水稻育秧大棚环境温湿度监控系统pc机软件设计

水稻育秧大棚环境温湿度监控系统pc机温湿度控制

3.3 传感器的选型及其性能特征

用于测温的传感器种类繁多，但大多是模拟传感器，在以往组建温度采集系统时，由于经传感器输出的是模拟信号，系统必须接入A/D转换器，由此增加了构件系统的复杂性且成本较高。

温度的检测方法，一般采用热电偶、热敏电阻以及集成温度传感器等测温元件。热电偶的工作原理: 两种不同成份的导体两端经焊接，形成回路，直接测温端叫工作端 ，接线端叫冷端，也称参比端。当工作端和参比端之间存在温差时，就会在回路中产生热电动势，接上显示仪表，仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。热敏电阻的工作原理:热敏电阻的阻值随温度的升高而成非线性急剧变化，一般具有负的温度系数，其阻值随温度升高而急剧减小，只有少数具有正的温度系数。集成温度传感器的工作原理:集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b一e结压降的不饱和值Vbe与热力学温度T和通过发射极电流I的关系实现对温度的检测。

热电偶和热敏电阻的测量精度都比较高，成本比较低，而且测量的范围也比较宽，但是它容易受到测量场所以及环境的限制，高温或长期使用时由于环境的影响会使其性能下降，需要定期检查与更换，给实际应用带来了很大不便。经过论证及多次实验，本设计决定采用由AD公司生产的AD590集成温度传感器，它具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便、价格比较低，并且具有长期稳定性等优点，因此，得到广泛应用。所以，经过论证及多次实验，本设计决定采用AD 公司生产的AD590 集成温度传感器。

3.3.1温度传感器AD590

一、温度传感器AD590简介

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。是利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。AD590具有线性好、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小，抗干扰能力强、可远距离测温并且使用方便等优点。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。它的电源电压可以在4V～6V范围变化，电流Ir变化luA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b一e结压降的不饱和值Vbe与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测:

Vbe=

KIT?lnI ，K-波尔兹常数; q-电子电荷绝对值 (3.1) q集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0，温度25℃时输出2.982v;电流输出型的灵敏度一般为luA/K，本文选用的是电流输出型温度传感器。

AD59O的主要特性如下:

① 流过器件的电流(uA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数，即:Ir/T=luA/K； ② AD590的测温范围为-55～+150℃；

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③ AD590的保存温度为-65～+175℃； ④ AD590的电源电压范围为4V～30V ⑤ 输出电阻为710M?； ⑥ 响应时间仅为20us；

⑦ 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-5℃～+l50℃范围内，非线性误差为?0.3℃。 二、 温度测量电路 1、 基本应用电路

图3.4（a）是AD59O的封装形式，图3.4(b)是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1K?时，输出电压V0随温度的变化为1mV/K。

图3.4 AD590的封装形式及基本应用电路

2、 温度测量电路

要想克服简单电路的缺陷，就要使得增益调整和补偿调整相互独立。本文设计了具有独立调节功能的测温电路，电路图见图3.5。AD59O的输出电流I=(273+T)uA (T为摄氏温度)，因此测得电压UO1=(273+T)uA?l0K?=(273+T)?0.01V。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R1，使UO1=2.732V;或者在室温(25℃) 的条件下通过调节电位器R2，使电压Uoz=-2.73V，调整电位器R3，使U0=l.25v。这种调整的方法，可以保证在0℃或25℃附近有较高精度。

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图3.5 温度测量电路

3.3.2相对湿度传感器HIH3610

本系统的湿度传感器选用Honeywell公司的集成湿度传感器HIH3610，该传感器内部集成了信号处理功能电路，可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性电压输出的任务．输出电压为：

V out=V supply[0.0062(sensor%RH)+0.16] （3.2）

在本系统中V supply固定为+5V，则其输出电压值正比于湿度测量值，因此可由测试现场的温度值决定。送LM258，在此处LM258起电压跟随作用，以与采集现场隔离和提高带负载能力。然后信号送带8路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件A／D转换器ADC0809,经转换后送单片机I/O口。

在该设计中温度的极限参数为：-5O℃≤T≤7O℃； 湿度的极限参数为l％≤H≤99％；

温度的显示分度为0．1℃；湿度的显示分度为0．5％； 芯片特点：

●低成本，大批量OEM设计 ●精度2%，激光修正互换性至5% ●线性电压输出对应%RH ●低功耗设计：200μA驱动电流 ●快速反应：15秒

●稳定性好、低漂移、抗化学腐蚀性能

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●HIH-3610有许多性能指标，能性能指标见表3.5

表3.5 HIH-3610性能指标 RH精度（1） RH互换性 RH线性 RH迟滞 RH重复性 RH反应时间 1/e@25℃ RH稳定性 供电电源 供电电压 消耗电源 输出电压 供电电压=5VDC 驱动限制 温度补偿 效应@0%RH 效应@100%RH 湿度范围 工作 储存 温度范围 工作 储存 操作 ±2%RH，0-100%RH非凝结，25℃，供电电压=5VDC ±5%RH，0-60%RH；±8%@90%RH ±0.5%RH典型值 ±1.2%RH满量程(最大值) ±0.5%RH 5秒，慢流动 的空气中 ±1%RH(典型值)，在50%RH环境，（5年时间内） 4到5.8VDC，传感器在5VDC下标定 0.2mA@5VDC Vout=Vsupply[0.0062(Sensor RH)+0.16],典型值@25℃ (所附的工厂标定数据提供类似的、每个传感器单独标定的数据@25℃） 0.8到3.9VDC输出@25℃典型值 对称的拉/推：50μA典型值，20μA最小值，100μA最大值 开启<0.1秒 真实RH=(Sensor RH)/（1.093-0.0021T），T为华氏度 真实RH=(Sensor RH)/（1.0546-0.00216T），T为摄氏度 ±0.007%RH/℃（可忽略） -0.22%RH/℃（一般小于1%RH典型，固定环境，15℃以上） 0到100%RH，非凝结(1) 0到90%RH，非凝结 -40～+85℃ -51～+125℃ 对静电干扰敏感，二级管最大保护至15KV 2、当供电电压处于>5V时，上限可提高 3、传感器对光敏感，为得到最好的测量结果，应避免传感器接收亮光。 注： 1、长时间处于>90%RH时，将引起±3%RH的漂移 3.4 单片机外围控制电路设计

在本系统中单片机的外围电路较多，可分为以下几部分：看门狗电路、系统电源、温湿度信号采

集电路、执行机构电路LED显示电路、键盘输入及报警电路、与上位机通信的接口电路图等。

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