基于MAX5102的电流型温湿度智能传感器

文章摘要：基于MAX5102的电流型温湿度智能传感器 湖南大学电气与信息工程学院 王华 彭楚武 苏深广 引言温湿度的测量在气象、仓储及人工气候环境中有着广泛的应用。温湿度传感元件具有非线性的缺点，它的特性曲线呈近似抛物线型。若要用于测控系统，必须对其进行线性化处理。另外，工业控制现场执行机构多接受4～20mA的输出电流标准，为使温湿度传感器变得通用，有必要将其标准化和智能化。传感器硬件结构设计组成及原理本传感器由传感单元和数据处理电路组成，如图1所示。传感单元的热敏、湿敏元件先将非电量(温度和湿度)转换为电量(电压)，然后进行预处理。输出电压为0～5V，且是非线性关系。数据处理电路中，TLC083

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基于MAX5102的电流型温湿度智能传感器 湖南大学电气与信息工程学院 王华 彭楚武 苏深广

引言
温湿度的测量在气象、仓储及人工气候环境中有着广泛的应用。温湿度传感元件具有非线性的缺点，它的特性曲线呈近似抛物线型。若要用于测控系统，必须对其进行线性化处理。另外，工业控制现场执行机构多接受4～20mA的输出电流标准，为使温湿度传感器变得通用，有必要将其标准化和智能化。

传感器硬件结构设计

组成及原理

本传感器由传感单元和数据处理电路组成，如图1所示。
传感单元的热敏、湿敏元件先将非电量(温度和湿度)转换为电量(电压)，然后进行预处理。输出电压为0～5V，且是非线性关系。

数据处理电路中，TLC0832是串行接口的双通道A/D转换芯片。从要求高可靠性、低功耗、小体积特点出发，嵌入式微处理器选用AT89C2051单片机。其性价比高，技术成熟可靠，使用灵活方便，完全兼容MCS－51系列单片机。由于采用了高速CMOS Flash/EEPROM技术，对嵌入式应用来说有很高的效率和很大灵活性，拓展了单片机的应用空间。

max5102进行D/A转换，AD694则承担将电压转换为电流的工作。为确保系统工作可靠，外加一片看门狗芯片MAX813L来防止程序"跑飞"。

4～20mA电流输出接口电路

本电路中采用了MAXIM公司的MAX5102和ANALOG DEVICES公司的AD694芯片。

MAX5102

MAX5102是电压型双通道八位并行输入的满刻度D/A转换芯片，供电电压＋2.7V～＋5.5V，采用16脚TSSOP封装。参考电压Vref范围可为从低电平到高电平之间的任意值，提供精确的00H～FFH满刻度点对点转换。输出电压值的计算公式为：

V = (NB Vref) / 256

MAX5102对它的两个通道都有独立的锁存器，数据从8位并行口输入锁存。在将/WR置低电平时，通过地址位A0选择不同的通道进行转换，操作简便。同时，它的供电电流极低，工作时电流为0.2mA，关断模式下电流减小到1nA。上电复位时所有寄存器为0。

AD694

AD694是标准单路输入V/I转换芯片，供电电压为＋4.5V～＋36V，可为现场执行机构提供符合工业标准的4～20mA电流环路输出。输入信号可由一个输入放大器进行缓冲。输入的电压信号范围根据对应管脚连接的不同可为0～2V或0～10V。其他范围可通过外加电阻来编程实现。4mA的逻辑零电流也可以通过TTL电路控制相应的管脚使输出电流变为0mA。
AD694具有内部电压基准，可用作外接芯片的参考电压，这样既简化了电路设计，又节省了空间。另外，AD694有较强驱动能力，是需要免除噪声的4～20mA信号传递以操作电子管、传动装置和其他控制器件的理想选择。

以MAX5102为核心的接口电路

电路图如图2所示。

AT89C2051的P1口作为数据输出端，P3.7作为MAX5102的通道选择连接到A0。当A0为"0"时表示选通Y1，为"1"时表示选通Y2。AD694的内部基准电压为2V，作为MAX5102的参考电压。P3.3控制MAX5102的片选信号。

软件设计

软件概述

89C2051内置2Kflash程序存储器，用来存放用户程序。程序采用模块化设计方法，主要包括A/D 转换子程序，一次滤波求平均值子程序，查表计算子程序，二次滤波计算子程序，D/A转换子程序。读入的温度、湿度信号分别放到以20H和30H开始的内部数据单元。为了能迅速读出当前的温湿度值，上电复位后第一次数据采样处理时，可以跳过二次滤波子程序。第二次数据采样再按照顺序一一进行。

滤波及线性化算法

本程序采用两次滤波和两次查表线性化。一次滤波采用算术平均值算法，即把一个采样周期内的n次采样值相加，然后再除以采样次数n，即可得到该周期的采样值。再查传感器本身自带的一张表，得到相应的温湿度的值（十进制BCD码）。

在查表的过程中，用到的指令为 MOVC A，@A+PC。本程序中变址采用温湿度值，但必须为16进制，而一次查表得到的是BCD码，所以两次查表中间还需要一个十～二进制转换子程序。

在线性化查表后,为了消除干扰所导致的输出值突变，采用了二次滤波即限幅滤波方法。具体算法是：把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大差值（由被控对象的实际情况决定） Y进行比较，若小于或等于 Y，则取本次采样值；若大于 Y，则本次采样值为上次采样值 Y。在本程序中， Y取为2。

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