摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)、各種傳感器的精度日益提高，人們對(duì)檔案館自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)有了更高的要求。文中就影響檔案存放質(zhì)量的環(huán)境因素，首次提出“館情”的概念；針對(duì)館內(nèi)溫濕度是嚴(yán)重影響著檔案館存放檔案質(zhì)量的問(wèn)題，作者又重點(diǎn)介紹了溫濕度數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)和軟硬件的設(shè)計(jì)方法，這為“館情”自動(dòng)獲取技術(shù)方法研究提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：館情；數(shù)據(jù)獲?。弧梆^情”指標(biāo)

Abstract：With the great development of Computer Science， MCU and kinds of precision sensor， People give the high requirement for Archives Automatic Detecting. This paper put forward the concept of “Archives Environment”， Temperature and Humidity being as the main content of “Archives Environment”， affect the quality of file. So，The paper introduces the method of Obtaining temperature and humidity on hardware and software. This method provides the technical support for “Archives Environment”.

Key Words: Archives Environment; Obtaining Data; Archives Environment Index

1 研究的目的及意義

1.1 館情概念的提出。檔案館庫(kù)房受著各種環(huán)境的影響，包括庫(kù)房溫度、濕度、各種有害氣體濃度、有害微生物、蟲(chóng)害、大氣污染、塵埃、光照等，其共同作用影響了檔案的存放質(zhì)量。本文把以上環(huán)境作用下檔案館存放檔案質(zhì)量的情況稱為“館情”。

1.2 研究的目的及意義。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)、傳感器的精度日益提高，人們對(duì)獲取信息技術(shù)有了更高的要求，及時(shí)準(zhǔn)確的信息資源正日益成為政府機(jī)關(guān)及企業(yè)單位提高工作效率快速發(fā)展、穩(wěn)步成長(zhǎng)的必備條件。信息時(shí)代的到來(lái)，工作效率日漸提高，同時(shí)，也給檔案管理部門帶來(lái)了更大壓力。檔案部門在及時(shí)準(zhǔn)確地提供各種參考材料的同時(shí)，還要做好檔案，特別是紙質(zhì)檔案的保存工作，若無(wú)法做到這一點(diǎn)，將成為企業(yè)發(fā)展、機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的瓶頸。本課題正是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)和傳感器技術(shù)及數(shù)據(jù)處理理論，來(lái)研究檔案館“館情”的自動(dòng)獲取技術(shù)，為檔案保護(hù)工作提供可靠的參考價(jià)值。

檔案館“館情”的諸多影響因素中，溫濕度是其主要原因之一，本文由于篇幅所限，在此處，僅研究“館情”中溫濕度數(shù)據(jù)的獲取方法。

2 “館情”中溫濕度對(duì)紙質(zhì)檔案的影響

檔案是由承受檔案內(nèi)容的載體材料和反映檔案內(nèi)容的記錄材料組成的。盡管信息時(shí)代的到來(lái)為檔案的存放提供了新的載體，但是，就目前而言，我國(guó)在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，仍然以紙質(zhì)檔案為主。

溫濕度作用因子是檔案制成材料老化最主要的因素之一。溫度過(guò)高，就會(huì)加速檔案制成材料老化，從而強(qiáng)度降低；濕度過(guò)高，使紙張含水量增加，加速紙張的酸性水解反應(yīng)，也會(huì)使水溶性的字跡材料洇化退色；另外，在高濕環(huán)境中，還可孳生霉菌，霉菌分泌的各種酶會(huì)使紙張黏結(jié)成檔案磚。[1]

因此，檔案庫(kù)房的溫濕度是影響檔案存放質(zhì)量的主要因素，是判斷“館情”質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

3 溫濕度數(shù)據(jù)獲取方法硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以PC機(jī)為上位機(jī)主控制器，單片機(jī)為下位機(jī)分控制檢測(cè)器，溫濕度傳感器置于被測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)啟動(dòng)后，溫濕度數(shù)據(jù)經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由控制檢測(cè)器（單片機(jī)）接收并經(jīng)處理后發(fā)送至上位PC機(jī)，最終，經(jīng)人機(jī)接口顯示給用戶，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

3.2 溫度數(shù)據(jù)的獲取。本課題考慮到實(shí)際環(huán)境及環(huán)境的特殊性，采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的新型溫度傳感器——DS18B20。它是一種可組網(wǎng)高精度數(shù)字式溫度傳感器，具有體積小、使用方便、封裝形式多樣等特點(diǎn)，可適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，本文認(rèn)為DS18B20非常適合館內(nèi)的溫度測(cè)量。[2]

DS18B20為一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，根據(jù)檔案庫(kù)房的環(huán)境特點(diǎn)，DS18B20完全可以滿足實(shí)際需求。硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

系統(tǒng)采用外部獨(dú)立供電方式，傳感器探頭可以直接與控制器連接，數(shù)據(jù)端口DQ上接4.7K的上拉電阻，在三根線上可同時(shí)并聯(lián)多個(gè)溫度傳感器，每臺(tái)分機(jī)上可以連接多根電纜，每根電纜上可以并聯(lián)幾十個(gè)點(diǎn)，構(gòu)成串行總線工作方式。由于18B20芯片送出的溫度信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，簡(jiǎn)化了A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)，提高了測(cè)量效率和精度；并且，芯片的ROM中存有其唯一標(biāo)識(shí)碼，即不存在相同標(biāo)識(shí)碼的DS18B20，特別適合與微處理芯片構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控。

3.3 濕度檢測(cè)模塊。在環(huán)境參數(shù)中，濕度是很難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。通過(guò)稱量烘干前后谷物的質(zhì)量來(lái)求濕度是傳統(tǒng)的谷物測(cè)濕方法，該方法的缺點(diǎn)是測(cè)量速度慢。在近年來(lái)的研究中，曾用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)的方法來(lái)測(cè)量谷物的濕度，但由于其精確度不夠，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代糧情監(jiān)控的要求。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步及市場(chǎng)需求的增加，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。[3]濕度傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化和數(shù)字化檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。

經(jīng)過(guò)篩選，本文選擇了盛世瑞恩公司生產(chǎn)的SHT11傳感器，即單片智能數(shù)字化溫濕傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大，體積小，價(jià)格低，精度較高，抗干擾能力強(qiáng)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在本課題中，采用SHT11濕度傳感器，完全能滿足實(shí)際需要。

濕度傳感器芯片SHT11采用二線串行數(shù)字接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件可采用C語(yǔ)言編寫，通過(guò)簡(jiǎn)單的控制協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)SHT11濕度數(shù)據(jù)采集工作，連接示意圖如圖3所示。[4]

4 溫濕度數(shù)據(jù)獲取的軟件設(shè)計(jì)

4.1 溫度數(shù)據(jù)獲取方法。用DS18B20單總線結(jié)構(gòu)構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集時(shí)，必須有非常嚴(yán)格的時(shí)序要求。多個(gè)DS18B20共同占用一根總線，必須將它們的64位序列號(hào)讀出來(lái)。在對(duì)單個(gè)DS18B20操作時(shí)，發(fā)出匹配命令，再將相應(yīng)的序列號(hào)發(fā)到總線上，總線即可識(shí)別此次操作是針對(duì)哪個(gè)DS18B20的。溫度數(shù)據(jù)獲取流程如圖4所示。

溫度獲取的初始化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，涉及傳感器非常嚴(yán)格的時(shí)序問(wèn)題，為此，本文設(shè)計(jì)了精確的初始化時(shí)序。初始化包括單片機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖和器件向單片機(jī)返回的存在脈沖。總線在開(kāi)始時(shí)刻，發(fā)出一最短為480us的低電平復(fù)位脈沖，接著，在該時(shí)刻，釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)，器件在接收到總線的電平上升沿后，等待15us～60us后，在下一時(shí)刻發(fā)出60us～240us時(shí)延的低電平存在脈沖信號(hào)，表明器件已接在總線上。[5]初始化程序如下所示。

void reset()//復(fù)位18b20

{ DQ_1820=1;

delay(8);

DQ_1820=0;

delay(80);//延時(shí)約540uS(要求>480us)

DQ_1820=1; //主機(jī)上拉DQ_1820

delay(14); //延時(shí)約60uS

while(!DQ_1820); }//等1820送出0信號(hào)

4.2 濕度數(shù)據(jù)獲取方法。SHT11測(cè)量過(guò)程包括4個(gè)部分：?jiǎn)?dòng)傳輸、發(fā)送測(cè)量命令、等待測(cè)量完成和讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，流程圖如圖5所示。

首先，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行初始化來(lái)啟動(dòng)SHT11測(cè)量時(shí)序，即在第一個(gè)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，并在第二個(gè)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為高電平，啟動(dòng)命令發(fā)送完畢。發(fā)送控制命令，控制命令包含3個(gè)地址位(目前，只支持“000”)和5個(gè)命令位。在第八個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，SHT11將DATA置為低電平(ACK位)，表示已正確地接收到指令；在發(fā)送第九個(gè)SCK時(shí)鐘作為命令確認(rèn)，第九個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA恢復(fù)高電平。

濕度傳感器芯片SHT11采用二線串行數(shù)字接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件可采用C語(yǔ)言編寫，通過(guò)簡(jiǎn)單的控制協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)SHT11濕度數(shù)據(jù)采集工作，連接圖與圖3類似。

4.3 濕度線性補(bǔ)償。SHT11的濕度輸出具有一定的非線性，很難用線性關(guān)系將其表示出來(lái)。由上述可知，溫度與濕度具有一定的相關(guān)性，因而，可在進(jìn)行線性補(bǔ)償后，進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)玫捷^為準(zhǔn)確的濕度值。

為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：

式中 為經(jīng)過(guò)線性補(bǔ)償后的濕度值，

為相對(duì)濕度測(cè)量值，C1、C2、C3為線性補(bǔ)償系數(shù)，取值可查閱《溫濕度傳感器SHT11數(shù)據(jù)手冊(cè)》。由于溫度對(duì)濕度的影響十分明顯，而實(shí)際溫度和測(cè)試參考溫度25℃有所不同，所以，對(duì)線性補(bǔ)償后的濕度值進(jìn)行溫度補(bǔ)償很有必要。補(bǔ)償公式如下：

式中，RH為經(jīng)過(guò)線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值，T為測(cè)試濕度值時(shí)的溫度(℃)，t1和t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)，取值查閱《溫濕度傳感器SHT11數(shù)據(jù)手冊(cè)》。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了館情檢測(cè)技術(shù)的總體實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)討論了溫濕度數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，為館情檢測(cè)提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

本文的研究方法，稍加改進(jìn)，即可用于其他室內(nèi)或倉(cāng)庫(kù)的溫濕度檢測(cè)，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇合適的傳感器探頭，系統(tǒng)軟硬件修改不大，具有較強(qiáng)的可推廣性。

注：本文系2011年河南省檔案局科技項(xiàng)目計(jì)劃——《檔案館館情自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究》，項(xiàng)目編號(hào)：2011-X-42。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李玉虎， 車增亮. 檔案紙張酸度檢測(cè)與分析[J]. 中國(guó)造紙，1987(1):44～49.

[2] 陳永利， 張自賓等. 糧食倉(cāng)庫(kù)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào)，2003，24(4):305～306.

[3] 翟春艷，岳修正等. 基于單片機(jī)的溫濕度感測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2011，19(12): 95～98.

[4] 郭俊旺， 衛(wèi)勇等. 基于SHT11溫濕傳感器的最小溫濕采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2006， 13(3):27～29.

[5] 徐愛(ài)群. 檔案自動(dòng)識(shí)別與存取技術(shù)研究及其自動(dòng)檔案系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 浙江:浙江大學(xué)碩士論文， 2003.

（作者單位：開(kāi)封大學(xué) 來(lái)稿日期：2011-11-24）