第19卷第4期2009年12月中国环境管理干部学院学报JOU RNAL OF EM CC V ol.19No.4Dec.2009
10.3969/j.issn.1008-813X.2009.04.028
低成本环境温湿度测量系统的应用
刘雪飞1，于健骐1，何 鑫1，赵玉全2
(1.中国环境管理干部学院，河北秦皇岛0660042.海湾安全技术有限公司，河北秦皇岛066004)
摘 要：针对温室环境温度测量的低成本和高精度要求，介绍了一种基于单总线数字温度传感器DS18B20的温度湿度测量系统，重点讲述了该芯片在温室培育环境温度湿度控制系统应用中的优点，设计了Mcs-51单片机c 程序设计和Visual Basic 6.0软件中运用M sCom m 控件
设计串行通信程序。通过软件界面实现了温度、湿度测量数据采集，同时对测量数据实现动态显示、存储和打印。
关键词:18B20；温度；湿度；串行；通讯
中图分类号:X83    文献标识码:A    文章编号:1008-813(2009)04-0092-03
Research on Measuring Temperature
and Humidity at Low Cost in Greenhouse
Liu Xuefei 1,Yu Jianqi 1,H e Xin 1,Zhao Y uquan 2
(1.Environmental M anagem ent College of China ,Qinhuangdao H ebei 066004;2.S af ety Technolgy Com p any ,GST H oldings L imted ,Qinhuangd ao H ebei 066004)Abstract:T o produce a m easuring system for monitoring temperatur e and humidity in g reen -house at low cost based o n unibus thermom eter senso r,focused on characteristic of digital thermo meter DS18B20.To design the basic flow chart in C language and Serial communica -tion procedure in Visual Basic 6.0.The sy stem is proved effectiv e at automatic data acquis-i tion,dynamic display,sto re and print of monitor data.The system characterizes its advan -tage for it low co st in design,use and maintenance.
Key words:18B20;tem perature;humidity;ser ial po rt;comm unicatio n  收稿日期:2009-05-19
作者简介：刘雪飞(1972-)，女，河北秦皇岛人，毕业于燕山大学测试计量技术及仪器专业，硕士，讲师，主要研究方向：信号处理技
术、模式识别。
随着计算机和网络技术的发展以及芯片集成工艺水平的不断提高，传统的基于模拟信号的测控系统逐渐向数字化方向发展。数字化器件具有精度高、抗干扰能力强、集成方便、自动化程度高等优势。DS18B20作为单总线数字温度传感器，具有布线简单、精度高、性能稳定、价格便宜等优点，在温室环境温度湿度测量中用于温度信号的
获取[1~3]。本系统是一种高湿环境的温度、湿度智能检测系统。常用的温湿度监测装置的湿度测量范围虽然较大，但成本高和相应滞后，而且没有数据追溯功能，人为的因素很大。为了满足连续温湿度工作环境的要求，为管理机构提供实时数据或回放数据，亟需设计一种低成本、可以连续工作、通过网络功能提供可靠数据的监控装置。
2009年第4期刘雪飞 于健骐 何 鑫等 低成本环境温湿度测量系统的应用93
1 基本功能
温室环境温度湿度测量系统采用两路数字化温度计测量温度，其中一路作为温度实测值，另一路通过软件算法计算出湿度，简化了电路设计，提高了系统的可靠性；采用串行通讯技术将单机的数据，将现场数据记录传送给上位机，便于管理和维护。
温室环境温度湿度测量系统是以计算机为开发平台设计的一种作物生长环境温度温湿度测量系统，可
以对现场的温度和湿度进行监视和控制，以实现数据采集、温度和湿度调节以及超限报警等各项功能。该系统用于某生态观光温控现场的数据采集，具有性能稳定、精度高等优点。上位机能实现检测过程中温度湿度数据的实时读取、存储及显示，也可以针对实时值由上位机及时调整温度和湿度。
实时功能：实时记录植物生长过程中的温度湿度，并绘制监测曲线，支持打印实时监测曲线。
存储功能：自动记录施工过程采集到的数据，存储到Access数据库，支持后续打印监测报表和监测曲线的打印。
报警功能：测量工作过程中的超温、超湿报警提醒。
状态指示功能：加温、加湿等施工阶段指示。
反馈控制功能：操作人员可以针对参数及时调整温湿度。
2 系统总体结构
低成本环境温度湿度测量系统如图1所示:
图1 环境温度湿度测量系统总体结构
系统包括温度信号获取及处理和上位机监控两部分。温度传感器采用两个数字式数字温度计，一个为干温度一个为湿温度。湿温度采用吸水棉球包裹温度计，基于两个温度测量值并通过数学模型计算出湿度，由LED显示器显示温度、湿度值；当实测温度湿度超出预设范围时，单片机在指示加温、降温或加湿、降湿工作状态的同时，发出控制信号，达到自动调节温度湿度的作用；通过RS232串行口实现与上位机通讯，对温度和湿度数据予以记录，并支持实时和后续打印报表和工作曲线；通过键盘修改温度和湿度的控制范围。
3 下位机设计
DS18B20是DALLAS公司生产的单总线直接数字式高精度温度传感器，其内部含有两个温度系数不同的温敏振荡器，其中低温度系数振荡器相当于标尺，高温度系数振荡器相当于测温元件，通过不断比较两个温敏振荡器的振荡周期得到两个温敏振荡器在测量温度下的振荡频率比值。根据频率比值和温度的对应曲线得到相应的温度值。这种方式避免了测温过程中的A/D转换，提高了温度测量的精度。DS18B20的功能操作主要包括启动温度转换、读取供电模式以及对暂存器的读写和拷贝。温度测量范围为-55 ~ +125 ，测量分辨率可达0.0625 ，被测温度以带符号扩展的16位数字量方式串行输出。温室培养环境温湿度测量系统的核心电路如图2所示。
图2 环境温度湿度测量系统核心电路
控制18B20经三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。部分程序代码如下:
init_1820();//复位18b20
w rite_1820(0xcc);//发出转换命令
w rite_1820(0x44);
delay(400);
init_1820();
WDR();
w rite_1820(0xcc);//发出读命令
w rite_1820(0xbe);
temple=read_1820();//读数据
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中国环境管理干部学院学报2009年12月
4 上位机软件设计汇编语言清华大学出版社
上位机模块程序流程如图3所示。
图3 上位机模块程序流程
上位机软件设计是环境温度湿度的智能监控系统智能化的核心。使用Visual Basic串行通讯控件M sComm实现计算机与单片机之间的串行通讯。MsComm提供了功能完善的串行数据发送和接收功能，具有一系列标准通讯属性和方法，它有两种处理方式：事件驱动方式和查询方式。事件驱动方式由M sComm控制的OnComm事件捕捉并处理通讯错误及事件；查询方式是通过查询MsComm控件的CommEvent属性值来判断通讯事件和错误。使用MsComm控件时，只需要知道控件的属性、方法和事件的用法即可用少量的代码实现串行通讯操作，特别适合于一般工程技术领域的技术人员来开发类似的应用系统[4]。
采集到的测量数据会在实时显示曲线的同时自动保存到Access数据库。
MsComm1.Comm Port=1，使用COM1作为通信口(COM1-COM4可选);
IF M sCo mm1.Por tOpen then
End If
MsComm1.Setting s=9600,
MsComm1.InputLen=0,M sCom m1.Po r-tOpen=T rue，打开串行口;
MsComm1.InBufferCount=0，清空输入缓冲区
运行测量程序后就进入测量数据的采集界面，自动运行系统的数据采集模块，允许激发MsComm1.Comm Event事件。
通过模拟温度湿度监测窗口，显示实时的温度值和湿度值以及温度和湿度的设定值，时间和日期，显示实时加热加湿曲线和历史温度湿度监测曲线。通过温度和湿度设定窗口设定温度和湿度。通过打印窗口打印温度、湿度数据报表或曲线。此外在上位机设计中还充分考虑了参数预置、数据的记录格式、打印的方式、曲线的显示方式、各种报警的提示以及界面的风格、通讯的可靠性提高等。
5 结束语
本文从温湿度测量的低成本和快速响应两个方面着手，选用了新型数字式温度传感器和串行口通讯技术，设计出了用于温室环境温度湿度测量的数据采集和控制系统。实验结果表明，该测量系统获取信号准确，电路设计和软件设计合理，可靠性好，性价比高，具有很好的应用前景和推广意义。
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