系统总体结构设计
系统基于MXT8051混合信号微处理器来开发，兼具低成本和高性能，主要包括六个部分：MXT8051处理器、温度传感器及调理电路、湿度传感器及调理电路、LCD显示和PC机管理软件，系统原理框图如图1所示。
系统以控制芯片MXT8051为控制核心，MXT8051内部集成144段式LCD驱动和5个外部中断源，能够满足微控制系统中对于人机信息交互的需要;其独特的可调增益放大器、恒流源、放大器模拟模块，可为电阻式传感器(如压力、温度、光线)或其他生物传感器提供完备的数据转换和采集系统。测温电路采用PT100，采用恒流源测温方式。测湿电路使用HIH4000，这是一型具有激光调整互换型的容性变化的单片集成电路，其输出电压与RH值呈线性关系，精度高，响应时间快，漂移小。存储器使用AT24C1024，可存储1Mbit数据。控制芯片MXT8051按照上位机软件设定的记录间隔(2秒～24小时连续可调)采集温度和湿度，并将检测到的数据存储到AT24C1024中。温度湿度记录通过USB转串口与PC机连接，通过上位机软件可设定记录开始时间，记录间隔等。
温度检测电路
本项目设计目标为测量范围-40℃～100℃，测量精度±0.5℃，分辨率为±0.1℃，基于性价比考虑，采用线性度相对较好的PT100作为本项目的温度传感器。
温度测量采用恒流源测温方式，测量调理电路如图2、图3所示，采用MXT8051的片上资源。如图2所示，利用OP0、VREF1、VREF2和外部电阻820Ω构成恒流源为传感器PT100供电。 如图3所示，OP1、OP2与可控电阻网络一起组成一个差分输入的PGA。OP3起调零的作用。两个可调电阻由RESCON控制，且具有相同的阻值，调节范围为100～355kΩ。
OP2的输出为： VOP20=VREF1+(21+0.2×RESCON)×(
) (1)
其中RESCON为特殊功能寄存器RESCON的值。
OP3的输出为： VOP30=2×[VREF1+(21+0.2×RESCON)]×(
)-VDAC (2)
通过AD通道3测量OP3的输出电压，计算出相应的PT100电阻值，查表得出实际检测的温度。
湿度检测电路
本文采用的湿度传感器是Honeywell公司生产的HIH-4000。这是具有激光调整互换型容性变化的单片集成电路，其输出电压与RH值呈线性关系，精度高，响应时间快，漂移小, 典型工作电流仅为200mA，令HIH-4000 系列非常适合低功耗，电池工作的系统。在标准工作电压(DC5V)和标准室温(25℃)下，随着RH值从0%到100%，对应的输出电压从0.96V到3.90V。本记录仪使用单节锂电池供电，而HIH-4000最佳工作电压是5V，因此采用AIC1896进行升压。使用AD通道1测量HIH-4000的工作电压，AD通道2测量湿度输出电压，因为AD的参考电压是1.26V，所以需要用300kΩ和100kΩ电阻进行分压。湿度调理电路如图4所示。
此时，相对湿度值计算公式如下：
(3)
V输出是HIH-4000的湿度输出电压，V供电是HIH-4000的工作电压。
数据存储传输设计
记录仪按照PC机管理软件所设定的记录间隔采集温度、湿度，并记录在EEPROM芯片AT24C1024上，记录容量为65528组数据。为了对采集到的数据进行深入处理(如统计分析、打印存档、绘制曲线图表等)，需将数据从送至计算机开始进行分析。本系统中，MXT8051具有UART通信口，可通过USB转串口芯片PL2303与PC机通信，使用以下通信协议：PC机命令组成(11个字节)：命令字、记录仪ID、数据内容。记录仪回应PC机的命令：命令字、记录仪ID、数据内容、OK。
低功耗设计
温湿度记录仪需要长时间工作，并采用单节锂电池供电，系统功耗是一个首要问题。本文采用以下几方面的措施：系统使用低频率的晶振，同时又要兼顾与PC机的通信速度，最终选择1.8432MHz的晶振;系统平时处于待机状态，MXT8051片上外设均停止工作，包括AD、PGA、给温度传感器供电的恒流源电路，当记录时间间隔到时才启动工作;湿度传感器供电电路平时关闭，当记录时间间隔到时才给湿度传感器供电。
PC机管理软件设计
PC机管理软件是在Dephi环境下设计完成的，可运行于Windows 操作平台，采用串口与记录仪进行通信，使用了SPComm V2.5串口控件，降低了开发难度，大大增加了可靠性。软件功能强大，使用方便，可通过列表显示数据和绘制曲线分析图，历史数据可以查询、保存和打印。软件启动时，首先对串口1到串口16发出查询指令，检测是否有设备连接，如果有设备则读取该记录仪内保存的数据，并通过列表和曲线图表示出来。读取出来的数据可以保存成文本或EXCEL格式。同时，可通过管理软件对记录仪进行配置，主要是调整记录仪时间，包括记录开始时间、记录间隔、工作模式(温度、湿度)等。
