专利名称：温度、湿度及光照度综合检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于测量植物或蔬菜培养室、实验室、仓库、办公室等环境的温度、湿度及光照度的检测装置，更详细地是涉及用一台仪器同时完成温度、湿度及光照度检测。
现有的温度、湿度及光照度的检测均是分别人工测出各参数，测量温度采用水银温度计、或由热敏电阻或集成热敏器件(AD590)做成的温度计；测量湿度采用毛发湿度计、干湿球湿度计及湿敏电容传感的湿度测量仪表；测量光照度采用光敏电池作为传感器的光照计；也有同时测量温度及湿度仪表。其缺点是1、采用人工分别测量温度、湿度、光照度，较烦琐；2、只能现场获取采集数据，不能实现远程数据通讯。
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺点，提供一种温度、湿度及光照度综合检测装置，能同时检测并显示温度、湿度及光照度。
本实用新型的目的还在于针对现有技术的缺点，提供一种温度、湿度及光照度综合检测装置，能同时检测并显示温度、湿度及光照度，还能实现远程数据通讯。
本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置由湿度传感器、照度传感器、A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器、单片机构成；湿度传感器由振荡器、单稳电路、积分电路、直流放大器依次连接构成；照度传感器由光敏元件、I/V变换器依次连接构成；湿度传感器和照度传感器分别与A/D变换器连接，A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器分别与单片机连接。
单片机内固化了支持全机运行的程序。
湿度传感器、照度传感器、温度传感器用于测量环境的温度、湿度、照度值，由于测出的湿度和照度值是模拟量，因此需要A/D变换器将模拟信号转变为数字信号。
显示器可以是现有的一般显示器，如数码管显示器、液晶显示器，用于显示温度值、湿度值。
地址开关用于读入开关值，此开关值若为零，则不用做站地址，而作为调试状态运行，当非零时才作为有效地址。
为了实现远程数据通讯，该单片机还可以连接一通讯器，用于接受和传送数据，可以采用RS-232、RS-485、RS-422等型号的通讯器。
使用时，本实用新型装置可以单独使用也可以联网运行。单独使用时，通入交流(或直流)14-20V电压，装置自动启动，依次重复在P标志下显示温度值(摄氏度)，在H标志下显示湿度值(％RH)，然后是光照度值(4位数字，实际值为显示数字乘10，单位LUX)。如联网运行，首先用地址开关拨定装置地址，然后通过装置的通讯器总线输出端子与总线联结。
由此可见，本实用新型是以单片计算机为核心的智能型测量仪表。它采用了集成数字型温度传感器作为温度探头测量温度；采用湿敏电容作为湿度敏感器件测量环境湿度；采用光敏电池为光照度的传感器，测量光的照度值；此装置在单片机控制下，分别测量环境的温度，湿度及光照值，并给出数字显示(例如温度、湿度为2位数字，光照为4位数字)，且装置设计有标准串行通讯器总线接口及通讯地址设定开关，可以与具有同类总线的上位计算机通讯。本实用新型装置采用了简洁新颖的组合电路设计，可靠准确的实现了参数的变换，数字滤波处理，串行输出分页显示。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点1、本实用新型采用单片机配合其他部件同时检测和显示环境的温度、湿度、光照度，省却了人工操作的繁杂步骤；2、本实用新型由于采用了通讯器实现远程数据通讯，不必人工到现场采集数据；3、本实用新型成本相对较低，且有宽的环境适应能力(宽的温度、湿度、光照度范围)。
图1是本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置的结构方框图；图2是本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置的另一结构方框图；图3是本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置的一个外形结构图；图4是本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置的电路图。
下面通过实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例如图1所示，本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置由湿度传感器1、照度传感器2、A/D变换器3、温度传感器4、地址开关5、显示器6、单片机7构成；湿度传感器1由振荡器1(1)、单稳电路1(2)、积分电路1(3)、直流放大器1(4)依次连接构成；照度传感器2由光敏元件2(1)、I/V变换器2(2)依次连接构成；湿度传感器1和照度传感器2分别与A/D变换器3连接，A/D变换器3、温度传感器4、地址开关5、显示器6分别与单片机7连接。
如图2所示，本实用新型的温度、湿度及光照度综合检测装置还可以由湿度传感器1、照度传感器2、A/D变换器3、温度传感器4、地址开关5、显示器6、单片机7、通讯器8构成；湿度传感器1由振荡器1(1)、单稳电路1(2)、积分电路1(3)、直流放大器1(4)依次连接构成；照度传感器2由光敏元件2(1)、I/V变换器2(2)依次连接构成；湿度传感器1和照度传感器2分别与A/D变换器3连接，A/D变换器3、温度传感器4、地址开关5、显示器6、通讯器8分别与单片机7连接。
如图3所示，机箱9内安装了湿度传感器1、照度传感器2的I/V变换器2(2)、A/D变换器3、温度传感器4、地址开关5、显示器6、单片机7、通讯器8；通过导线10与照度传感器2的光敏元件2(1)连接，光敏元件2(1)由架子11支撑。
结合图2和图4可以了解本实施例装置及其各个部件的具体例子。
湿度传感器1选用的敏感元件为湿敏电容CRH，电路结构分如下各部分振荡器1(1)因湿敏电容在高于3V时易于击穿，因此与湿敏电容CRH紧密连接的各电路(1)与(2)均采用低电压2.66V供电。振荡器电路其中C13，R13，R15决定振荡频率，本设计振荡频率为125KHZ。波形为方波。
单稳电路1(2)来自1(1)的方波经C15，R7微分，形成触发脉冲，单稳电路也由TLC555CP构成，当触发脉冲将单稳电路触发而转入暂稳态时，维持时间则由湿敏电容CRH确定，而CRH又与环境湿度有关，利用此原理构成了单稳脉冲调宽功能。设计选用50-60PF的湿敏电容，湿度变化率为0.13PF/1％RH，如R10取20K，相对湿度由0-100％RH，脉冲宽度将变化0.26微秒。
积分电路1(3)将单稳触发脉冲送入由R20，R21及C17构成的积分电路，此电路的时间常数远大于单稳脉冲之周期，因此积分电路的输出为稳定电压，其幅值与脉宽有关。本电路1(2)、1(3)设计的参数湿度满程变化时，引起积分电压变化86mv.。
直流放大器1(4)将变化幅度86毫伏之电压进行A/D变换来反映湿度值显然太小(一般A/D输入电压为0-5V)因此需要进行放大，本例选用直流放大器1(4)LM358，并配有零点调节与倍率调节电位器W1，W2。此放大器倍数可在5-50倍间调节，本仪表中大约用于24倍左右。
照度传感器2光敏元件2(1)本例光敏元件采用1平方毫米的硅光电池，它可以工作在0.45-0.57um可见光波段范围，其光照特性为开路电压与光照度是非线性的，而其短路电流在较大范围内与光照度呈线性关系，本设计即将短路电流用做光照电参量进行测量。为了减少方向性对读数的影响，光敏器件安放于圆弧形外罩内，弧半径约20mm。
I/V变换器2(2)将电流作为反映光照度参量进行测量时，需将其转换为电压才能进行A/D变换，求出测量值，因此引入I/V变换器2(2)，它由运算放大器LM358构成，运算放大器的异相输入端之电位差近似为零，可用此特性将光电池接成虚拟短路采样电路，其输出电压与光电流成正比，完成了I/V变换。为获得A/D变换要求的电压变化范围，W3实现倍率调节。接线端子JP1，JP2，JP3适当的选择对湿度及光照度引接入A/D变换，也可以用于其他参数测量时的应用。
A/D变换器3本例选用TI公司出品的TLC2543C，它是12位开关逐次逼近模数转换器，它有11个输入通道，可以顺序地对11个输入模拟量进行A/D变换，采用了串行I/O方式，即设有一位数据输出端，一位数据输入端及一位时钟，可以将变换控制字串行输入(命令输入)，在完成A/D变换后可将结果串行输出。因为，湿度及光照测量是获得模拟量，变换为数字选用了TLC2543C之中的两路。湿度变换选10#通道，光照度变换选用9#通道。
P15 CS，P16 DATAOUT，P17 DATAIN，P18 I/OCLOCK，则由单片机7予以支持。在单片机7中固化软件支持上述各端完成输入控制字，A/D变换器3启动，输出变换结果等各项操作。TLC2543C采用8位控制字，通道的确定，变换结果位长选定，数据格式，均通过输入控制字完成。
温度传感器4本例采用型号DS1820为90年代美国DALLAS公司出品的集成化测温元件，它只有3根引线端(+5V，地，信号端)接入电路后用一根信号线与外界相通，接受外部命令，完成相应测温变换，读出温度值等项操作。将温度传感器4与单片机7用一位信号(P3.7)连接，在单片机7中固化了与DS1820的接口程序，控制温度传感器4完成测温变换，读取温度值各项操作，各项操作完成后，温度值存于单片机7的存储器中，再由显示器6显示，或通过通讯器8进行远程数字通信，传至其他仪表或计算机。
地址开关5本实施例选用的地址开关共5位，直接读P1口即可读入开关值。此开关值若为零，则不用做站地址，而作为调试状态运行，当非零时才作为有效地址。
显示器6本例选用4位(十进制)数码显示。用静态显示方式，由4片74HC164组成了32位移位寄存器支持4只共阳的LED数码管数据显示，构成有规则的数据显示链，驱动端只两位I/O，扩充显示链也不增加驱动端。单片机7用2位I/O P1.5，P1.6支持本显示。单片机中固化了显示驱动程序，用于支持数据显示。
单片机7选用AT89C2051(以下简称2051)，它是MCS-51的缩编版本，取DIP20封装，只是I/O减少之外，指令系统，中断结构，运行定时，RAM容量均与MCS-51相同，内部程序存储器由4K字节降为2K字节。
单片机硬件部分2051的电源接P20 VCC及P10 GND。P4 XTAL1，P5XTAL2接振荡晶体与电容C20及C21，本装置选用晶体振荡频率为18.432MHZ，时钟周期为0.0542us，指令周期为0.65us。本机的复位电路不采用通常的R-C方式，而采用了MAXIM公司新出品的复位专用芯片MAX810，该芯片在上电时可自动产生约240ms的正复位脉冲，使单片机复位启动程序运行。并在电源因接触不良而引起短暂跳动时也可产生复位脉冲防止了因此而出现的死机现象。
P1.7-P1.0为8位P1接口，P3.7-P3.0为7位(少P3.6)P3接口，执行I/O操作。
各I/O端口完成下列各项功能A·P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0读入地址开关值，确定本机在通讯网中的站地址。地址共5位，可设定32个地址，但是零号地址不作为网站地址，只作为本机的测试标志。开关设定的地址为第一地址，用于向上位机传送温度及湿度值，将第一地址加一个固定增量(由软件完成)为本装置的第二地址用于向上位机传送光照度。
B·P3.7与温度传感器4相接，完成温度测定，将温度值读入单片机7内存。
C·P3.3，P3.2，P1.6，P1.5与A/D变换器3连接，支持全机的A/D变换操作，并将数值化的湿度值与光照值读入单片机内存，进一步做数据处理。
D·P3.5，P3.4与显示器6连接，给出温度，湿度，光照度的数字显示。
E·P3.1，P3.0，P1.7则用于数据通讯器8。P3.1为串行数据输出，P3.0为串行数据输入，而P1.7则担任发送/接收转换。通讯采用驱动专用芯片75176，通讯标准符合RS-485标准。
在AT89C2051中固化了支持全机运行的程序。为支持主流程运行，配备了下列模块。
A·初始化置各I/O端口初条件；全部RAM清零，置初值；设置本机地址；置各专用寄存器初值；中断设定。
B·数字显示支持程序二进制转BCD码；段码查表；串行驱动；C·数字通信支持程序中断接收程序；地址判别；数据发送。
D·测温程序的支持程序DS1820命令表；DS1820读程序；DS1820写程序。
E·A/D变换支持程序TLC2543C初始化程序；TLC2543C串行读/写程序。
F·软件应用程序软延迟程序，延迟至1ms 2ms 20ms 1s；测定湿度之数字滤波程序；测定湿度零点调整程序；测定光照度之积分程序。
主电源主电源由整流，滤波及稳压各部分组成。输出5V 200MA，12V50MA，输入直流或交流14-20伏，直流接入也无极性限定，本装置适于低压电源组网运行，是多点测试网络理想的前端仪表。
辅助电源辅助电源自12伏分出，提供下列两组(1)支持1(1)、1(2)的2.66V；(2)用于A/D变换器3的参考电源VREF，本设计VREF为4.8V，具有高的稳定度。
该装置可以单独使用也可以联网运行。单独使用时，通入交流(或直流)14-20V电压，装置自动启动，依次重复在P标志下显示温度值(摄氏度)，在H标志下显示湿度值(％RH)，然后是光照度值(4位数字，实际值为显示数字乘10，单位LUX)。如联网运行，首先用地址开关拨定装置地址，然后通过装置的通讯器总线输出端子与总线联结。
此装置适用于较宽的参数范围，特别适用于农业温室大棚环境的计算机监控网络系统中，也适用于其他的环境监测(控)系统。本例用于花卉大棚计算机自动监测网络系统中，运行情况良好。
权利要求1.一种温度、湿度及光照度综合检测装置，其特征在于由湿度传感器、照度传感器、A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器、单片机构成，湿度传感器由振荡器、单稳电路、积分电路、直流放大器依次连接构成；照度传感器由光敏元件、I/V变换器依次连接构成，湿度传感器和照度传感器分别与A/D变换器连接，A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器分别与单片机连接。
2.一种温度、湿度及光照度综合检测装置，其特征在于由湿度传感器、照度传感器、A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器、单片机、通讯器构成，湿度传感器由振荡器、单稳电路、积分电路、直流放大器依次连接构成，照度传感器由光敏元件、I/V变换器依次连接构成，湿度传感器和照度传感器分别与A/D变换器连接，A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器、通讯器分别与单片机连接。
专利摘要一种温度、湿度及光照度综合检测装置由湿度传感器、照度传感器、A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器、单片机构成,湿度传感器由振荡器、单稳电路、积分电路、直流放大器依次连接构成,照度传感器由光敏元件、I/V变换器依次连接构成,湿度传感器和照度传感器分别与A/D变换器连接,A/D变换器、温度传感器、地址开关、显示器分别与单片机连接,为了实现远程数据通讯,该单片机还可以连接一通讯器。
文档编号G01W1/02GK2370428SQ9923596
公开日2000年3月22日 申请日期1999年5月7日 优先权日1999年5月7日
发明者陈天钧, 龙庆华 申请人:华南师范大学