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1、2010年4月农机化研究第4期多传感器的高精度湿度测量仪唐慧强,张敏(南京信息工程大学信息与控制学院,南京210044)摘要:介绍了一种湿度测量仪的设计方案,给出了硬件设计的总体框图;详细阐述了3款湿度传感器的信号采集电路;介绍了显示电路、电源模块、通讯接口以及湿度信号采集电路的软件设计。电路设计以高性能的JN5121为核心,简化了外围接口电路的设计,提高了系统的性价比,并利用低功耗、低价格及性能稳定的ZigBee技术构成了无线传感器网络。关键词:湿度测量仪;ADS1218;JENNIC5121中图分类
2、号:TP212;S126文献标识码:A文章编号:1003-188X(2010)04-0160-04后通过ZigBee来建立一个无线自组织传感网络。系0引言统硬件结构图如图1所示。空气湿度与人类密切相关,人们的日常生活、生产活动以及动植物的生产和生存都与周围环境的湿度息息相关。相对于其他环境参数,湿度是最难准确测量的要素之一。温度是独立的被测量,而湿度却要受其他因素(大气压强或温度)的影响。传统的湿度测量大多采用有线测控系统,降低系统的灵活性、可[1]维护性与可扩展性。无线自组传感器网络集传感器技术和网络
3、通讯技图1系统硬件结构图术于一身,涉及信息采集、处理和传输等技术,在军1.2传感器模块设计事、工业、医疗、交通和民用等诸多方面都潜在巨大的1.2.1SHT75数字输出传感器[2]SHT75是一款集成的温湿度传感器芯片,提供全应用价值。为此,利用多传感器融合实现高精度智能湿度传感器的研制,并利用ZigBee协议栈的无线传量程标定的数字输出。相对湿度的测量范围为0～输方式构建无线传感网络,使高精度湿度传感器成为100%,分辨力达0.03%RH,精度为±1.8%RH,迟滞气象观测系统的一个有效节点。为±1%R
4、H,长期稳定<0.5%RH/YR。温度的测量范围为-40～+123.8℃,分辨力为±0.3k。其测量1硬件设计原理为:首先,利用两只传感器分别产生相对湿度和1.1设计方案温度的信号;然后,经过放大分别送至A/D转换器进湿度采集系统主要通过多个不同类型的湿度传感行模数转换、校准和纠错;最后,通过二线串行接口将器来采集湿度信息。数字输出的智能湿度传感器、电相对湿度及温度的数据送至μC。压输出湿度传感器以及电容输出湿度传感器各自构SHT75是4引脚单排直插型芯片,通过二线串行建湿度测量电路,并连接到单片机进行
5、湿度信息的处接口电路与微控制器连接。其中,串行时钟输入引脚理和传输。单片机选用兼容IEEE802.15.4的低功耗SCK与JN5121芯片中DIO14口(SIF_CLK)相连。串低成本的JN5121。JN5121模块将采集到的多个湿度行数据引脚DATA是三态门结构,与JN5121的DIO15信息进行处理和融合后得到高精度的湿度测量值,然口(SIF_D)相连;DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态,并仅在SCK时钟上升沿有效。因此,微控制器收稿日期:2009-06-17可以在SCK高电平时读取数据,而当其
6、向SHT75发送作者简介:唐慧强(1965-),男,浙江嘉兴人,教授,(E-mail)thq@nuist.edu.cn。数据时,则必须保证DATA线上的电平状态在SCK高通讯作者:张敏(1986-),女,江苏泰州人,硕士研究生,(E-mail)电平段稳定。为了避免信号冲突,微控制器仅驱动zhangmin860126@163.com。·160·2010年4月农机化研究第4期DATA在低电平,在需要输出高电平的时候,微控制器采用典型的TLC555时,基电容测量电路如图3将引脚置为高阻态,并由外部上拉电阻将信
7、号拉至高所示。传感器与U12的2和6脚相连接。电路通电电平。时,U13通过R14,R15和R16充电;此时,U12第3脚1.2.2HIH4000-003电压输出传感器输出高电平;当U13端电位上升至触发电平时,U12HIH4000-003电压输出传感器是一款与相对湿第7脚与地短路,U13通过R14和R15放电至截至电度成线性电压输出的湿度传感器。200μA的工作电平;此时,U12的第3脚输出低电平。充电时间t1为流使得该传感器适宜于电池供电系统。相对湿度的2-kt1=(R14+R15+R16)Cln测量
8、范围是0～100%,测量的精度为±3.5%RH,迟2(1-k)滞为±3%,稳定性为±0.2%RH/YR,使用的温度范放电时间t2为围为-40～+85℃。t2=(R14+R15)Cln2HIH4000-003是3引脚单排直插型封装,此传感式中,k为TLC555第5脚电位与电源VCC5V的器输出为电压信号,需要将信号进行模数转换才能连比值。该值可由连接至TLC555第5脚的电位器R17接到微控制器,输出信号连接到高精度模数转换器调节,主要用于T
