避免巡檢儀器出現(xiàn)功能不易控制、體積過大的現(xiàn)象，在確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上，選用極為精密的ADuC834當(dāng)做該設(shè)備的中央處理系統(tǒng)。ADuC834是多種精密模擬功能的綜合，具備8052MCU的內(nèi)核，存儲器采用62KB閃速程序及4KB的內(nèi)存儲起，通常情況不用外部擴(kuò)展存儲器，內(nèi)部設(shè)有兩路恒電流以及兩個ADC輔助器。即使沒有外部放大器及濾波器，ADuC834依舊可以保障巡檢儀器可以正常的工作。ADuC834可以在外部的晶振之下進(jìn)行工作，運(yùn)用片內(nèi)鎖相環(huán)生成的高頻時鐘，可編程時鐘分頻器輸送至片內(nèi)的8052內(nèi)核之中。片內(nèi)8052是經(jīng)過優(yōu)化的指令周期MCU。MCU在保證和8051指令系統(tǒng)相互兼容的基礎(chǔ)上，具備12.58MIPS的相關(guān)性能。

3 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)置

ADuC834處理器具備緩沖器及內(nèi)部緩沖器禁止的性能，其片內(nèi)設(shè)有一個可編程的放大器及檢測寬動態(tài)的低頻濾波器。擁有緩沖性能就可以保證這部分電路對較高的內(nèi)阻信號源進(jìn)行處理，也可以為其增加模擬濾波器，從而減少儀器正常工作時的噪音和射頻干擾的情況。主通道的輸入設(shè)置為20mV—±2.56V這個區(qū)域之間共劃分8檔，正常工作時可以選擇任何一檔。該通道可以把傳感器接收的模擬電壓信號進(jìn)行直接的轉(zhuǎn)換。A/D通道運(yùn)用 Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)達(dá)到對數(shù)據(jù)的更新。 Δ調(diào)節(jié)器可以把采樣所得的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖串，數(shù)字信息被脈沖串所包含，隨之采用編程低通濾波器實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的抽樣，從而獲期有效的編程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的效果。對于調(diào)制器信號流可以劃分為抽取禁止及抽取使用兩種操作辦法。 ADuC834內(nèi)部的ADC信號鏈路可以進(jìn)行斬波和非斬波兩種情況的操作。

3.1 ADC的默認(rèn)工作狀態(tài)是當(dāng)CHOP等于零之時，采用斬波模式

在斬波模式工作中，ADC擁有最為優(yōu)異的偏移性和失調(diào)性能，數(shù)據(jù)的更新數(shù)據(jù)的速率在5.35Hz—105.03Hz之間。SF是ADC的濾波器控制字，ADuC834內(nèi)部組合成可以進(jìn)行數(shù)字編程的濾波器，SF用來對ADC的濾波器因子進(jìn)行設(shè)置，從而對ADC輸出數(shù)據(jù)的速率及斬波時間有很大的影響作用。表1為ADC轉(zhuǎn)換速率的設(shè)置情況。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，其中所設(shè)置的SF最大值是255，最小值為13.如果所設(shè)置的數(shù)值比13小，濾波器就會自己默認(rèn)13從而輸送至SF寄存器中。在斬波的狀態(tài)之下，ADC可以把模擬輸入信號一直變換，從而濾波器抽樣的結(jié)果得出或正或負(fù)偏移情況。隨后，濾波器在進(jìn)行累加的時期，把所有數(shù)據(jù)累加及平均獲取新的輸出結(jié)果，寫入到ADC數(shù)據(jù)寄存器之中。在處于斬波模式中，如果SF的輸出范圍在13—255之間，那么表中就是輸出噪音與輸入范圍之間的數(shù)值情況，SF數(shù)值的設(shè)置和輸出情況在很大程度上影響整個著ADC輸出噪音的多少。

3.2 非斬波模式的設(shè)置

在ADC處在非斬波模式的工作狀態(tài)中，如果CHOP數(shù)值大于1，數(shù)據(jù)的更新速率控制在16.06Hz—1.365kHz這個數(shù)據(jù)之間。非斬波模式在工作時期具有導(dǎo)致漂移性能變換的缺點(diǎn)，如果必須對輸入范圍加以變更，就必須對數(shù)值進(jìn)行新的校對。綜上所述，ADuC834內(nèi)部的主ADC處在斬波模式進(jìn)行工作時，其具有轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是其進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的速率比較慢。如果處于非斬波模式進(jìn)行工作時，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的速度達(dá)到最高，但是轉(zhuǎn)換精度的情況不好。本次研究以信號作為溫度量，為確保溫濕度巡檢儀器的精度值，可以在設(shè)置中采用斬波模式進(jìn)行工作。

作者單位

安徽大氣探測技術(shù)保障中心 安徽省合肥市 230031endprint

摘 要

本文介紹了一種可靠經(jīng)濟(jì)的多通道溫濕度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本適宜，結(jié)構(gòu)合理，適用于多點(diǎn)的測試場合。文中對該系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行概述，包括系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計、中央處理器的選擇等，側(cè)面指出該系統(tǒng)的可靠之處。

【關(guān)鍵詞】多通道 智能溫濕度巡檢儀 設(shè)計

1 智能溫濕度巡檢儀的硬、軟件的設(shè)計

1.1 硬件的設(shè)計

本次巡檢儀的設(shè)計以15個溫度測量通道及4個濕度測量通道為研究對象。依據(jù)干濕球法測量濕度的；理論可以得出，設(shè)計一個濕度測量通道，其實(shí)所設(shè)置了2個溫度測量通道，因此可以得出一共需要設(shè)置23個溫度測量通道，微處理器對于通道測量數(shù)據(jù)加以處理，運(yùn)用多路選擇其加以通道替換。各個溫度測量通道都必須以模擬電阻信號從而轉(zhuǎn)為數(shù)字電壓信號，隨之以電壓數(shù)值算出溫濕度。電路功能簡圖如圖1所示。

1.2 軟件的設(shè)計

溫濕度巡檢儀由軟件和硬件兩個部分組合而成，如果把硬件看做骨架，那么軟件就是靈魂，只有配備優(yōu)異的軟件方可把硬件的性能發(fā)揮出來。在進(jìn)行軟件設(shè)計時，運(yùn)用對 ADuC834內(nèi)部寄存器的操作，從而掌控由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度的傳輸和顯示。因C語言在結(jié)構(gòu)、性能、可讀性等多個方面都比匯編語言具有優(yōu)勢，所以該程序運(yùn)用C語言進(jìn)行代碼的編寫工作。ADuC834對信號進(jìn)行獲取及處理的工作，在進(jìn)行軟件設(shè)計時采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的程序展開工作，該程序由主程序及多個子程序相互組合而成。該程序包含ADuC834的初始化及液晶顯示器的初始化，采用鍵盤進(jìn)行子程序的讀取操作。

2 ADuC834中央處理器的選擇

根據(jù)巡檢儀器電路中所需的恒電流、轉(zhuǎn)換器及濾波放大電路的實(shí)際情況，為了避免巡檢儀器出現(xiàn)功能不易控制、體積過大的現(xiàn)象，在確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上，選用極為精密的ADuC834當(dāng)做該設(shè)備的中央處理系統(tǒng)。ADuC834是多種精密模擬功能的綜合，具備8052MCU的內(nèi)核，存儲器采用62KB閃速程序及4KB的內(nèi)存儲起，通常情況不用外部擴(kuò)展存儲器，內(nèi)部設(shè)有兩路恒電流以及兩個ADC輔助器。即使沒有外部放大器及濾波器，ADuC834依舊可以保障巡檢儀器可以正常的工作。ADuC834可以在外部的晶振之下進(jìn)行工作，運(yùn)用片內(nèi)鎖相環(huán)生成的高頻時鐘，可編程時鐘分頻器輸送至片內(nèi)的8052內(nèi)核之中。片內(nèi)8052是經(jīng)過優(yōu)化的指令周期MCU。MCU在保證和8051指令系統(tǒng)相互兼容的基礎(chǔ)上，具備12.58MIPS的相關(guān)性能。

3 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)置

ADuC834處理器具備緩沖器及內(nèi)部緩沖器禁止的性能，其片內(nèi)設(shè)有一個可編程的放大器及檢測寬動態(tài)的低頻濾波器。擁有緩沖性能就可以保證這部分電路對較高的內(nèi)阻信號源進(jìn)行處理，也可以為其增加模擬濾波器，從而減少儀器正常工作時的噪音和射頻干擾的情況。主通道的輸入設(shè)置為20mV—±2.56V這個區(qū)域之間共劃分8檔，正常工作時可以選擇任何一檔。該通道可以把傳感器接收的模擬電壓信號進(jìn)行直接的轉(zhuǎn)換。A/D通道運(yùn)用 Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)達(dá)到對數(shù)據(jù)的更新。 Δ調(diào)節(jié)器可以把采樣所得的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖串，數(shù)字信息被脈沖串所包含，隨之采用編程低通濾波器實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的抽樣，從而獲期有效的編程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的效果。對于調(diào)制器信號流可以劃分為抽取禁止及抽取使用兩種操作辦法。 ADuC834內(nèi)部的ADC信號鏈路可以進(jìn)行斬波和非斬波兩種情況的操作。

3.1 ADC的默認(rèn)工作狀態(tài)是當(dāng)CHOP等于零之時，采用斬波模式

在斬波模式工作中，ADC擁有最為優(yōu)異的偏移性和失調(diào)性能，數(shù)據(jù)的更新數(shù)據(jù)的速率在5.35Hz—105.03Hz之間。SF是ADC的濾波器控制字，ADuC834內(nèi)部組合成可以進(jìn)行數(shù)字編程的濾波器，SF用來對ADC的濾波器因子進(jìn)行設(shè)置，從而對ADC輸出數(shù)據(jù)的速率及斬波時間有很大的影響作用。表1為ADC轉(zhuǎn)換速率的設(shè)置情況。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，其中所設(shè)置的SF最大值是255，最小值為13.如果所設(shè)置的數(shù)值比13小，濾波器就會自己默認(rèn)13從而輸送至SF寄存器中。在斬波的狀態(tài)之下，ADC可以把模擬輸入信號一直變換，從而濾波器抽樣的結(jié)果得出或正或負(fù)偏移情況。隨后，濾波器在進(jìn)行累加的時期，把所有數(shù)據(jù)累加及平均獲取新的輸出結(jié)果，寫入到ADC數(shù)據(jù)寄存器之中。在處于斬波模式中，如果SF的輸出范圍在13—255之間，那么表中就是輸出噪音與輸入范圍之間的數(shù)值情況，SF數(shù)值的設(shè)置和輸出情況在很大程度上影響整個著ADC輸出噪音的多少。

3.2 非斬波模式的設(shè)置

在ADC處在非斬波模式的工作狀態(tài)中，如果CHOP數(shù)值大于1，數(shù)據(jù)的更新速率控制在16.06Hz—1.365kHz這個數(shù)據(jù)之間。非斬波模式在工作時期具有導(dǎo)致漂移性能變換的缺點(diǎn)，如果必須對輸入范圍加以變更，就必須對數(shù)值進(jìn)行新的校對。綜上所述，ADuC834內(nèi)部的主ADC處在斬波模式進(jìn)行工作時，其具有轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是其進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的速率比較慢。如果處于非斬波模式進(jìn)行工作時，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的速度達(dá)到最高，但是轉(zhuǎn)換精度的情況不好。本次研究以信號作為溫度量，為確保溫濕度巡檢儀器的精度值，可以在設(shè)置中采用斬波模式進(jìn)行工作。

作者單位

安徽大氣探測技術(shù)保障中心 安徽省合肥市 230031endprint