温湿度参数的测量及其控制与工农业生产及人们生活密切相关，其测量方法、测量装置的精度、结构与性能在不断得到改进。笔者以资源丰富的8位单片机为核心，采用温湿度检测元件与信号处理器、A／D转换、串行输出接口集成一体的智能传感器，配以串行键盘LED数码管控制器，构成温湿度及露点测量系统。该系统具有电路集成度高、硬软件结构设计简单、抗干扰能力强、测量精度和可靠性高等特点。

1系统构成

温湿度测量系统由温湿度智能传感器SHT75、高性能8位单片机AT89C51AC3、键盘数字显示模块控制器ZLG7289B、电源及少量电路元器件构成，结构框图见图1。

2工作原理

智能温湿度传感器SHT75将感受到的温湿度信号经过A／D转换通过二线串行口将相对湿度和温度的串行数据传递给单片机AT89C51AC3；单片机通过数据采集、分析、计算完成测量值的非线性补偿、温度补偿和整机控制；单片机与键盘数字显示模块控制器ZLG7289B之间采用SPI、IO、中断接口实现信息交换，ZLG7289B作为输入命令、输出显示的控制器设置16个输入键，8位LED数码显示，实现人机对话和显示测量参数。

2．1传感器SHT75

SHT75（瑞士Sensirion公司）将传感器与变送器有机结合，并且能在同一个位置测量相对湿度和温度，有利于测量露点温度。内置芯片带有14位A／D转换器和二线串行接口，能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据，适配各种单片机。利用单片机可以进行测量值的非线性补偿和温度补偿。传感器校准系数存于自身的存储器中，用于测量过程中对湿度进行自动校准。SHT75有4个端口，分别为UDD，GND，DATA，SCK，其中UDD，GND分别为电源和公共接地线；DATA为串行数据输入／输出端；SCK为串行时钟输入端。SHT75与单片机的通讯时序过程由以下3部分构成：(1)SHT75状态寄存器的初始化。完成A／D转换分辨率或元件加热等功能设置。(2)读SHT75状态寄存器。可读电量不足的检测状态，以及分辨率和加热状态，并可进行CRC–8校验。(3)测量过程。通过命令启动湿度或温度测量，根据分辨率进行相应的转换时间等待，转换结束读取测量结果，分辨率高于8位时分双字节，低字节8位有效，高字节无用的高位由0占位。为了获得精确的测量数据，将测量结果通过非线性补偿公式进行相应的信号转换。相对湿度非线性补偿公式：

2．2单片机AT89C51AC3

采用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51AC3(80C51内核)。片上资源：256BRAM、2KBERAM、64KBFlash存储器、2KBEEPROM、2KB引导Flash存储器、SPI接口、全双工UART与80C51兼容、32+4I／O口；3个16位定时／计数器、8通道10位A／D转换器、工作电压3～5.5V、双数据指针、21位看门狗定时器、14个中断源，4级中断、5通道16位PCAPWM(8位)高速输出。

2.2.1EEPROM

片上自带2KBEEPROM存储器，地址为0000h～07FFh。通过EECON寄存器中设置位控制，用MOVX指令读写EEPROM。存储器区域划分，每128字节为一页。
2.2.2程序存储器Flash

片上自带64KFlash存储器，还可以扩展64K程序存储器。Flash存储器分为两部分：FM0，FM1。

2.2.3串行口(SPI)

串行外围接口具有双向同步传送，主从操作，主模式状态下的6种可编程时钟，可编程极性和相位的串行时钟，主模式出错标志并产生中断。三总线控制，主器件通过一个并行4线口控制从器件／SS管脚，选择其中一个。运行模式分主输出从输入(MOSI)和主输入从输出（MISO）。

2．3键盘数字显示模块控制器ZLG7289B

ZLG7289B（广州周立功单片机发展有限公司）可直接驱动8位共阴式数码管，同时还可以扫描管理多达64只按键。自动消除抖动；内部含有显示译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐﹑闪烁﹑左移﹑右移﹑段寻址等。工作电压范围：2.7～6V；段电流可达15mA以上，字电流可达100mA；与微控制器之间采用SPI串行总线接口，操作方便，占用I／O资源少。主控件单片机AT89C51AC3与串行键盘数码

显示控制器ZLG7289B的接口如图2所示。

AT89C51AC3的SPI是四总线控制，信号输出线MOSI和输入线MISO，串行时钟线SCK，从件片选信号线／CS。ZLG7289B的SPI是3条线，时钟输入信号线CLK，双向数据信号线DIO，片选信号线／CS。二者之间时钟输入信号线可直接相连。二者的数据信号线，通过CD4503缓冲器进行选通隔离。P1.0，P1.1为单片机I／O口，控制缓冲器的选通。当P1.1，P1.0电平为10时，单片机串行口SPI的MOSI信号流向ZLG7289B的数据口DIO，当P1.1，P1.0电平为01时，ZLG7289B的DIO信号流向单片机串行口SPI的MISO端。ZLG7289作为从件／CS低电平有效，由P1.2控制。ZLG7289B的键盘中断请求信号线／INT，与主控件的中断脚相连，采用下降沿触发方式。ZLG7289的通讯过程有以下部分：(1)单字节过程。由单片机向ZLG7289写入8位的命令字，完成对LED数码管的闪亮、消隐、左右移等控制。(2)双字节过程。其中一种是双字节发送，高8位是命令，低8位是欲显示的数据。

3测量系统的稳定性评价

研制的温湿度测量系统在投入使用前，采用精密露点仪、二等标准铂电阻温度和标准湿度发生器作为标准装置，参照JJF1076–2001[1]和JJF（苏）95–2010[2]对其进行了稳定性考核。稳定性考核从2012年9月14日到2013年2月15日，时间间隔为一个月。将标准湿度发生器温度设定为25℃，用精密露点仪在20%RH和90%RH两点校准测量系统的湿度，在湿度20%RH和90%RH两点，用二等标准铂电阻温度计校准测量系统的温度。测得数据分别见表1、表2。由表1、表2可知，温湿度测量系统在6个月内湿度变化的最大差值和温度变化的最大差值均小于其相应测量标准的扩展不确定度，满足使用要求。

4结语

研制的温湿度测量系统，集成度高，测量结果精确度高。该系统投入使用后，性能稳定，满足使用要求。