基于單片機的高精度溫濕度監控系統

引言

一個高效的溫濕度自動監控系統對各行業進行科學有效的管理，保障工作環境溫濕度恒定，降低能源損耗是非常必要的。傳統的溫濕度遠程監控系統如RS一485總線在數據傳輸過程中存在著數據傳輸速率低、實時性差，對所采集的實時數據不能進行分析、節點加入或者離開網絡要重新配置等問題，而溫濕度傳感器檢測過程中濕度受溫度影響而導致測量誤差大、校準和標定復雜、互換性和長期穩定性差等。

因此，本文提出一種基于CAN總線高精度溫濕度監控系統，不僅可以提高系統的傳輸速率和實時性，而且也可以提升系統溫濕度采集的準確度。

1 系統的整體結構

圖1 溫濕度監控系統的總線分布式結構

CAN—Bus(Controller Area NetworU即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的開放式現場總線之一，它是一種無破壞性的總線仲裁機制。當總線數據傳輸出現沖突時，最高優先權訪問的節點不受影響，從而提高了總線仲裁時間和實時性。系統的結構如圖l所示，在每個檢定實驗室裝一個溫濕度采集器，通過CAN橋連接在兩根雙絞屏蔽線上，組成分布式網絡，而主控制器與上位機連接組成控制臺。在各個采集器之間采用雙絞線進行數據傳輸過程中，用雙絞兩端連接匹配電阻可以消除長線反射所引起的干擾，從而提高接收器的共模抑制比及數據通信的抗干擾能力，采用這種具有優先級的分布式網絡結構方便系統的后續擴展。

系統利用PC機作為管理主機，各個智能節點通過局域網CAN總線納入系統，實現對各個節點的控制。PC機能很好保存測控制節點的采集數據，并可以數據進行統計分析，系統參數設定等，對數據的發送、數據請求、節點查詢、中斷接收數據管理等功能。

CAN—RS232轉換器主要是完成PC機與CAN總線數據通信的任務，負責把總線的數據傳送到PC機，同時把PC機的命令轉發到各個節點。

總線上的各個溫濕度采集節點，主要是實現溫濕度數據采集與CAN總線通信的功能。各個節點的通過能實現報文的發送和接收，還能進行幀數據地址濾波、錯誤處理與自動糾錯等功能。實現把節點采集的信息打包成幀數據發送給主機，當主機接接收到命令之后，可通過智能控制開關實現對工作房間的空調、除溫機等的控制。

2 硬件設計

圖2 溫濕數據采集器的硬件結構

溫濕度監控系統的各個子節點通過CAN總線的進行數據通信，具有溫濕度采集及控制功能，同時兼有液晶顯示及上下限溫濕度報警功能。其硬件結構如圖2所示，主要包括核心控制芯片、溫濕度傳感器、CAN總線通信接口、固態繼電器及時鐘芯片等。

(1)主控制芯片采用MICROCHIP公司生產nanoWattXLPTM超低功耗技術單片機PIC16f1937作為主控制芯片，該芯片內置具有LCD驅動模塊，可以減少系統成本及電路板布線等優點。

(2)CAN總線通信模塊如圖3所示，主要是由。講總線控制器MCP2515、CAN總線的收發電路MCP2551及光耦隔離電路等組成。MCP2515支持CAN V2．0B技術規范、通訊速率為1Mb／S的CAN總線控制器，它可以通過獨立SPI接口與MCU通信。MCP2551是一個具有容錯的高速CAN協議控制器的物理總線接口。[page]

圖3 CAN總線模塊電路

CAN總線主要用于遠距離的數據通訊，因而系統必須具有一定的防雷擊的能力。在MCP2515和收發器MCP2551之間必須采用高速的光耦進行完全的電氣隔離，做—個低通濾波器與抑制電壓瞬態變化電路提高節點的抗干擾性能。從而大大提高節點的穩定性與安全性。

(3)各個節點采用高精度溫濕度傳感器SHT75進行數據采集。它是一款含有已校準的兩線串行數據通信的相對濕度和溫度傳感器，實現了溫濕度直接數字量的輸出，從而大大簡化各節點的電路，保證采集數據的精度。其性能如表l所示。

表1 SHT75芯片性能

3 軟件設計

系統的軟件設計中，上位機軟件采用基于面向對象的Visual Basic 6．0開發平臺設計系統的控制和顯示界面，提供一個良好的人機操作界面。其主要包括上位機與CAN—RS232轉換器的通信設置模塊、CAN總線通信模塊、節點發送的數據的接收和顯示模塊、后臺數據庫的調用模塊、數據處理、數據保存及數據查詢等。

溫濕數據采集節點軟件分成若干相對獨立的驅動程序，各個驅動程序在監控程序的總調度下協調工作。其軟件驅動程序主要由溫濕度數據程序、實時時鐘芯片程序、液晶顯示程序、繼電器控制輸出程序、鍵盤輸入程序、LED顯示程序及CAN總線通信程序等組成。其中為了使總線節點有效、實時地完成通信任務，通信模塊的設計是關鍵，也是難點。

CAN總線通信模塊在系統的監控程序調用下完成儀表的數據發送及命令接收任務，其程序可看成由各個相對獨立的程序模塊組成，流程如圖4所示。通信模塊的程序包括MCP2515的初始化、節點自收自發檢測、通信速率偵測程序、全局通信檢測。通信模塊的中斷處理程序包括CAN總線錯誤處理子程序、發送接收子程序、放棄發送子程序等。

圖4 通信模塊流程圖

4 結束語

本文采用CAN總線技術設計了系統遠程數據通信模塊的硬件部分及軟件部分，克服了傳統通信系統(如RS-485)的傳輸數率低、實時性差等問題，實現了高效及時的數據傳輸，保障了系統數據傳輸的可靠性和抗干擾性；采用SHq75芯片進行溫濕度的數據采集。解決了濕度傳感器受溫度影響而導致的測量誤差大、穩定性差等問題，提高了溫濕度測量的準確度和可靠性，能夠滿足日益嚴格的溫濕度環境條件監控需求。

來源：機房監控系統 http://m.scdprobes.com  本文采集于網絡，如有問題有聯系刪除