l 溫濕度顯示儀的硬件設(shè)計
本儀表的硬件電路部分主要是有溫、濕度通道獨立電源電路，溫,、濕度采樣電路,，信號調(diào)節(jié)電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,，光電隔離電路,，處理器采用AT89S52單片機(jī)，同時還有LED顯示電路,，通訊電路,，鍵盤電路等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。以下將對各部分的電路做相應(yīng)的介紹,。
1.1 溫度濕度變送器
非電量的溫度濕度信號通過變送器形成4～20 mA電量信號。本方案中采用了奧地利E+E公司的EE10-FT6的高性能溫濕度綜合變送器,。
EE10一FT6產(chǎn)品特點：
(1)24 V DC供電,；
(2)溫度量程：O～50℃；濕度量程：0～100％,；
(3)溫度精度：±0.1℃,；濕度精度：1.0％；
(4)輸入阻抗：≤500 Ω,；
(5)接線方式：三線(電源正端,、溫度輸出線、濕度輸出線),。
1.2 隔離測量技術(shù)
常規(guī)溫度濕度測量,，往往將溫度、濕度信號共地,，利用一套測量電路即可。在本方案中,，變送器的輸出要先行接入溫濕度顯示儀(前端),，再串接于DDC
(直接數(shù)字控制器)后端構(gòu)成變送器回路，變送器電源由DDC來提供,，因此由變送器輸 出的兩路共地信號在前端需要進(jìn)行隔離測量,，以消除對后端測量的影響。即兩端串聯(lián)并同時測量一對共地信號,。對于模擬量隔離測量,，筆者曾經(jīng)考慮3套方案：
方案一"虛"隔離，即采用差分測量技術(shù),，將差分一端經(jīng)過一適當(dāng)電阻接地,，這種方案成本最低，但是對于運放的要求十分苛刻，而且穩(wěn)定性不高,。
方案二 采用線性光耦隔離,，但線性光耦難以調(diào)試，離散性大,，需要周邊元器件多(運算放大器),，而且光耦前端仍需隔離電源，后端仍需模數(shù)轉(zhuǎn)換器,。
方案三 采用兩組獨立測量電路,，然后通過普通光耦與處理器接口，需要兩套隔離電源,，兩組測量部分,，成本稍高，但此種方案最可靠,，調(diào)試方便,，因而最終被采用，如圖2所示,。
l.3 4～20 mA電流測量
采樣電阻采用125 Ω／0.1％精密電阻,，這樣，只需測量O.5～2.5 V電壓信號即可,。
1.4放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用
本溫濕度顯示儀模擬信號變換采用TI公司的軌對軌運放TLC2252,，該放大器最大的特點一是輸出可達(dá)電源滿幅，二是失調(diào)電壓較小,，0.5 mV,，價格較低，適合本儀表應(yīng)用,。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采用TI公司的ADS1286U,，此芯片主要性能有：
(1)分辨率：12位；
(2)最高采樣頻率：20 kHz,；
(3)INL：±2LSB／max,；
(4)DNL：±1LSB／max；
(5)接口方式：兩線制
(6)參考電壓：外接,。
1.5分辨率及精度
本儀表需要滿足的要求：分辨率方面,，溫度顯示到O.01℃，濕度顯示到0.1％,；精度方面,，要達(dá)到與自控系統(tǒng)的DDC測量值之間的絕對誤差不得大于±0．03℃。這樣的苛刻要求使得本儀表在軟硬件方面都必須做的非常到位,。
1.6數(shù)字濾波技術(shù)
為滿足以上分辨率及精度的要求,，除了在硬件上選擇性價比高的元器件以及較高的PCB板技術(shù)外,，在軟件上做了較多的工作。因為溫度濕度物理量是慣性環(huán)節(jié),，時間常數(shù)較大,，量值不會產(chǎn)生突變，故濾波時間可以很長,。本儀表中采用多次測量排序取中值然后再進(jìn)行一階慣性濾波的方法,，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
其中Xn-1為上次實際溫濕度值；Xn-2本次經(jīng)過排序取來的中值,；Xn為當(dāng)前的溫濕度值,；A為濾波時間常數(shù)，作為系數(shù),。
這樣做的目的是防止某些測量突變,，以及滿足慣性物理量的測量，使得測量值不會頻繁跳躍,，可以滿足需求,。
1.7 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)
本儀表采用RS 485通信，通信規(guī)約為MODBUS-RTU,，然后通過MODBUS-PROFIBUS網(wǎng)關(guān)與西門子DDC通信,，波特率為38.4 kb／s?？偩€采用輪詢方式,，后臺機(jī)對各個房間溫濕度進(jìn)行采集，作為房間溫度濕度集中監(jiān)控的依據(jù),。
1.8精度校準(zhǔn)及參數(shù)
本儀表出廠前均已校準(zhǔn),，但考慮到長期運行后，元器件老化及環(huán)境溫度的變化,，可能會造成儀表出現(xiàn)精度偏差,，故儀表上設(shè)有精度校準(zhǔn)功能。校準(zhǔn)時,，需要一只標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA信號表,，按照顯示提示，分別將信號源調(diào)至各檔位,，然后由儀表自動校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)值存入非易失性存儲器中,。
本儀表具有現(xiàn)場手動調(diào)校功能,，調(diào)節(jié)電位器旋鈕可使得溫度濕度在某個短量程范圍內(nèi)更加精準(zhǔn)。
所有的參數(shù)設(shè)定都可通過網(wǎng)絡(luò)或儀表按鍵進(jìn)行操作,，掉電不丟失,。
2 溫濕度顯示儀的軟件設(shè)計
主要程序包括：溫度測量子程序,、濕度測量子程序、鍵盤掃描及實現(xiàn)子程序,、校準(zhǔn)子程序,，其中測量子 程序內(nèi)嵌模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理,、形成顯示數(shù)據(jù)等,；鍵盤掃描及實現(xiàn)子程序內(nèi)嵌顯示頁面切換、參數(shù)設(shè)定,、校準(zhǔn)確認(rèn)等,；校準(zhǔn)子程序內(nèi)嵌雙通道切換校準(zhǔn)及校準(zhǔn)數(shù)值存儲等。中斷服務(wù) 程序包括：定時器中斷(用于顯示)子程序,、通信中斷子程序,。主程序為依次循環(huán)執(zhí)行，綜合外部操作(鍵盤),，實現(xiàn)儀表多重功能,；中斷服務(wù)程序可以隨時中斷主程序的執(zhí)行，兩者互不影響,。
本儀表中模數(shù)轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵,，除了在硬件上保證信號的較好處理外，軟件上的處理就顯得很重要了,，下面給出模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1286的訪問程序,，此芯片的DATASHEET 上時序邏輯只是一個基本的過程，具體要得出可靠的數(shù)值,，需要在調(diào)試中摸索,，這個程序是筆者調(diào)試好的，效果不錯,。
說明：本子程序轉(zhuǎn)換后的12位AD值存放于02H／03H中,。
說明：本中斷服務(wù)程序為MODBUS從站響應(yīng)程序，本儀表只用到MODBUS功能碼中的03號及06號,，即模擬量遙測及參數(shù)設(shè)定,。
3 結(jié) 語
本儀表成功應(yīng)用于上海市檢測中心400個實驗室中目前運行狀況良好，與DDC間絕對誤差不超過±O.03℃,。