基于单片机的博物馆室内光强、温度、湿度的测量

于子祥 王亚晖 王钰键

摘要：温度、湿度、光照是文物保护的基本因素，传统的测量方法费事费力，效率低，且随机性大，本文通过设计基于STC12C5A60S2单片机，综合利用传感器技术、数字电子技术和LCD显示等知识知识的测量系统达到自动检测室内环境温度、湿度及光强的目的，并在超过阈值时进行报警，并行性高，且能够处理多点温湿度，光强等信息。

关键词：单片机，光强，温度，湿度，测量

0前言

温度、湿度、光照度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是博物馆文物保护中最常见最基本的参数，例如不同的温度可能会造成珍贵文物的过早氧化，而湿度的大小也同样对于文物的保护有着重要的意义，还有光的强度也会对文物的材质有着很大的影响，所以对温度、湿度及光照度的检测及控制就非常有必要了。传统的方法是用温度表、双金属式测量计、等手段，通过人工进行检测，对不符合温度、湿度、光照度要求的环境进行通风、去湿、降温、采光等工作。随着生产的发展，一个低成本和具有较高精度的环境测量仪在许多领域会代替人工操作。为此，本设计开发了一种能够同时测量多点，并实时性高、精度高，能够综合处理多点温湿度、光照度信息的设计方案。

1单片机的选择

基于性价比的考虑，在电子设计中8位单片机仍是首选。在8位单片机中又以MCS-51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。通过内部资源比较，单片机芯片我们选择STC12C5A60S2，STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。

2传感器的选择

2.1光强传感器

2.1.1TSL2561简介

TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可編程灵活配置的光强度数字转换芯片。

2.1.2TSL2561的引脚功能

TSL2561有2种封装形式：6LEADCHIPSCALE和6LEADTMB。封装形式不同，相应的光照度计算公式也不同。

各引脚的功能如下：

脚1和脚3：分别是电源引脚和信号地。其工作电压范围是2.7～3.5V。

脚2：器件访问地址选择引脚。由于该引脚电平不同，该器件有3个不同的访问地址。

脚4和脚6：I2C或SMBus总线的时钟信号线和数据线。

脚5：中断信号输出引脚。当光强度超过用户编程配置的上或下阈值时，器件会输出一个中断信号。

2.1.3TSL2561的内部结构和工作原理

TSL2561是第二代周围环境光强度传感器。通道0和通道1是两个光敏二极管，其中通道0对可见光和红外线都敏感，而通道1仅对红外线敏感。积分式A/D转换器对流过光敏二极管的电流进行积分，并转换为数字量，在转换结束后将转换结果存入芯片内部通道0和通道1各自的寄存器中。当一个积分周期完成之后，积分式A/D转换器将自动开始下一个积分转换过程。微控制器和TSL2561可通过标准的SMBus（SystemManagementBus）V1.1或V2.0实现，TSL2561则可通过I2C总线协议访问。

2.1.4硬件设计TSL2561能够通过I2C总线访问，所以硬件接口电路很简单。假如所选用的微控制器带有I2C总线控制器，则将该总线的时钟线和数据线直接和TSL2561的I2C总线的SCL和SDA分别相连;假如微控制器内部没有上拉电阻，则还需要再用2个上拉电阻接到总线上。假如微控制器不带I2C总线控制器，则将TSL2561的I2C总线的SCL和SDA和普通I/O口连接即可[6];但编程时需要模拟I2C总线的时序来访问TSL2561，INT引脚接微控制器的外部中断。

2.2温度传感器

2.2.1DS18B20功能特点

1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

2）测温范围-55℃～+125℃，固有测温误差1℃。

3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

4）工作电源：3.0～5.5V/DC（可以数据线寄生电源）。

5）在使用中不需要任何外围元件。

6）测量结果以9～12位数字量方式串行传送。

7）用户可定义的非易失性温度报警设置。

2.2.2DS18B20结构和工作原理

64位只读存储器储存器件的唯一片序列号。高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为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），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。DS18B20通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠一个单线端口通讯。当全部器件经由一个3态端口或者漏极开路端口（DQ引脚在DS18B20上的情况下）与总线连接的时候，控制线需要连接一个弱上拉电阻。在这个总线系统中，微控制器（主器件）依靠每个器件独有的64位片序列号辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址。由于每个装置有一个独特的片序列码，总线可以连接的器件数目事实上是无限的。