基于USB接口的智能网络温度和湿度测量系统

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1、PDF外文：http:/ 3487 字  附件：资料 1 翻译译文  基于 USB 接口的智能网络温度和湿度测量系统   摘要 ： 多数字输出相对湿度和温度传感器  -SHT71 是设置在系统中，它可以随时对环境监测点的温度和湿度进行实时测量。 温湿度值、露点值和每个测量点的日期和时间都显示在 LCM 显示模块（液晶显示模块） HY-12864K 上。与此同时，这些数据被保存在非易失性 FRAM（铁电随机存取内存）的 FM31256 中， 即可以保证在系统电源出现故障的情况下数据不丢失。获得的数据可以直接上传到电脑中的 USB 主机模式或间接地被复制到电

2、脑而不经过 USB 设备模式磁盘领域的测试。 该应用软件不仅可以绘制出温度、湿度和露点曲线，计算出最大值，最小值，平均值，同时 还可以做进一步的统计分析，报表打印和对系统的基本测量参数进行设置。  关键词 ： 温湿度， USB 接口，网络， FRAM。  1 简介  温湿度测量广泛使用在工业和农业生产，日常生活和研究开发中。例如，湿度大可造成粮食变质，使药品、香烟和茶叶存储仓库发霉。如果存放棉花的仓库中 温度和湿度不合适，将会引起自燃。同时，若温度控制不当，将会使 精密仪器和半导体器件的性能降低。 所以，温度和湿度在许多环境领域都需要严格得测量和控制。  

3、;传统的温湿度测量采用了对温度和湿度分别进行测量，这不能很好地摆脱彼此测量时的相互干扰， 此外，该传感器的互换性差，电路复杂，它需要长期而复杂的校准。 截至目前，温度和湿度的测量在国内的研究是焦点课题 ，如南京航空航天大学、北京智能拓维技术研究所、河北师范大学科学技术大学、电子信息工程学院湖南大学、黑龙江省八一农垦大学等都对此课题进行了深入的研究。 但是，上述测量是基于离 散传感器完成的，其测量精度低，单点测量不适合大温室环境，而且 采用 RS232 串行通信，其较低的数据传输带宽难以满足目前计算机接口的发展趋势。在国外，在该领域的研究较为成熟，具有很高的准确度，如美国DeltaTRAK 和

4、QUATRONIX 公司，德国德图公司，奥地利，芬兰，日本等，但他们的产品价格昂贵，使我国广大用户承担不起。  对于上述国内和国际的现状，该系统采用新型集成数字输出温湿度传感器-SHT11，完成对测量网络各节点的测量，其具有测量精度高、良好的长期稳定性和响应时间断等优点。智能传感器 SHT11 获得的数据 不仅可以直接通过 USB接口上传到电脑，也可保存在非易失性 FRAM-FM31256 中，即使系统掉电，数据也不会丢失。更重要的是，微机和 PC 之间的沟通取代了传统的 RS232 串行接口的双模式 USB 接口（ USB 主机和 USB 设备）的应用，它不仅可以直接实现，而且间接

5、地闪存盘。 因此，该系统具有小的接口，即插即用和更好的通用性能。  2  该系统的总体结构  该系统是由电脑和微机组成。 微机 AT89C52 单片机为核心芯片，它是由数据采集网络，液晶显示模块，数据存储模块和 USB 通信模块来 完成对温湿度数据的采集、显示、存储和上传。 该系统不仅可以获取数据，或在任何关键时间暂停， 而且还可以通过该系统相应的应用软件设置启动时间、停止时间和时间间隔。此外，当环境温度和湿度超过了预先设定的范围时，它具有声光报警功能。 PC机 是由数据处理和参数设置装置组成，它可以绘制曲线、列表显示、数学分析、统计分析、报表打印和设计微型计算机

6、的参数，如 启动和停止时间，时间间隔，报警的上下限值等。 该系统的总体结构是图 1 所示：   图 1 总体结构的系统框图  2.1  数据采集网络  该系统采用多功能集成数字输出温湿度传感器 -SHT11 做多点顺序测量，其集 成温度和湿度的测量元件与一身，如信号放大器， A / D 转换器， 光盘的 OTP（一次性可编程只读存储器）， I2C 总线等外围电路。 它在校准后直接输出相对湿度和温度的数字信号， 它可以增强信号强度和抗干扰能力，具有长期的稳定性，有效地解决了传统的温度和湿度传感器的不足。 此外，它也可以准确地测量露点，不会因为不同的温度和湿

7、度产生误差。  从图 2（相对湿度数字输出特性曲线）中我们可以看到它出现了非线性。该系统采用软件方法进行补偿以获得准确的数据。该湿度值修正公式如下：  RH Linear =C1+C2*SO RH+C3*SORH*SORH 在上面的公式， SORH 是测量传感器的相对湿度测量值， 这是作为如下情况的值（湿度可以选择 14 或 12 位，温度可以选择 12 或 8 位）：  12 位   SORH ： C1 =-4  C2 =0.0405  C3 =-2.8*10-6 8 位   SORH ： C1 =-4  C2

8、=0.6480  C3 =-7.4*10-4 上面的公式用于计算在 25 情况下湿度值， 但真正的测量温度是在特定的范围内变化，因此应考虑湿度传感器的温度系数，其可按下列公式进行补偿：  RH true = (T-25)*(t1+t2*SORH) + RH Linear 在上面的公式中， T 是实际温度值。其系数如下：  12 位   SORH： t1=0.01  t2=0.00008 8 位   SORH ：  t1=0.01  t2=0.00128 该 SHT71 温度的线性度非常好， 因此数字输出的温度的实际值可以通过下列公式转换：  TC =d1+d2*SOT 在上面的公式， SOT 是传感器的温度输出值，该系统的电源电压为 5V。  当温度传感器的分辨率为 14 位时， d1 =-40  d2 =0.01 当温度传感器的分辨率为 12 位时， d1 =-40  d2 =0.04 环境的露点值可根据由下列公式的相对湿度和温度值计算：  Log EW = (0.66077+7.5*T)/ (237.3+T) + (Log 10(RH)-2) DP = (0.66077- Log EW)*273.3)/ (Log EW-8.16077)