引言
温湿度的测量在气象、仓储及人工气候环境中有着广泛的应用。温湿度传感元件具有非线性的缺点，它的特性曲线呈近似抛物线型。若要用于测控系统，必须对其进行线性化处理。另外，工业控制现场执行机构多接受4～20ma的输出电流标准，为使温湿度传感器变得通用，有必要将其标准化和智能化。

传感器硬件结构设计

组成及原理

本传感器由传感单元和数据处理电路组成，如图1所示。
传感单元的热敏、湿敏元件先将非电量(温度和湿度)转换为电量(电压)，然后进行预处理。输出电压为0～5v，且是非线性关系。

数据处理电路中，tlc0832是串行接口的双通道a/d转换芯片。从要求高可靠性、低功耗、小体积特点出发，嵌入式微处理器选用at89c2051单片机。其性价比高，技术成熟可靠，使用灵活方便，完全兼容mcs－51系列单片机。由于采用了高速cmos flash/eeprom技术，对嵌入式应用来说有很高的效率和很大灵活性，拓展了单片机的应用空间。

max5102进行d/a转换，ad694则承担将电压转换为电流的工作。为确保系统工作可靠，外加一片看门狗芯片max813l来防止程序"跑飞"。

4～20ma电流输出接口电路

本电路中采用了maxim公司的max5102和analog devices公司的ad694芯片。

max5102

max5102是电压型双通道八位并行输入的满刻度d/a转换芯片，供电电压＋2.7v～＋5.5v，采用16脚tssop封装。参考电压vref范围可为从低电平到高电平之间的任意值，提供精确的00h～ffh满刻度点对点转换。输出电压值的计算公式为：

v = (nb vref) / 256

max5102对它的两个通道都有独立的锁存器，数据从8位并行口输入锁存。在将/wr置低电平时，通过地址位a0选择不同的通道进行转换，操作简便。同时，它的供电电流极低，工作时电流为0.2ma，关断模式下电流减小到1na。上电复位时所有寄存器为0。

ad694

ad694是标准单路输入v/i转换芯片，供电电压为＋4.5v～＋36v，可为现场执行机构提供符合工业标准的4～20ma电流环路输出。输入信号可由一个输入放大器进行缓冲。输入的电压信号范围根据对应管脚连接的不同可为0～2v或0～10v。其他范围可通过外加电阻来编程实现。4ma的逻辑零电流也可以通过ttl电路控制相应的管脚使输出电流变为0ma。
ad694具有内部电压基准，可用作外接芯片的参考电压，这样既简化了电路设计，又节省了空间。另外，ad694有较强驱动能力，是需要免除噪声的4～20ma信号传递以操作电子管、传动装置和其他控制器件的理想选择。

以max5102为核心的接口电路

电路图如图2所示。

at89c2051的p1口作为数据输出端，p3.7作为max5102的通道选择连接到a0。当a0为"0"时表示选通y1，为"1"时表示选通y2。ad694的内部基准电压为2v，作为max5102的参考电压。p3.3控制max5102的片选信号。

软件设计

软件概述

89c2051内置2kflash程序存储器，用来存放用户程序。程序采用模块化设计方法，主要包括a/d 转换子程序，一次滤波求平均值子程序，查表计算子程序，二次滤波计算子程序，d/a转换子程序。读入的温度、湿度信号分别放到以20h和30h开始的内部数据单元。为了能迅速读出当前的温湿度值，上电复位后第一次数据采样处理时，可以跳过二次滤波子程序。第二次数据采样再按照顺序一一进行。

滤波及线性化算法

本程序采用两次滤波和两次查表线性化。一次滤波采用算术平均值算法，即把一个采样周期内的n次采样值相加，然后再除以采样次数n，即可得到该周期的采样值。再查传感器本身自带的一张表，得到相应的温湿度的值（十进制bcd码）。

在查表的过程中，用到的指令为 movc a，@a+pc。本程序中变址采用温湿度值，但必须为16进制，而一次查表得到的是bcd码，所以两次查表中间还需要一个十～二进制转换子程序。

在线性化查表后,为了消除干扰所导致的输出值突变，采用了二次滤波即限幅滤波方法。具体算法是：把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大差值（由被控对象的实际情况决定） y进行比较，若小于或等于 y，则取本次采样值；若大于 y，则本次采样值为上次采样值 y。在本程序中， y取为2。

max5102的d/a转换子程序

max5102的时序如图3所示。选中转换的通道后，/wr为"0"时将数字信号转变成对应的模拟信号，即在数字量为00h～ffh变化的过程中，输出端
对应输出0～vref电压值。/wr变"1"后数据锁存，输出电压保持不变。

；d/a转换子程序
writ equ p3.3 ；max5102's chip select
a0 equ p3.7
dac：setb a0
mov p1， data1
clr writ
setb writ

结束语

本文所述的智能传感器以研制成功，并小批量试生产，因其具有体积小、成本低、使用简单方便、不易受环境的影响、稳定性好、易于与检测控制系统相连等优点，有着较广泛的应用