基于AVR单片机的多通道温湿度传感器检定系统

摘要：为了提高温湿度传感器检定的效率，为气象业务的发展提供快捷的服务，设计了一种基于AVR单片机的多通道温湿度传感器检定系统。该系统硬件上采用AVR系列微控制器ATmega16和24位高精度A／D转换芯片ADS1232，实现了对温湿度传感器的数据信息采集；软件系统基于RS 232串口，利用数据库SQL Server 2000和VC技术，实现了温湿度传感器的自动检定。结果表明，系统大大提高了温湿度传感器的检定效率和准确度。
关键词：微控制器；温湿度传感器；多通道传感器；检定系统

    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。