引言

　　在工業(yè)現(xiàn)場，特別是那些環(huán)境因素對生產(chǎn)過程影響比較大的車間，對現(xiàn)場環(huán)境因素的監(jiān)測很重要，而隨著工業(yè)自動化的迅速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)中應(yīng)用的普及，它能使用戶對現(xiàn)場的一些環(huán)境因素實現(xiàn)一個遠(yuǎn)程的監(jiān)測，突顯其便利性和適時性。本系統(tǒng)就是基于SHT75溫濕度傳感器，利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的溫濕度的遠(yuǎn)程監(jiān)測。

溫濕度測量的系統(tǒng)設(shè)計

　　在工業(yè)現(xiàn)場中使用溫濕度傳感器，為了達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的，就少不了與工業(yè)以太網(wǎng)或其它工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)相連，本系統(tǒng)就利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，由傳感器SHT75采集工業(yè)現(xiàn)場的溫濕度，經(jīng)過CPU處理，通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)上位機對現(xiàn)場環(huán)境溫濕度的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測。

　　本溫濕度測量系統(tǒng)包含了微處理器（C8051F120）、存儲器、傳感器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信接口、串口通信等重要組成部分。在該設(shè)計中，電源使用了以太網(wǎng)供電設(shè)備，該設(shè)備除了用于網(wǎng)口通信，還提供設(shè)計中所需要的電源。該電源經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，為微處理器、存儲器、傳感器模塊等提供所需的+5V和+3.3V電壓。微處理器C8051F120通過I/O口與傳感器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。溫濕度測量系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示

圖1 溫濕度測量系統(tǒng)框圖

處理器C8051F120

　　C8051F120是美國Cygnal公司的一款控制芯片，它使用 Silicon Lab 的專利 CIP-51 微控制器內(nèi)核，具有64個數(shù)字I/O 引腳、片內(nèi)VDD 監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘 振蕩器,它使C8051F120器件成為真正能獨立工作的片上系統(tǒng)；FLASH 存儲器具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051固件；片內(nèi) JTAG 調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試，該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、觀察點、單步及運行和停機命令；它能在工業(yè)溫度范圍（-45℃到+85℃）處工作，這些完全滿足在工業(yè)現(xiàn)場使用的要求。

　　微處理器部分的設(shè)計包含系統(tǒng)硬件的啟動與復(fù)位、地址總線、數(shù)據(jù)總線的分配和定義、與外設(shè)傳感器的連接等；系統(tǒng)由外部的22M鐘振作為時鐘源向CPU輸入時鐘信號；復(fù)位電路由10μF的電容、10K電阻組成低電平復(fù)位電路，該復(fù)位電路可實現(xiàn)上電低電平自動復(fù)位。

傳感器模塊

　　SHTxx 系列單芯片傳感器是由瑞士Sensirion的一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。SHTxx采用串行接口，它的分辨率可以根據(jù)對現(xiàn)場的采集速率而進(jìn)行調(diào)整，一般情況下默認(rèn)的測量分辨率分別為 14bit（溫度）、12bit（濕度），如果在高速采集中就可分別降至 12bit 和 8bit，對溫度的量程范圍：-40～123.8℃，濕度的量程范圍：0～100%RH。它操作比較簡單，只需用一組“ 啟動傳輸”時序，就能實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?，同時，在測量和通訊結(jié)束后，SHTxx 會自動轉(zhuǎn)入休眠模式，這大大的減少了功耗。我們選擇的是SHT75，它的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。