### 硬件设计
仪表的硬件部分由独立的温湿度通道电源电路、采样电路、信号调节电路、模数转换电路、光电隔离电路等组成。核心处理器采用AT89S52单片机，同时配备了LED显示电路、通讯电路和键盘电路。这种设计确保了仪表的稳定性和可靠性。
### 温湿度变送器
该仪表采用的温湿度变送器，能将非电量的温度湿度信号转换为4～20 mA的电量信号。这里选用的是奥地利E+E公司的高性能温湿度综合变送器EE10-FT6，其特点包括24 V DC供电、温度和湿度量程分别为0～50℃和0～100％、高精度测量等。
### 隔离测量技术
为了消除共地信号对测量的影响，仪表采用了两组独立测量电路，通过普通光耦与处理器接口，虽然成本稍高，但方案可靠且调试方便。
### 电流测量与信号处理
4～20 mA的电流测量通过125 Ω／0.1％的精密电阻来实现，而模拟信号变换则采用TI公司的轨对轨运放TLC2252和AD公司的模数转换器AD1286U。这些元器件的选择，确保了仪表的高精度和高分辨率。
### 数字滤波技术
为了进一步提高测量精度，仪表在软件上采用了多次测量排序取中值后进行一阶惯性滤波的方法。这种滤波技术有效地防止了测量值的频繁跳跃，满足了惯性物理量的测量需求。
### 网络通信技术
仪表采用RS 485通信，通信规约为Modbus-RTU，通过MODBUS-PROFIBUS网关与西门子DDC通信，实现远程数据传输和集中监控。
### 精度校准与参数设定
仪表出厂前已经过校准，但考虑到长期运行后的元器件老化及环境温度变化，仪表设有精度校准功能。用户可通过网络或仪表按键进行参数设定，且设定值在掉电后不会丢失。
### 软件设计
软件设计包括温度测量子程序、湿度测量子程序、键盘扫描及实现子程序、校准子程序等。中断服务程序用于处理定时器中断和通信中断，确保了仪表的实时性和多任务处理能力。
### 应用与总结
这款智能化温湿度显示仪已经成功应用于上海市检测中心的400个实验室，运行状况良好，与DDC间的绝对误差不超过±0.03℃。其精确的测量、稳定的性能和便捷的远程传输功能，为实验室环境监测提供了可靠的解决方案。
本文描述的是一种支持实验室温度湿度进行测量、显示并远传的智能化仪表。本仪表不同于市场上众多同类产品，他可以很好地满足现场高精度、高分辨率及网络传输的要求。
1、温湿度显示仪的硬件设计
本仪表的硬件电路部分主要是有温、湿度通道独立电源电路，温、湿度采样电路，信号调节电路，模数转换电路，光电隔离电路，处理器采用AT89S52单片机，同时还有LED显示电路，通讯电路，键盘电路等构成，其结构图如图1所示。以下将对各部分的电路做相应的介绍。
1.1 温度湿度变送器
非电量的温度湿度信号通过变送器形成4～20 mA电量信号。本方案中采用了奥地利E+E公司的EE10-FT6的高性能温湿度综合变送器。
EE10一FT6产品特点：
（1）24 V DC供电；
（2）温度量程：O～50℃；湿度量程：0～100％；
（3）温度精度：±0.1℃；湿度精度：1.0％；
（4）输入阻抗：≤500 Ω；
（5）接线方式：三线（电源正端、温度输出线、湿度输出线）。
1.2 隔离测量技术
常规温度湿度测量，往往将温度、湿度信号共地，利用一套测量电路即可。在本方案中，变送器的输出要先行接入温湿度显示仪（前端），再串接于DDC（直接数字控制器）后端构成变送器回路，变送器电源由DDC来提供，因此由变送器输出的两路共地信号在前端需要进行隔离测量，以消除对后端测量的影响。即两端串联并同时测量一对共地信号。对于模拟量隔离测量，笔者曾经考虑3套方案：
方案一“虚”隔离，即采用差分测量技术，将差分一端经过一适当电阻接地，这种方案成本最低，但是对于运放的要求十分苛刻，而且稳定性不高。
方案二 采用线性光耦隔离，但线性光耦难以调试，离散性大，需要周边元器件多（运算放大器），而且光耦前端仍需隔离电源，后端仍需模数转换器。
方案三 采用两组独立测量电路，然后通过普通光耦与处理器接口，需要两套隔离电源，两组测量部分，成本稍高，但此种方案最可靠，调试方便，因而最终被采用，如图2所示。
l.3 4～20 mA电流测量
采样电阻采用125 Ω／0.1％精密电阻，这样，只需测量O.5～2.5 V电压信号即可。
1.4放大器及模数转换器应用
本温湿度显示仪模拟信号变换采用TI公司的轨对轨运放TLC2252，该放大器最大的特点一是输出可达电源满幅，二是失调电压较小，0.5 mV，价格较低，适合本仪表应用。
模数转换器（ADC）采用TI公司的ADS1286U，此芯片主要性能有：
（1）分辨率：12位；
（2）最高采样频率：20 kHz；
（3）INL：±2LSB／max；
（4）DNL：±1LSB／max；
（5）接口方式：两线制
（6）参考电压：外接。
1.5分辨率及精度
本仪表需要满足的要求：分辨率方面，温度显示到O.01℃，湿度显示到0.1％；精度方面，要达到与自控系统的DDC测量值之间的绝对误差不得大于±0．03℃。这样的苛刻要求使得本仪表在软硬件方面都必须做的非常到位。
1.6数字滤波技术
为满足以上分辨率及精度的要求，除了在硬件上选择性价比高的元器件以及较高的PCB板技术外，在软件上做了较多的工作。因为温度湿度物理量是惯性环节，时间常数较大，量值不会产生突变，故滤波时间可以很长。本仪表中采用多次测量排序取中值然后再进行一阶惯性滤波的方法，数学表达式如下：
其中Xn-1为上次实际温湿度值；Xn-2本次经过排序取来的中值；Xn为当前的温湿度值；A为滤波时间常数，作为系数。
这样做的目的是防止某些测量突变，以及满足惯性物理量的测量，使得测量值不会频繁跳跃，可以满足需求。
1.7 网络通信技术
本仪表采用RS 485通信，通信规约为MODBUS-RTU，然后通过MODBUS-PROFIBUS网关与西门子DDC通信，波特率为38.4 kb／s。总线采用轮询方式，后台
机对各个房间温湿度进行采集，作为房间温度湿度集中监控的依据。
1.8精度校准及参数
本仪表出厂前均已校准，但考虑到长期运行后，元器件老化及环境温度的变化，可能会造成仪表出现精度偏差，故仪表上设有精度校准功能。校准时，需要一只标准4～20 mA信号表，按照显示提示，分别将信号源调至各档位，然后由仪表自动校准，校准系数值存入非易失性存储器中。
本仪表具有现场手动调校功能，调节电位器旋钮可使得温度湿度在某个短量程范围内更加精准。
所有的参数设定都可通过网络或仪表按键进行操作，掉电不丢失。
2、 温湿度显示仪的软件设计
主要程序包括：温度测量子程序、湿度测量子程序、键盘扫描及实现子程序、校准子程序，其中测量子程序内嵌模数转换、数据处理、形成显示数据等；键盘扫描及实现子程序内嵌显示页面切换、参数设定、校准确认等；校准子程序内嵌双通道切换校准及校准数值存储等。中断服务程序包括：定时器中断（用于显示）子程序、通信中断子程序。主程序为依次循环执行，综合外部操作（键盘），实现仪表多重功能；中断服务程序可以随时中断主程序的执行，两者互不影响。
本仪表中模数转换是关键，除了在硬件上保证信号的较好处理外，软件上的处理就显得很重要了，下面给出模数转换器ADS1286的访问程序，此芯片的DATASHEET 上时序逻辑只是一个基本的过程，具体要得出可靠的数值，需要在调试中摸索，这个程序是笔者调试好的，效果不错。
说明：本子程序转换后的12位AD值存放于02H／03H中。
说明：本中断服务程序为MODBUS从站响应程序，本仪表只用到MODBUS功能码中的03号及06号，即模拟量遥测及参数设定。
3、 结 语
本仪表成功应用于上海市检测中心400个实验室中目前运行状况良好，与DDC间绝对误差不超过±O.03℃。
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