0 引 言
    溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)是在環(huán)境試驗、科學(xué)研究(諸如種植、養(yǎng)殖、生物工程、化工工程)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的現(xiàn)場環(huán)境控制系統(tǒng)。它能模擬各種環(huán)境條件，即按照實際要求精確控制環(huán)境的溫度和濕度，為研究不同的生化過程創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。因此，溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在科研、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、冶金、化工、林業(yè)、環(huán)境科學(xué)及生物遺傳工程等領(lǐng)域。
    為了滿足化學(xué)工業(yè)過程對環(huán)境條件的需求，我們在傳感器智能控制方案和具體應(yīng)用中做了大量的研究和可行性分析，開發(fā)了一種具有智能化功能的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊和接口模塊組成。其中數(shù)據(jù)采集模塊采用了以單片機AT89S52為核心外接傳感器的結(jié)構(gòu)框架，保證了系統(tǒng)對現(xiàn)場溫濕度信號采集的實時性和準(zhǔn)確性。而接口模塊則采用了處于當(dāng)前通信領(lǐng)域前沿的USB-CAN轉(zhuǎn)換接口模塊，為整個系統(tǒng)的實時性提供了堅實的通信保障，而且筆者認(rèn)為這種通信方式已經(jīng)成為了工業(yè)化通信的發(fā)展方向。

1 溫濕度采集模塊的硬件電路設(shè)計
    溫濕度采集模塊的硬件電路由CAN總線的SJA1000控制器、TJA1050收發(fā)器、溫度傳感器ADS90、濕度傳感器HM1500和單片機TA89S52芯片組成，其電路框圖如圖1所示。

1．1 溫度檢測電路
    溫度檢測電路的核心采用美國AD公司生產(chǎn)的二端式集成溫度-電流傳感器AD590，該器件體積小、重量輕、性能穩(wěn)定，且非線性誤差小和校準(zhǔn)方便、互換性好、功耗極低、適合于動態(tài)溫度測試和遠距離測溫。溫度信號采集電路設(shè)計如圖2所示。

    在傳感器輸出信號處理方面，由于被測量含有一定的干擾信號，所以采用放大器芯片LM324和穩(wěn)壓管D對被測信號進行二次處理。AD590的電源電壓范圍為4～30 V，可以承受44 V正向電壓和20 V反向電壓，因而即使反接也不會損壞器件。穩(wěn)壓管D1連接可調(diào)電阻用于保證A點(即放大器反相端)的輸入電壓；穩(wěn)壓管D2限制了電源所提供的電壓電流，通過連接可調(diào)電阻，保證了B點(即放大器同相端)的輸入電壓，而且適當(dāng)?shù)馗淖僐8和R9的電阻值，可以改變輸出電壓的線性放大倍數(shù)。

1．2 濕度檢測電路
    濕度檢測電路采用集成溫度傳感器HM1 500，其輸出電壓在1～4 V間隨溫度線性變化。由于該設(shè)計采用的是單電源結(jié)構(gòu)，濕度信號采集電路設(shè)計如圖3所示。

    線性電壓輸出式集成濕度傳感器HM1500采用濕敏電阻HS1101設(shè)計制造，其濕度測量范圍為5％～99％(相對濕度)；相對濕度精度為3％；工作溫度為-30～+60℃；工作濕度范圍為O％～100％(相對濕度)；供電電壓為5 V(最大電壓為DC 16 V)；可輸出DC電壓為1～4 V；響應(yīng)時間為5 s，適用于動態(tài)溫度測量。
    由于該電路中沒有負(fù)壓，電路的主體采用差分式減法電路。通過設(shè)置R3，R4，R6，R7這四個精密電阻可調(diào)節(jié)增益，其輸出電壓的計算公式為：

    圖3中R1可以用來消除由于傳感器差異而帶來的誤差。

2 CAN總線接口電路
    本系統(tǒng)選取PHILIPS公司CAN總線控制器SJA1000以及收發(fā)器TJA1050，考慮到SJA1000是一種獨立的CAN總線控制器，同時支持CAN 2．OA和CAN 2．0B協(xié)議，通信速率可達1 Mb／s，能夠完成通信協(xié)議的所有要求。JA1050是CAN總線控制器與物理總線之間的接口，是一種標(biāo)準(zhǔn)的高速CAN收發(fā)器，其可以為總線提供差動發(fā)送性能，為CAN控制器提供差動接收性能。SJA1000主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層的工作，把發(fā)送緩沖器的信息經(jīng)過處理后送到TJA1050，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后放到接收緩沖器等待微處理器的讀取，CAN總線接口電路框圖如圖4所示。

3 USB-CAN轉(zhuǎn)換模塊接口電路
    由于計算機沒有專用的CAN總線接口，所以需要設(shè)計一個模塊單元將CAN總線上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB接口數(shù)據(jù)，模塊的一端接監(jiān)控計算機的USB接口，另一端接CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口。本系統(tǒng)設(shè)計選用Atmel公司的ATmega 162芯片?？偩€控制器SJA1000實現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，接收方式仍采用中斷方式；USB通信控制芯片F(xiàn)T245BM實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；ATF16V8負(fù)責(zé)對兩個接口芯片得地址進行編碼。USB-CAN轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件主要包括：監(jiān)控PC機通信處理軟件、溫濕度控制算法軟件和現(xiàn)場測控節(jié)點數(shù)據(jù)采集與處理軟件。軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，分成若干相對獨立功能模塊，并為各模塊安排適當(dāng)?shù)娜肟诤统隹趨?shù)，使得模塊之間的相互連接組合靈活方便。系統(tǒng)軟件模塊主要由數(shù)據(jù)采集、溫度傳感器的線性化校正、鍵盤輸入、測量數(shù)據(jù)顯示、輸出控制、CAN總線通信等組成，各模塊在監(jiān)控程序的調(diào)度下協(xié)調(diào)工作。
4．1 通信處理軟件
    采用Window XP SP3作為平臺、VC++語言進行編程。包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、本機狀態(tài)查詢、上下限報警、中斷接收數(shù)據(jù)管理等功能模塊。監(jiān)控PC機首先對CAN總線適配器及自身進行初始化，然后發(fā)送命令通知特定節(jié)點向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，通過CAN總線適配器轉(zhuǎn)換后，由監(jiān)控PC機根據(jù)實際情況進行相應(yīng)處理，監(jiān)控PC機采用定時循環(huán)掃描方式向各節(jié)點發(fā)布命令，采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。
4．2 節(jié)點軟件
    節(jié)點軟件由初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收三部分組成。初始化程序放在主程序的最前端，考慮到系統(tǒng)對程序運行效率的要求，數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收采用中斷方式進行。當(dāng)監(jiān)控PC機請求數(shù)據(jù)采集時，將采樣點所在區(qū)域的溫濕度和CAN節(jié)點狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳送給上位計算機，完成溫濕度傳感器的采樣和控制算法。

5 結(jié) 語
    基于CAN總線的智能型傳感器實現(xiàn)了對工業(yè)過程中溫濕度的自動測量，為實現(xiàn)自動化遠程溫控濕控、保持環(huán)境溫濕度符合工藝要求提供了高效的測控手段。USB-CAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的使用，使數(shù)據(jù)的傳輸速率遠遠超過了傳統(tǒng)的RS 232轉(zhuǎn)換，而且支持“熱插熱拔”，使用方便，具有廣泛的應(yīng)用前景。