基于单片机的温湿度采集系统的硬件结构设计

　　在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度可独立测量，而湿度却受其他因素(大气压、温度)的影响。

　　利用AT89C2051单片机强大的功能，同时结合智能传感器SHT75测量温湿度有快速和使用简便等特点，设计了一个温湿度采集系统来对温湿度进行实时监控。通过对实际环境的温湿度测量，证明了该系统硬件电路布局设计简单合理，体积小，功能齐全，精度高，成本低，性价比相当高，是一款可以普及化的高精度温湿度参数检测仪。

　　1 温湿度采集系统的硬件设计

　　1.1 系统总体设计方案

　　为了实现课题对监控机构的稳定性好、精度高、实用性强的要求，比较众多温湿度测量方案，系统采用智能传感器SHT75和AT89C2051单片机构成，通过SHT75对各环境内的温度、湿度参数实时检测，经传感器芯片内A/D转换器转换成对应的二进制值存储于芯片的RAM中，单片机通过发送读取温湿度传感器温湿度命令码，温湿度传感器就返回对应的参数值，本系统带RS485通讯接口可连接监控主机或PC，通过监控主机或PC来实时查看当前温度和湿度值，并可在监控主机或PC上设置报警参数以便实时监控环境温度和湿度值。系统功能模块框图如图1所示。

图1 系统功能模块图

　　1.2 芯片选择

　　1.2.1 温湿度传感器

　　鉴于测量环境特殊要求，温湿度检测模块不可能做得很大，而且系统要求响应灵敏，测量精度要高，温度小于等于±0.3℃，湿度小于等于±1.8%，稳定性能良好，因此采用了瑞士生产的SHT75温湿度传感器。

　　1.2.2 微处理器

　　该芯片主要是控制温湿度采集，数据处理，实时温湿度显示及通信，那么对微控制器的端口需求较少，而且从测量系统对本模块体积限定等诸多因数来考虑，系统选用ATMEL公司推出的AT89C2051，它是目前比较主流的单片机芯片，20个引脚，其中包括15个I/O口，复位和外部时钟驱动端，一个全双工串行通信端口，5个中断源等，128B的内部RAM，2kB的内部ROM空间。

　　1.2.3 隔离芯片

　　鉴于长距离驱动数码管显示实时采集的温湿度数值，为了使显示的稳定性和可靠度增强，采用了两片6N137光电隔离芯片来驱动串行输入并行输出7片74LS164芯片，其中6片控制6个数码管显示温湿度，1片用于控制4个LED灯显示系统状态。

　　1.2.4 看门狗芯片

　　为了监控检测模块工作正常，看门狗电路和芯片是单片机开发系统必不可少的部分，采用的X25054看门狗芯片主要功能有监控电源，防止运行程序跑飞，扩充控制芯片存储空间等。