1、基于数字型温湿度传感器的医药精密环境温度湿度测量 沈国平 沈星易 宜兴市肿瘤医院设备科 摘 要： 目的:设计一款数字化电子温湿度计, 作为智能化控制的基础, 为数据记录、分析、处理、传输以及远程监控提供方便。方法:应用单片机 ATMEGA16 编程驱动传感器 AM2311 等外围器件 DIY 一款数码显示的温湿度计。结果:参照江苏省质量技术监督局发布的数字温湿度计检定规程 JJG (苏) 99-2010“数字温湿度计检定规程”, 采用精密露点仪 YGM-2610 检测达到要求, 环境温度与湿度同时测出, 并醒目地 LED 显示。结论:电子测量温湿度, 带来数字化测量的优势, 通过灵活的二次定标
2、程序来提高准确度, 且微处理器的编程相当灵活, 具有可编程性和可扩充性, 内部资源较丰富, 且可降低成本和功耗均低。关键词： 微控制器; 温湿度计; 温湿度传感 AM2311; 作者简介：沈国平, 男, (1962-) , 本科学历, 高级工程师。宜兴市肿瘤医院设备科, 研究方向:单片机在医疗设备中的应用。收稿日期：2017-05-10Temperature and humidity measurement of medical precision environment based on AM2311SHEN Guo-ping SHEN Xing-yi Equipment Division,
3、 Yixing Tumor Hospital; Abstract： Objective:To design a digital electronic temperature and humidity meter, which can be applied as the basis of intelligent control to provide convenience for recording, analysis, processing, transmitting and remote monitoring of data.Methods:Single chip microcomputer
4、 (ATMEGA16) was used to programme for driving sensor (AM2311) and other periphery components so as to make a temperature and humidity meter of digital display.Results:As“verification regulation of digital temperature JJG (Su) 99-2010“that was issued by Jiangsu quality and technical supervision burea
5、u, the precision dew-point instrument YGM-2610 was adopted to test the temperature and humidity meter.The result indicated that it can achieve practical requirement, and its temperature and humidity data can output at the same time and they can be clearly display by using LED.Conclusion:The electric
6、 measurement of temperature and humidity obtains the advantages of digitization measurement.And it can enhance the accuracy through flexible twice calibrate procedure.Besides, the programming of microprocessor has good flexibility and programmability.It has abundant internal resources, while its cos
7、t and power consumption were low.And its expandability was well, and it can be repeatedly programmed.Keyword： Micro control unit; Thermometer-hygrometer; Temperature and humidity sensor AM2311; Received： 2017-05-10温湿度计是应用非常广泛的一种计量器具, 随着电子技术的进步, 已发展到电子式的传感器1。随着信息技术的进步, 数据可以有线传输或无线传输, 还可以作为反馈的控制信息。目前市
8、场上不乏数字式的电子温湿度计, 但纯温湿度计均为液晶显示, 且不醒目。基于此, 本研究设计并成功测试了一款电子温湿度计, 既可扩充自动控制, 又可在温湿过高时报警。1 材料与方法1.1 AM2311 传感器本研究设计的数字化电子温湿度计, 其精度高, 可校正, 所具有的优势是可以作为智能化控制的基础, 为数据的记录、分析、处理、传输以及远程监控提供方便。目前医院科室, 如放射治疗机房及药品库房需进行温湿度监控, 在各检测点安置温湿度传感器, 并制定温湿度报警阈值, 根据实时温湿度与之进行判断, 并确定相应控制方式, 如相对湿度50%时可以自动打开除湿机, 温度高于30时可以自动打开空调, 以达
9、到智能化管理2。(1) AM2311 湿敏电容数字模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器, 采用专用的数字采集技术和温湿度传感技术, 因此, 产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性3。传感器包括 1 个电容式感湿元件和 1 个高精度测温元件, 并与 1 个高性能 8 位单片机相连接4。每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准, 校准系数以程序的形式储存在单片机中, 传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数, 通信接口采用标准 I2C 接口模式, 用户可直接挂在 I2C 通信总线上, 无需额外布线, 且使用简单。本产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优
10、点。产品为 4 引线, 通信接口连接方便。特殊封装形式可根据用户需求而提供, AM2311 传感器的 4 根引脚接线排列形式如图 1 所示, 引脚说明见表 1。图 1 AM2311 传感器接线图 下载原图(2) AM2311 传感器可应用于暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、家电、湿度调节器、医疗、气象站及其他相关湿度检测控制等, 其亮点是超低能耗、传输距离远、全部自动化校准、采用电容式湿敏元件、完全互换、标准 I2C 接口输出、卓越的长期稳定性以及采用高精度的测温元件。表 1 AM2311 传感器引脚说明 下载原表 (3) AM2311 传感器温度性能:分辨
11、率 0.1、精度0.3、量程范围-4080、漂移0.3/yr。其相对湿度性能:典型的分辨率 0.1%RH、25时精度3%RH、漂移典型值0.5%RH/yr, AM2311 传感器的建议供电电压为 5 V。(4) 数据线 (SDA SCL) 。SCL 信号线为 I2C 通信时的时钟线, SCL 用于微处理器与 AM2311 传感器之间的通讯同步, SDA 引脚为三态结构, 用于读、写传感器数据。(5) I2C 通信协议5。AM2311 传感器与微控处理器的接口形式是 I2C 串行总线, 飞利浦公司于 20 多年前发明了这种简单的双向二线制串行通信总线, 总线被称为 Inter-I2C 总线。目前
12、, I2C 总线已经成为业界嵌入式应用的标准解决方案。见表 2。1.2 仪器与方法先采用 GCC 编写 AVR 单片机的源程序, 通过编译后再由其编程器写入 AVR 单片机, 单片机读取温湿度复合传感器的数据, 然后显示6-7。(1) 单片机的选型。为了留有 n RF905 无线模块扩充的余地, 选有 SPI 接口的低电压版的 AVR 单片机 ATMEGA16, 端口数量多。温湿度复合传感器选奥松的AM2311 数字模块是 I2C 接口, 只需用 2 个端口去相连。n RF905 无线模块性能卓越, 具备 SPI 接口, 包括外围控制电路, 用单片机 10 个端口即可以驱动 (如图 2 所示)
13、 8-9。图 2 电子温湿度计原理图 下载原图表 2 常用功能命令示例 下载原表 (2) 显示方案。首先用足 ATMEGA16 剩余的端口, 在不需要任何外围器件配合的情况下以动静结合扫描的方式点亮两组数码管显示数码, 一组显示温度, 另一组显示相对湿度。使用四位一体的 LED 的好处是其只有 12 个管脚, 管脚比 4 个独立数码管少许多, 而单片机还要用 4 个 PB 口作为位选, 8 位 PC 口与 8 位 PD送出段选值。1.3 参考标准及温湿度测试方法温度的测量可以用水银温度计做对比, 相对比较方便, 但湿度高精度测量器具不容易找, 故委托当地的计量检定测试所做了一次检定, 为单独将
14、传感器内置到仪器内, 刻意加长了传感器的信号线长度。参照江苏省质量技术监督局发布的数字温湿度计检定规程 JJG (苏) 99-2010“数字温湿度计检定规程”, 采用精密露点仪 YGM-2610 检测。2 结果当监测点带有 AM2311 传感器的电路板 (测量、显示) 上电后就地读出温湿度值, 且重复性好, 不会频繁地跳变, 每 2 s 刷新一次, 计量检定测试结果达到了规程要求, 见表 3。表 3 电子温湿度计计量检定测试结果 下载原表 3 结论本研究设计的电子温湿度计, 带来了数字化测量的优势, 尤其是温度的测量精度比湿度的精度高, 两者均可以通过灵活的二次定标程序来提高准确度。定时对 A
15、M2311 传感器做一次计量鉴定, 其最方便的做法是在程序中保留系统误差的补偿量, 可以启用定标程序, 采用多点定标是最佳的方法10。本研究采用 ATmega48 设计了一款功能相同的电路板, 由于端口少而采用74HC595 来扩充, 解决显示方案, 如需键盘再加一枚 74HC165 即可解决11。如此, MCU 还能多出备用的十余个端口, 显示的醒目与后续的控制处理都很方便。如无线模块 n RF905 在收发程序里是带有地址的, 所以可以组网, 即分布测量, 集中显示。还可以用 GSM/GPRS 外置式 MODEM 配合定时发送测量数据的短信或接受短信的询问, 且参与除湿机空调之类的控制也很
16、方便。参考文献1曹会国, 吴顺伟.基于 SHT71 传感器的温湿度测量J.安徽农业科学, 2011, 39 (19) :11902-11903, 11949. 2蔡东江, 吴平凤, 吴响军, 等.基于 ZigB ee 技术的温湿度传输监测系统的研发J.中国医学装备, 2016, 13 (3) :13-17. 3陈钊, 郭永彩, 高潮, 等.微环境温湿度智能化测量仪研究J.仪器仪表学报, 2004, 25 (5) :620-623. 4朱滨峰, 徐桂云, 李俊敏.单片机在温湿度测量系统中的应用J.仪器仪表标准化与计量, 2006 (5) :44-46. 5周立功.单片机实验与实践M.北京:北京航
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