标签: 温湿度测量

无论日常生活，还是工业生产，温度和湿度都市十分重要的技术指标，需要快速、准确测量才能保障生活与工作的正常运行。这就需要一个系统方案，用MCU把传感器获得的数据进行准确处理后发送出去，本方案就是一个基于R7F0C802 MCU的温湿度测量系统。 系统演示板及R7F0C802芯片内部结构 方案特点 本系统采用R7F0C802小封装8位MCU，电路分为温度测量电路、湿度测量电路、电压检测电路和LED驱动电路四部分。 本系统通过UART与控制器进行通信，发送当前温度和适度数据。通过定时器阵列单元测量湿度传感器电路输出的频率信号，采集当前湿度数据；通过AD转换器测量温度传感器电路输出的电压信号，采集当前温度数据。 温湿度测量系统功能图 系统有低功耗和运行两种模式，工作温度-40°C至85°C，工作湿度0~100%RH。除了温湿度传感器接收MCU指令进行数据采集，其他时间均处于低功耗模式。主要技术参数如下： 电源：4.5~5.5V 低功耗电流（MCU）：290μA@5MHz 10年 响应时间：<1秒 温度测量范围：-40°C至85°C 温度测量精度：1°C 湿度测量范围：1~99%RH 湿度测量精度：0.1%RH 工作原理 系统上电后，状态指示灯点亮进入工作模式。为了降低功耗，系统正常工作状态运行在低功耗(HALT)模式。控制器通过UART发送采集温度和湿度的指令给系统，MCU退出HALT模式，进入通常运行(Nomal)模式，状态指示灯熄灭。MCU采集温度和湿度数据，并进行计算处理后发送采集到的温度和湿度数据给控制器。同时状态指示灯点亮，表明数据发送正常。数据发送完毕，系统再次进入低功耗(HALT)模式。 温湿度测量系统电路图 温度测量电路 通过A/D转换，可得出当前温度。本系统采用Microchip公司生产的线性电压输出温度传感器TC1047A，其输出电压与测得的温度直接成比例。 使用MCU内部集成的10位A/D，系统采集TC1047A输出的电压信号。系统电源电压为5V时，最小分辨电压大约为5mV，而TC1047A对应1C的电压变化为10mV，完全满足测温精度1℃的使用需求。实际使用中，每个温度传感器的特性曲线与理论值略有不同，可自行标定确定实际曲线斜率和截距。 湿度测量电路 传感器HS1101LF的相对湿度变化和电容值呈线性规律，将电容值的变化转换成频率的变化，即可进行有效地数据采集。 由于HS1101LF采用电容构成材料，不允许直流方式供电，所以使用555定时器电路组成多稳态电路。HS1101LF电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将 HS1101LF置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被单片机所采集。 为了使输出脉冲占空比接近50%，R2应远远小干R8。当外界湿度变化时，HS1101LF两端电容值的变化改变了定时电路的输出频率。只要测出555的输出频率，并根据湿度与输出频率的关系，即可求得环境的湿度。R4为输出端的限流电阻，起保护作用。 本系统中使用MCU的16位定时器阵列单元通道0的输入脉冲间隔测量模式，进行频率的测量。定时器计数时钟周期为5MHz时，对应湿度0%的频率输出7299，定时器数据寄存器的值为685；对应湿度100%的频率输出6160，定时器数据寄存器的值为811，可满足0%-100%的湿度测量。 电压检测电路 由于此单片机AD 转换器的基准电压为MCU供电电压，为使AD转换的结果更加准确，需要实时检测系统的当前电压。 本系统使用瑞萨电子生产的24V稳压管(NNCD24DA)产生稳定的电压，通过MCU的A/D 转换功能，推测出当前的系统电压，从而为温度传感器输出信号提供A/D 基准电压值。 LED驱动电路 本系统状态指示灯采用红色贴片发光二极管，其驱动电流一般在20mA左右。由于单片机的I/O无法提供这么大的驱动电流，但单个引脚的灌电流却可以达到40mA，因此选用低电平点亮LED 驱动电路。 芯齐齐BOM分析 本方案BOM元器件总数28个。其中，R7F0C802是瑞萨面向中国客户开发的8位通用MCU，采用RL78内核实现了高速处理与低功耗。高精度±2%的片上振荡器最大频率可达到20MHz，同时内置了可选上电复位和看门狗定时器等功能，有助于系统实现更紧凑的尺寸和低功耗，使整个系统搭建成本更低，广泛应用于玩具、传感器、电动工具、防盗报警器以及装饰性应用中。 温湿度测量系统BOM表 TC1047A是Microchip公司生产的线性电压输出温度传感器，其输出电压与测得的温度直接成比例。TC1047A可精确地测量从-40°℃到+125℃之间的温度，其电源电压范围为2.5V至5.5V，典型输出电压为100mV(-40℃时)、500mV(0℃时)、750mV(+25℃时)和1.75V(+125℃时)。10mV/℃的输出电压的斜率响应允许传感器在宽温度范围内对温度进行测量。在25℃时转换精度最大值为2℃，电源电流为35uA(典型值)。 HS1101LF是一种基于电容原理的湿度传感器，由法国Humirel公司生产。其相对湿度的变化和电容值呈线性规律。因此将电容值的变化转换成频率的变化，即可进行有效地数据采集。 湿度传感器只是保证传感器的精度，在实际使用中，综合精度除了与湿度传感器本身元件有关，还与外围电路的器件选择相关。为了与HS1101LF温度系数相优配，R2数值应取为1%精度，最大温漂不超过100ppm。

摘要： 仪器测量系统正朝着自动化和智能化的方向发展.依据《环境试验设备温度、湿度校准规范》(JJF 1101-2003)设计了基于W5100的网络化环境温湿度测量系统.系统由下位机环境参数采集终端和上位机监控处理平台组成,采集终端以MCU为控制核心,依据设置参数将温湿度传感器采集到的环境信息通过W5100模块传输到C++Builder开发的上位机平台进行显示,并备份到ACCESS数据库进行查询和统计分析.系统满足校准规范的各项要求,能够实时动态的显示数据曲线、数据备份、系统设置、网络通信和数据通信等功能,实现环境试验设备温湿度的自动化测量. 系统总体设计如图 1 所示，环境参数采集终端主要负责通过传感器获取被测环境内的温度、湿度信息，并将这些数据传送到监控平台；监控平台主要负责实时接收处理下位机采集终端返回的数据信息并进行后处理。由于测量系统基于以太网进行数据通信，大大提高了布置环境参数采集终端的灵活性，不受空间和地域的限制，有网络接口即可进行数据采集。 硬件设计在传统的以太网数据传输解决方案中，往往采用 RTL8019AS 作为接口芯片，应用此方案需要在主控制器内编写以太网通讯协议（如μ IP 协议），程序繁琐、耗费时间、不利于系统的快速开发和稳定运行。因此，测量系统采用 W5100 网络模块， W5100 模块是韩国 WIZnet 公司推出的一款多功能单片网络接口芯片，内部集成有 10/100M 以太网控制器，主要用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。其内部集成了全硬件且经过多年市场验证的 TCP/IP 协议栈，硬件 TCP/IP 协议栈支持 TCP 、 UDP 、 IPv4 、 ICMP 、 ARP 、 IGMP 和 PPPoE ，内部还集成有 16KB 存储器用于数据传 输。   作者：王红军 转自：中国知网 感谢关注！ 更多与我们交流： WIZnet邮箱：wiznetbj@wiznet.co.kr WIZnet中文主页：http://www.iwiznet.cn WIZnet企业微博：http://e.weibo.com/wiznet2012

摘要： 仪器测量系统正朝着自动化和智能化的方向发展.依据《环境试验设备温度、湿度校准规范》(JJF 1101-2003)设计了基于W5100的网络化环境温湿度测量系统.系统由下位机环境参数采集终端和上位机监控处理平台组成,采集终端以MCU为控制核心,依据设置参数将温湿度传感器采集到的环境信息通过W5100模块传输到C++Builder开发的上位机平台进行显示,并备份到ACCESS数据库进行查询和统计分析.系统满足校准规范的各项要求,能够实时动态的显示数据曲线、数据备份、系统设置、网络通信和数据通信等功能,实现环境试验设备温湿度的自动化测量. 系统总体设计如图 1 所示，环境参数采集终端主要负责通过传感器获取被测环境内的温度、湿度信息，并将这些数据传送到监控平台；监控平台主要负责实时接收处理下位机采集终端返回的数据信息并进行后处理。由于测量系统基于以太网进行数据通信，大大提高了布置环境参数采集终端的灵活性，不受空间和地域的限制，有网络接口即可进行数据采集。 硬件设计在传统的以太网数据传输解决方案中，往往采用 RTL8019AS 作为接口芯片，应用此方案需要在主控制器内编写以太网通讯协议（如μ IP 协议），程序繁琐、耗费时间、不利于系统的快速开发和稳定运行。因此，测量系统采用 W5100 网络模块， W5100 模块是韩国 WIZnet 公司推出的一款多功能单片网络接口芯片，内部集成有 10/100M 以太网控制器，主要用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。其内部集成了全硬件且经过多年市场验证的 TCP/IP 协议栈，硬件 TCP/IP 协议栈支持 TCP 、 UDP 、 IPv4 、 ICMP 、 ARP 、 IGMP 和 PPPoE ，内部还集成有 16KB 存储器用于数据传 输。   作者：王红军 转自： 中国知网 感谢关注！ 更多与我们交流： WIZnet邮箱：wiznetbj@wiznet.co.kr WIZnet中文主页：http://www.iwiznet.cn WIZnet企业微博：http://e.weibo.com/wiznet2012