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基于AVR单片机的多通道温湿度传感器检定系统
添加时间:2011-09-26    查看:2722次
 
内容
随着地面自动气象站的投入业务使用,山东省的大监自动气象站和区域自动气象站已经建成1 500多个,使我省的业务水平大幅提高,随着业务量增加的同时,也给计量检定工作能力提出了新的要求。但近些年来温湿度传感器的检定很大程度上仍停留在人工检定阶段。这种检定方法耗时、检定效率低,因此迫切设计出一套自动检定温湿度传感器的系统,为了改善这种状况,在VC 6.0环境下使用MSComm通信控件和数据库技术,开发了自动站温湿度传感器数据采集及处理系统,实现8路温湿传感器的数据批量采集,用以提高温湿度传感器的检定效率和准确度。
1 系统的整体结构及功能描述
    该设计以AVR单片机和高精度A/D转换芯片ADS1232为核心,能对温湿度传感器进行检定。该温湿度传感器是温度和湿度一体化的传感器,温度检测的原理为利用PT100对温度进行测量。这样就需要将铂电阻信号转换成电压信号实现温度的采集。该设计采用REF200激发出200μA的恒流电流。湿度中输出0~1 V的电压,对应0%~100%的湿度。为了达到对温湿度值的高精度采集。在此采用高精度的24位A/D转换器ADS1232来实现。该设计通过检测温湿度传感器输出的信号,实现对此温湿度传感器的检定,单片机读取的传感器输出信息,通过串口送入计算机中显示,系统结构框图如图1所示。
 
2 硬件设计
2.1 系统硬件综述
    该系统硬件电路由单片机电路、恒流源激发电路、8路选择电路、高精度A/D转换电路ADS1232电路、串行通信电路等组成。
2.2 系统控制核心
    该系统采用ATmeGA16单片机。该单片机是一种低功耗8位RISC指令集单片机,具有丰富的片内外设,内置512 B E2PROM,I/O驱动能力强,特别适合低功耗型仪器仪表的控制。
    单片机通过对高精度A/D转换芯片ADS1232实现对传感器的温度和湿度的信息采集,并与标准值进行比较,通过比较实现对待检定传感器的检定。
    单片机核心电路如图2所示。为了实现单片机与PC机的通信的同步性,采用外部7.372 8 MHz晶振作为主时钟。
 
2.3 恒流源激发电路
    该设计中采用REF200产生200μA的恒流源激励,用于激励PT100产生电压信号,恒流源芯片REF200具有单通道输出(100±0.5)μA的高精度,并且具有±25 ppm/℃极低的温度漂移,这一特点使REF200非常适合用于此温湿度传感器中PT100的检测。恒流源激励电路如图3所示。
2.4 温、湿度8路通道选择电路
温、湿度8路通道选择电路采用通道数字控制模拟电子开关CD4051实现1~8的选择。将REF200的输出电流信号接入CD4051的3号管脚,单片机的I/O口输出控制信号控制4051的A,B,C引脚来实现X分别与X0~X7通道选通,如图4所示。
2.5 高精度A/D转换电路
    该设计中采用24位A/D转换芯片ADS1232实现对温度和湿度输出的电压信号进行转换。ADS1232有两路采集通道,这样一个ADS1232就可以实现温湿度的同时转换。其外围电路如图5所示。将温度和湿度的电压信号分别接入AINP1,AINN和AINP2,AINN2即可实现电压的采集,为了获得较高的电压基准,设计采用REF3133作为ADS1232的A/D转换电压基准。
 
3 系统程序设计
3.1 单片机程序主流程图
    系统主流程图如图6所示。上电后主程序初始化寄存器(设置所用到的I/O口的输入/输出方式、外部中断寄存器、串口通信协议等),最后打开串口接收中断使能。当进入串口中断时判断当前检定几路传感器,然后依次采集各路通道的温度和湿度值,将采集到的值通过串口发送到PC机上上位机软件显示。
 
3.2 软件系统的主要功能与实现
    该系统主要通过温湿度传感器的数据采集,实现对其的校准,系统结构如图7所示。整个系统在VisualC++6.0环境下开发,利用串口通信技术实现数据批量采集,使用数据库技术实现数据在SQL Server数据库中的存储与查询,使用VC中的DataGrid控件、DataCombo控件、ADO控件实现数据显示,数据查询,校准证书、检定证书打印,使用VC调用Excel实现校准数据记录表输出。检定流程图如图8所示。
3.3 人机界面
3.3.1 温湿传感器检定界面
    为了方面使用和操作,Visual C++设计了人机界面。运行该系统,进入主界面,菜单由文件、检测、查询、帮助组成。点击检测系统可以进入温湿传感器检测系统。可以根据需要选择不同的传感器个数(1~8)。依据检定要求填写检测环境以及温湿传感器信息,选择并打开COM
口,依次对30%,40%,55%,75%,95%从低到高然后从高到低进行正/反程检定,如图9,图10所示。
 
3.3.2 数据查询
    该系统中的查询界面有数据查询和检验结论查询两部分组成。所有的数据查询都可以根据传感器编号或者检测日期进行查询。使用两个“Adodc”控件分别为“DataCombo”控件和“DataGrid”控件提供数据。利用SELECT语句实现查询功能。举例如下:
 
    在数据查询界面中,可以实现数据表格导出至Excel中以及数据的打印。
 
4 结束语
    该系统适用于温湿度传感器的批量校准,集数据采集、数据存贮、证书打印于一体,与实验室内通过自动气象站采集器校准温湿度传感器相比,具有存贮数据方便、实时数据动态刷新、证书自动打印等优点,大大降低了检定人员的工作量,节约了人力资源。
 
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