基于温湿度测量的露点仪设计与应用(2)

　　此外，DS1302，LCM12864和MAX232分别实现露点仪的计时、显示以及串口通讯等功能，均为常用芯片，具有性能稳定，采购方便，性价比高等优点。

　　3 露点仪软件设计

　　露点仪的工作流程如图2所示，主要涉及参数设置，数据采集，露点计算，数据存储与显示以及串口通讯等功能块。

　　参数设置包括对DS1302数据的初始化、校时，采样频率设置，存储方式设置等。这一过程可通过串口在露点仪和PC机间建立通讯实现。

　　数据采集包括：建立与SHT75通讯，温湿度测量，测量数据转换等3部分内容，具体为。

　　3.1 建立通讯

　　选择2.4～5.5 V的供电电压，以不低于1 V/ms的上电速率给传感器通电。通电后传感器需要11ms进入休眠状态，在此之前不允许对传感器发送任何命令。之后用一组“启动传输”时序，来完成数据传输的初始化，它包括：当CLK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着CLK变为低电平，随后是在CLK 时钟高电平时DATA翻转为高电平。后续命令包含三个地址位（000），和五个命令位，其中温度测量命令为00011，湿度测量命令为00101。SHT75会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8个CLK 时钟的下降沿之后，将DATA下拉为低电平（ACK位）。在第9个CLK时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。

　　3.2 温湿度测量

　　单片机通过发送一组测量命令（00000101表示测量相对湿度RH，00000011表示测量温度T）来实现对温度或湿度的测量，数据的位数为8/12/14bit时，所对应的等待时间大约20/80/320ms。SHT75通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。单片机在再次触发CLK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样单片机可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验。单片机需要通过下拉DATA为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB开始，右值有效。如：对于12bit数据，从第5个CLK时钟起算作MSB；而对于8bit 数据，首字节则无意义。在收到CRC的确认位之后，通讯结束，SHT75自动转入休眠模式。

　　3.3 测量数据转换

　　单片机从SHT75获取的数据为温度或湿度具体数值的数字量，需要转换成实际物理量。SHT75的温度传感器的线性非常好，可用

　　将温度数字输出转换成实际温度值，式中为传感器温度测量的数字量，为实际环境温度，（）为修正系数，当为14位时，其值分别为-40.1和0.01，当为12位时，其值分别为-40.1和0.04（电源电压为5v时）。SHT75 的相对湿度输出特性呈一定的非线性，需进行非线性补偿才能获得准确数据。当气温为25 ℃时，所用的公式为

　　式中为传感器相对湿度测量的数字量，转化后的湿度值，（）为修正系数，当为12位时，其值分别为-2.0468，0.0367和-1.5955E-6，当为8位时，其值分别为-2.0468，对的结果进行修正，式中为实际环境温度，为经温度修正后的湿度值，（）为修正系数，当为12位时，其值分别为0.01和0.00008，当为8位时，其值分别为0.01和0.00128。

　　露点的计算可参考很多方法[8]，但有些计算过于复杂而不方便在本例中使用。对于-40～50 ℃温度范围的测量，该文通过公式

　　计算露点，式中为露点，和为常数，当温度在0～50 ℃时，分别为243.12和17.62，当温度在-40～0 ℃时，分别为272.62和22.46。

　　在测得环境温度和相对湿度，并完成露点的计算后，单片机读取DS1302芯片的时间数据，将4者压缩成数据包，存储于单片机内部的EEPROM，并把测量结果在LCM12864上显示出来。存于EEPROM的数据压缩包经单片机解压后可通过串口传送到电脑终端，以方便后期数据的使用和处理。

　　4 露点仪性能测试

　　通过RS232串口线，将露点仪与PC终端相连接，设置露点仪的采样时间为5分钟，数据存储方式为双备份，即数据在仪器内部存储的同时也通过串口发送给PC终端，得到如图3所示测试实验的数据曲线。从图中可以看出，露点温度在任何时候都比气温低，但两者差异和湿度有关；在相对湿度大于90%的时候，露点与气温差异比较小，基本在2 ℃以内；当相对湿度小于70%的时候，露点与气温差异比较大，如14时左右的时候，两者差异超过了6 ℃。从图中还可以看出，气温和湿度在12点至16点间发了较大幅度的改变，但露点基本保持平稳，这说明该时间段内，采样点所在气团比较稳定，空气中的水汽含量没有大的波动，湿度的改变主要是由气温的改变而引起的，从而使得该时段内露点基本保持不变。

　　该测试数据表明，基于SHT75传感器温湿度测量的露点仪稳定性好，能实时跟踪气象要素的变化，并给出较高精度的露点值，可满足实践教学的实际需求。

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