摘要：本文介绍了一种适合于各种LED 显示的温湿度测量与控制电路，介绍了硬件配置、工作原理和使用方法。
关键词：单片机、传感器、电路
一、设计内容
本文介绍的是一种大屏幕LED 显示温湿度测量与控制电路，使用自带12位A/D转换功能的SN8P1704A单片机为核心制作。该电路能带动1～12 英寸的各种共阳极数码管而无需更改软硬件，只要根据数码管大小调整其供电电压就行了。适合应用在宾馆，饭店，车站，机场等公共场合和家庭使用。其还带有控制输出功能，具有自动调整温湿度的能力。
二、设计原理与参考电路
1、驱动大尺寸数码管的硬件配置
电路中对大尺寸数码管的驱动主要为造价低廉可靠的分离元器件。单片机的P0—P4 端口对译码器CD4511-J送出BCD 格式的笔段码， CD4511-J是一种高电平输出有效的器件，其输出先驱动7只N9013 （或者N8050 ）三极管，再由三极管的集电极来驱动数码管的笔段，这样，对单片机和CD4511-J来说其输出都无需承受大尺寸数码管超过5V的供电电压和较大的驱动电流，因此很安全。单片机的P42、P43、P44 三个端口分时送出001 ～ 110六种数码管的位驱信号，这个信号首先只是选择开关电路CD4051， 其中选择码000和111不使用，方便以000或111任何一组 编码来关闭数码管的全部驱动。CD4051 的输出端口只是驱动N9013三极管，再由N9013的集电极去拉动大功率PNP三极管，PNP三极管的具体选择原则为： 耐压≥数码管供电的2倍，电流≥7个笔段同时点亮时的总电流。
2、超限值的设定方法
在单片机的P00、P01、P02各接有一只按键，分别担任“设定”、“加置数”和“减置数”功能。设定时，按动一次“设定”键，屏幕上的温度屏将显示原来的设定上限值，而湿度屏的最高位会显示一个“0”，表示目前在设置温度的上限值，通过“加数键”和“减数键”来修改温度屏幕的数字，一下一下地按动按键，数字会随之递增（或递减），如果按住不放达到3秒后，屏幕数字就会快速跑动起来。
设置好温度上限值后，按动“设定键”，温度屏会显示原来的下限值，湿度屏的最高位则显示“1”，表示现在设置温度下限值，使用“加数键”或“减数键” 来修改温度屏的数字。再按动“设定键”就会进入湿度上限值的设置，其操作方法不变。把湿度下限值也设置完后，按动“设定键”就会退出设置状态而返回正常测控状态。电路根据上下限值和测量显示的数据做比较，把符合输出条件的控制端口置为高电平，把不符合输出条件的控制输出端口置为低电平。设置好的数据保存在电存储器24C02 内，即使停电也不会丢失。
3、控制输出
单片机的P5.1、P5.2 端口是温度和湿度的控制输出端口，需要通过外接三极管放大后才可以使用。温度和湿度的控制特性为：测量显示值大于设定上限或者低于设定下限时，控制输出端口均输出高电平，而测量显示值在下限与上限之间时，控制输出端口均输出低电平。任何一路控制输出高电平，P5.0 端口均会输出每秒一次的高电平信号，带动有源蜂鸣器实现声音报警，或加接一只发光管进行闪烁光源报警。由于需要的功率不大，声光报警也可以同时接上。
4、单片机的AD 转换
单片机的AD 转换功能，使得传感器的选择主要针对电压输出型。单片机可以外接AD 转换的基准电压，范围在2.0 ～5 V ，于是配置由TL431稳压后的2.5 V 作为AD 转换的基准电压。使用这个电压后，前置放大器才能使用不高于+5V 的电源，这样就省去了运算放大器的供电要比单片机系统供电更高的麻烦。
以AD 转换基准电压2.5 V为数值，如果是显示999个字的话，AD 输入电压为：读数/12位AD 满度值×基准电压，计算为：999/4095×2.5 = 0 .61V。所以该电路的温度测量控制范围为0.00～99.9 ℃。
5、前置运算放大器与温湿度传感器
单片机的AD输入要求低阻抗，一般都要配置前置放大器。这里使用TL062 双电路高输入阻抗运算放大器。当湿度模块的空载输出为1.6V时，在运放的输入端接上75kΩ×3 的分压电阻，当湿度模块接入时，就把1.6V 拉低到了1.1V，为了不影响传感器的信号，放大器的输入端没有加分压电路，而是把分压移到放大器的输出端。
温度传感器LM35DZ 是一种线性度好而使用方便的集成温度传感器，其输出电压与温度的关系为10 mV/℃，100℃时将会输出1.000 V。电路中，运算放大器仅作为跟随器来使用，在放大器后的信号中，需要把这个信号分压到0.61 V才行。因此要加一个分压电阻，该电阻值为：l k/（ 1—0.61 ）×0.61 = 1.564 kΩ。
湿度传感器使用一种HKM-02 的湿度模块，根据数据，其相对湿度与输出电压的部分关系如表1所示。按照表格内容，所有输入电压都必须把湿度模块的输出电压经过除以5.541之后才能得到。当湿度为0%的时候，输入电压并不是零。需要去掉读数136 后才能够送显示，到999 的时候就会少了一个136，达不到999。
这里136 被称为零点台阶，要去掉这个台阶的方法很多，单片机的软件处理方法是比较方便的，它要求把上面的数据通过内部软件运算处理，得到表2 所示数据。从AD读数在整个范围内是不均匀的，屏幕显示无法直接使用，必须分段进行线性化处理，这里就不作具体介绍了。
三、样品
该电路的样品使用六只LED 数码管组装，全部元器件安装在一块双面印刷板上，操作按键放置在数码管的底部，继电器和蜂鸣器也都安装在印刷板上，带温度传感器和湿度模块，是一款真正“一体式”样品。
【参考文献】
[1]康华光 电子技术基础. 高等教育出版社，2005
[2]王雪文，张志勇 传感器原理及应用 北京航空航天大学出版社，2003
[3]胡汉才 单片机原理及其接口技术 清华大学出版社，1996
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