基于單片機的博物館室內(nèi)光強、溫度、濕度的測量

于子祥 王亞暉 王鈺鍵

摘要：溫度、濕度、光照是文物保護的基本因素，傳統(tǒng)的測量方法費事費力，效率低，且隨機性大，本文通過設(shè)計基于STC12C5A60S2單片機，綜合利用傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和LCD顯示等知識知識的測量系統(tǒng)達到自動檢測室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度及光強的目的，并在超過閾值時進行報警，并行性高，且能夠處理多點溫濕度，光強等信息。

關(guān)鍵詞：單片機，光強，溫度，濕度，測量

0前言

溫度、濕度、光照度和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時也是博物館文物保護中最常見最基本的參數(shù)，例如不同的溫度可能會造成珍貴文物的過早氧化，而濕度的大小也同樣對于文物的保護有著重要的意義，還有光的強度也會對文物的材質(zhì)有著很大的影響，所以對溫度、濕度及光照度的檢測及控制就非常有必要了。傳統(tǒng)的方法是用溫度表、雙金屬式測量計、等手段，通過人工進行檢測，對不符合溫度、濕度、光照度要求的環(huán)境進行通風(fēng)、去濕、降溫、采光等工作。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個低成本和具有較高精度的環(huán)境測量儀在許多領(lǐng)域會代替人工操作。為此，本設(shè)計開發(fā)了一種能夠同時測量多點，并實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫濕度、光照度信息的設(shè)計方案。

1單片機的選擇

基于性價比的考慮，在電子設(shè)計中8位單片機仍是首選。在8位單片機中又以MCS-51系列單片機及其兼容機所占的份額最大。通過內(nèi)部資源比較，單片機芯片我們選擇STC12C5A60S2，STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。

2傳感器的選擇

2.1光強傳感器

2.1.1TSL2561簡介

TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。

2.1.2TSL2561的引腳功能

TSL2561有2種封裝形式：6LEADCHIPSCALE和6LEADTMB。封裝形式不同，相應(yīng)的光照度計算公式也不同。

各引腳的功能如下：

腳1和腳3：分別是電源引腳和信號地。其工作電壓范圍是2.7～3.5V。

腳2：器件訪問地址選擇引腳。由于該引腳電平不同，該器件有3個不同的訪問地址。

腳4和腳6：I2C或SMBus總線的時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。

腳5：中斷信號輸出引腳。當光強度超過用戶編程配置的上或下閾值時，器件會輸出一個中斷信號。

2.1.3TSL2561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理

TSL2561是第二代周圍環(huán)境光強度傳感器。通道0和通道1是兩個光敏二極管，其中通道0對可見光和紅外線都敏感，而通道1僅對紅外線敏感。積分式A/D轉(zhuǎn)換器對流過光敏二極管的電流進行積分，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。當一個積分周期完成之后，積分式A/D轉(zhuǎn)換器將自動開始下一個積分轉(zhuǎn)換過程。微控制器和TSL2561可通過標準的SMBus（SystemManagementBus）V1.1或V2.0實現(xiàn)，TSL2561則可通過I2C總線協(xié)議訪問。

2.1.4硬件設(shè)計TSL2561能夠通過I2C總線訪問，所以硬件接口電路很簡單。假如所選用的微控制器帶有I2C總線控制器，則將該總線的時鐘線和數(shù)據(jù)線直接和TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連;假如微控制器內(nèi)部沒有上拉電阻，則還需要再用2個上拉電阻接到總線上。假如微控制器不帶I2C總線控制器，則將TSL2561的I2C總線的SCL和SDA和普通I/O口連接即可[6];但編程時需要模擬I2C總線的時序來訪問TSL2561，INT引腳接微控制器的外部中斷。

2.2溫度傳感器

2.2.1DS18B20功能特點

1）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

2）測溫范圍-55℃～+125℃，固有測溫誤差1℃。

3）支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。

4）工作電源：3.0～5.5V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）。

5）在使用中不需要任何外圍元件。

6）測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送。

7）用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置。

2.2.2DS18B20結(jié)構(gòu)和工作原理

64位只讀存儲器儲存器件的唯一片序列號。高速暫存器含有兩個字節(jié)的溫度寄存器，這兩個寄存器用來存儲溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，高速暫存器提供一個直接的溫度報警值寄存器（TH和TL），和一個字節(jié)的的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)定為9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存儲的數(shù)據(jù)在器件掉電時不會消失。DS18B20通過達拉斯公司獨有的單總線協(xié)議依靠一個單線端口通訊。當全部器件經(jīng)由一個3態(tài)端口或者漏極開路端口（DQ引腳在DS18B20上的情況下）與總線連接的時候，控制線需要連接一個弱上拉電阻。在這個總線系統(tǒng)中，微控制器（主器件）依靠每個器件獨有的64位片序列號辨認總線上的器件和記錄總線上的器件地址。由于每個裝置有一個獨特的片序列碼，總線可以連接的器件數(shù)目事實上是無限的。