徐德明　楊清志

（毫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程系　安徽毫州　236800）

基于AT89S52中藥材倉庫溫濕度自動(dòng)監(jiān)控與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

徐德明楊清志

（毫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程系安徽毫州236800）

中藥材的存儲(chǔ)對(duì)環(huán)境的溫濕度要求非常高，需24小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。目前市場上常見的家用溫濕度計(jì)只能進(jìn)行溫濕度測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，而成套的監(jiān)控系統(tǒng)不夠靈活，且價(jià)格昂貴。針對(duì)這種現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套低功耗、低成本的基于AT89S52單片機(jī)的中藥材倉庫溫濕度自動(dòng)監(jiān)控與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中藥材倉庫溫濕度連續(xù)的自動(dòng)監(jiān)控與調(diào)節(jié)，具有研究與應(yīng)用價(jià)值。

溫濕度；監(jiān)控與調(diào)節(jié)；SHT21；AT89S52

藥品質(zhì)量關(guān)系到人體健康與生命安全，環(huán)境溫濕度過高或過低都會(huì)影響藥效，甚至變質(zhì)。按國家食品藥品監(jiān)督管理總局于2015年6月25日頒布實(shí)施的《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》（2015第13號(hào)令）規(guī)定，儲(chǔ)存藥品的庫房必須配備能有效監(jiān)測(cè)和調(diào)控溫濕度的設(shè)備［1］。由于中藥材一般不采用密封包裝，更容易受溫濕度影響，不同性狀的中藥材對(duì)溫濕度要求也不一樣，因此對(duì)中藥材倉庫的溫濕度監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)要求更高，需要不間斷監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。雖然市場上有成套的溫濕度監(jiān)控與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但由于價(jià)格昂貴，使用不靈活，一般還是用人工調(diào)節(jié)溫濕度，可靠性不高。

基于以上現(xiàn)狀，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)和SHT21溫濕度傳感器的中藥材溫濕度自動(dòng)監(jiān)控與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。與同類產(chǎn)品相比，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本較低使用靈活，且易于進(jìn)行功能擴(kuò)展［2］。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與原理

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1，由溫濕度傳感器SHT21、參數(shù)設(shè)定鍵盤、單片機(jī)AT89S52、LCD1602顯示器、報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路及電源模塊等組成［3］。具體工作過程是：溫濕度傳感器SHT21首先進(jìn)行溫濕度測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)送入單片機(jī)AT89S52，單片機(jī)通過顯示器把測(cè)量結(jié)果顯示出來，同時(shí)與通過鍵盤設(shè)定的溫濕度允許值進(jìn)行比較，一旦測(cè)量結(jié)果超限，立即啟動(dòng)聲光報(bào)警，并接通驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

需要指出的是，一般的存儲(chǔ)倉庫只要求低溫干燥而不需要加熱和加濕，但由于中藥材的特殊性，溫濕度過高或過低都會(huì)破壞其活性從而降低藥效。按《藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范》第八十五條規(guī)定，藥品存儲(chǔ)應(yīng)按包裝標(biāo)示的溫度，相對(duì)濕度為35%～75%［1］。因此本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)調(diào)節(jié)，包括制冷、除濕和加熱、加濕，而且為了增加可靠性，用四個(gè)電路分開控制。

二、硬件選擇與電路設(shè)計(jì)

（一）溫濕度傳感器。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要目的是溫濕度自動(dòng)監(jiān)控與調(diào)節(jié)，對(duì)倉庫中溫濕度檢測(cè)精度要求不高，但必須保證工作的可靠性與穩(wěn)定性。經(jīng)查閱并研究相關(guān)技術(shù)資料，本設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器選用SHT21溫濕度傳感器。通過查閱其技術(shù)資料（見參考文獻(xiàn)［4］）可知，該傳感器是低功耗數(shù)字傳感器，測(cè)量范圍-40℃～125℃，0～100%RH，精度±0.5℃，±2% RH，典型特點(diǎn)就是具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性，非常適合本設(shè)計(jì)使用。

（二）電源模塊電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的溫濕度傳感器SHT21和輸入鍵盤、報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路工作電壓為3.3V，而單片機(jī)AT89S52和顯示器LCD1602工作電壓為5V。由于本設(shè)計(jì)采用的都是低功耗器件，為了使用方便，采用兩節(jié)3V的紐扣電池供電，通過AMS1117模塊把電源輸入的6V電壓轉(zhuǎn)化為3.3V，再對(duì)SHT21和報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路等供電，其電源電路如圖2所示［5］。通過LM1086IS-5.0模塊，把輸入電壓轉(zhuǎn)化為5V電壓對(duì)單片機(jī)和顯示器等供電，電源電路如圖3所示。

圖2　3.3V電壓電路設(shè)計(jì)

圖3　5V電壓電路設(shè)計(jì)

（三）鍵盤電路設(shè)計(jì)?？紤]到不同中藥材對(duì)溫濕度要求不同，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要一個(gè)輸入鍵盤，用于設(shè)定驅(qū)動(dòng)與報(bào)警電路的溫濕度上下限。鍵盤設(shè)計(jì)見圖4，S1用于溫濕度切換，S2/S3用于上下翻，S4用于確認(rèn)。

圖4　鍵盤電路設(shè)計(jì)

（四）單片機(jī)及其外圍器件。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的溫濕度傳感器是數(shù)字傳感器，單片機(jī)無需作復(fù)雜處理和運(yùn)算，因此選用價(jià)格低廉而工作可靠的AT89S52單片機(jī)，該單片機(jī)技術(shù)成熟抗干擾強(qiáng)，能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要［6］。與單片機(jī)相連的LCD1602液晶顯示器等外圍電路如圖5所示。

圖5　AT89S52單片機(jī)及LCD1602等外圍電路

（五）報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)如圖6，溫濕度在設(shè)定范圍之內(nèi)時(shí)Q1截止，報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路不工作。當(dāng)溫濕度超限時(shí)單片機(jī)AT89S52會(huì)根據(jù)程序設(shè)定向給三極管Q1的基極一個(gè)低電平使其導(dǎo)通，從而接通光電耦合器件MOC3041，驅(qū)動(dòng)電路開始工作（系統(tǒng)的加熱、制冷、加濕、除濕四個(gè)控制電路的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)相同，此處不再重復(fù)）。

另外，為了防止誤判以加強(qiáng)工作的可靠性，設(shè)計(jì)中加了一個(gè)與發(fā)光二極管串聯(lián)的蜂鳴器，一旦溫濕度超限啟動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備時(shí)，蜂鳴器也同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，以提醒值班人員注意。

圖6　聲光報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)主程序

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主程序如圖7，工作流程是：系統(tǒng)上電工作后首先讀取存儲(chǔ)程序和鍵盤輸入的參數(shù)設(shè)置（為了使用方便，系統(tǒng)默認(rèn)溫度范圍2℃～20℃；濕度范圍35%RH～75% RH），然后通過溫濕度傳感器獲取溫濕度數(shù)據(jù)，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果測(cè)量數(shù)據(jù)在設(shè)定范圍之內(nèi)，則返回繼續(xù)監(jiān)控，而顯示器、報(bào)警與驅(qū)動(dòng)電路等處于休眠狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)低功耗。如果監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)超限，則立即喚醒電路顯示結(jié)果，啟動(dòng)聲光報(bào)警和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行相應(yīng)的溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖7　溫濕度自動(dòng)監(jiān)控與調(diào)節(jié)流程圖

四、系統(tǒng)試驗(yàn)

系統(tǒng)試驗(yàn)內(nèi)容是溫濕度測(cè)量精確度和報(bào)警與驅(qū)動(dòng)的可靠性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示（按系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置：溫度范圍2℃～20℃；濕度范圍35%RH～75%RH）。結(jié)果表明，系統(tǒng)誤報(bào)/誤動(dòng)為零，工作可靠。測(cè)量誤差隨溫濕度增大而有所增大，但不超過±0.3℃，±2.2%RH，精度符合要求。

表1　溫濕度監(jiān)控與調(diào)節(jié)測(cè)試數(shù)據(jù)

五、結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)、傳感器等器件實(shí)現(xiàn)溫濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)，價(jià)格低廉容易實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)具有存儲(chǔ)功能，能儲(chǔ)存近期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此還便于調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)功耗低體積小使用靈活，也適用于其他需要進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)的場合。

［1］國家食品藥品監(jiān)督管理總局.藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范［R］.2015-06-25.

［2］齊鐵，李欣，王志國，等.基于LabVIEW的智能溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究［J］.綏化學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（3）：158-160.

［3］孫姍姍，李欣.基于STC89C51單片機(jī)的智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.綏化學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（5）：155.

［4］SHT21溫濕度傳感器［EB/OL］.http://www.sensirion.com. cn/products/humidity-temperature/humidity-sensor-sht21/.

［5］楊清志，張喜紅.基于STC89C52輸液監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（6）：54.

［6］張祥.基于單片機(jī)的藥品倉庫溫濕度短信報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.大連：大連海事大學(xué)，2013.

［責(zé)任編輯鄭麗娟］

TP277

A

2095-0438（2016）09-0158-03

2016-04-24

徐德明（1971-），男，安徽廬江人，亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程系講師，碩士，研究方向:電工電子教學(xué)與研究。

安徽省教育廳重點(diǎn)教研項(xiàng)目（2015jyxm535）；安徽省高等教育振興計(jì)劃項(xiàng)目（2013cgtg040）