趙素玲

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，許多產(chǎn)品的儲(chǔ)存都是在具體的環(huán)境中進(jìn)行的，庫房環(huán)境的優(yōu)劣直接影響著存放產(chǎn)品的質(zhì)量以及壽命。在庫房環(huán)境的因素中，最重要的兩個(gè)因素就是庫房的溫度和濕度，適宜的濕度和溫度不但不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的存放造成傷害，還能夠有效地延緩產(chǎn)品材料的老化等?；谝陨系脑颍诋a(chǎn)品的存放過程中必須要對(duì)庫房的溫度和濕度進(jìn)行有效的監(jiān)控，并且需要根據(jù)監(jiān)控得到的溫度和濕度進(jìn)行調(diào)整，以此來達(dá)到最佳的產(chǎn)品存儲(chǔ)環(huán)境。本文以某檔案資料室的庫房環(huán)境為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出了一種基于單片機(jī)的庫房恒溫恒濕測控系統(tǒng)。以AT89C51作為主控制器，整個(gè)系統(tǒng)可以分為四個(gè)部分，分別是環(huán)境溫濕度檢測模塊，單片機(jī)控制模塊，顯示模塊和偏差調(diào)整模塊。

關(guān)鍵詞：庫房；溫濕度；傳感器；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0296-03

檔案是承受檔案內(nèi)容的載體材料和反映檔案內(nèi)容的記錄材料組成的，隨著科學(xué)的發(fā)展和數(shù)字化技術(shù)的普及，數(shù)字檔案館正在興起，但是就目前而言，檔案的記錄仍然以紙質(zhì)材料為主。紙質(zhì)檔案已經(jīng)成為人類文化遺產(chǎn)的重要?dú)v史見證，屬于可重復(fù)利用但是非再生的歷史性文化遺產(chǎn)?；诩堎|(zhì)檔案的重要性，如何保存人類歷史上浩如煙海的紙質(zhì)檔案一直是人類歷史上最嚴(yán)峻的問題之一。相關(guān)研究表明，紙質(zhì)檔案的存放主要受到存放環(huán)境溫度與濕度的綜合作用與影響。

1 系統(tǒng)主要指標(biāo)及特點(diǎn)

整個(gè)系統(tǒng)的功能指標(biāo)主要由溫濕度傳感器、除濕器以及散熱風(fēng)機(jī)決定。溫濕度傳感器采用集成溫濕度傳感器，其中溫度測量范圍為-55～+65℃，溫控精度為±0.5℃；濕度測量范圍為：0～99%RH，濕度測量精度為±3%RH。除濕機(jī)：采用工業(yè)冷凝除濕機(jī)。散熱風(fēng)機(jī)：采用220V交流市電供電的工業(yè)用散熱風(fēng)機(jī)。

系統(tǒng)的特點(diǎn)是：

1）庫房現(xiàn)場所用的溫濕度檢測傳感器實(shí)行數(shù)字化輸出，不但使得外圍電路得到了最大程度上的簡化，而且由于外圍器件的減少，系統(tǒng)的可靠性得到了提高；

2）采用分布式測控系統(tǒng)，每個(gè)傳感器的通信總線上都可以連接多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，符合現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場的布線要求；

3）上位機(jī)的設(shè)計(jì)使得用戶無需在庫房之內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)溫濕度的監(jiān)控；

4）上位機(jī)中實(shí)時(shí)顯示各個(gè)傳感器的工作情況，便于用戶對(duì)損壞的器件進(jìn)行檢修。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)硬件部分的設(shè)計(jì)主要包括傳感器檢測模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、偏差執(zhí)行機(jī)構(gòu)。溫濕度傳感器選用SHT11溫濕度傳感器，這是因?yàn)镾HT11不但能夠?qū)Νh(huán)境的溫度進(jìn)行測量，還能夠?qū)Νh(huán)境的濕度進(jìn)行檢測，這恰恰能夠滿足系統(tǒng)的要求，并且由于溫度與濕度的信號(hào)都以數(shù)字化的形式進(jìn)行輸出，不需要外接其他的信號(hào)處理以及A/D轉(zhuǎn)換模塊。

SHT11屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝器件，該溫濕度傳感器將傳感元件與信號(hào)處理電路集成在同一塊微型電路板中，可以實(shí)現(xiàn)全標(biāo)定的數(shù)字化輸出，整片傳感器采用CMOS工藝進(jìn)行制造，因此產(chǎn)品具有高可靠性和穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式高分子濕敏元件用于濕度檢測，間隙材料制成的測溫元件用以進(jìn)行溫度檢測，除此之外，芯片內(nèi)部還集成可一個(gè)14分辨率為14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串口通信電路，所有這些器件共同組成了一個(gè)高精度的溫濕度檢測傳感器。芯片的外部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在主控制器選擇上，設(shè)計(jì)選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)來作為系統(tǒng)的主控芯片。AT89C51是一款8位的高性能單片機(jī)，由于該芯片采用高性能的CMOS技術(shù)生產(chǎn)，因此該芯片在使用過程中具有良好的低功耗以、穩(wěn)定性與可靠性。其主要性能參數(shù)如下所示。

1）單片機(jī)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；

2）內(nèi)部集成4K字節(jié)的可擦寫Flash高速存儲(chǔ)器；

3）128×8字節(jié)的內(nèi)部RAM；

4）32個(gè)可編程I/O口；

5）2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

6）片內(nèi)含有6個(gè)中斷源；

7）可編程的串行UART通道。

為了滿足不同用戶的需求，AT89C51設(shè)計(jì)了多種封裝形式以供用戶進(jìn)行選擇，其封裝形式主要有PDIP、PQFP、TQFP以及PLCC等，用戶可以根據(jù)制版的需要選用合適的封裝形式。在設(shè)計(jì)中為了方便制作電路板，選擇PDIP的封裝形式。其引腳圖如圖3所示。

測量結(jié)束之后就需要傳輸測量數(shù)據(jù)，整個(gè)測量數(shù)據(jù)由2字節(jié)的測量信息與1字節(jié)的CRC校驗(yàn)組成，校驗(yàn)位不是必須，用戶可以自由選擇。當(dāng)收到CRC確認(rèn)位之后表示通訊結(jié)束，如果沒有選擇CRC校驗(yàn)，則以檢測到LSB為通訊結(jié)束標(biāo)志位。測量和通信結(jié)束后，SHT11自動(dòng)進(jìn)入休眠模式。

用戶可以對(duì)SHT11的狀態(tài)寄存器發(fā)送指令來實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)功能，譬如電量不足提示或者分辨率的選擇等，由于在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中沒有用到這些功能，因而在此不作贅述。設(shè)計(jì)需要顯示溫度和濕度在當(dāng)前環(huán)境信息。系統(tǒng)采用液晶顯示屏LCD顯示數(shù)據(jù)，主流市場上綜合考慮后1602顯示數(shù)據(jù)。1602并行數(shù)據(jù)顯示模式，用戶可以自行設(shè)定數(shù)據(jù)的顯示方式和位置?；静僮鲿r(shí)序如表3所示。

在此由于篇幅所限就不提供全部程序了。

4 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后，并不意味著系統(tǒng)已經(jīng)完成。還需要驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，這就需要進(jìn)行仿真和調(diào)試。通常仿真和調(diào)試占整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間和精力的大部分，可以看出仿真和系統(tǒng)調(diào)試的重要性。系統(tǒng)調(diào)試的過程并不是一帆風(fēng)順的。有些錯(cuò)誤時(shí)有發(fā)生，但在我的不懈努力下終于發(fā)現(xiàn)問題和糾正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在設(shè)計(jì)中存在的問題和解決方案主要有以下幾個(gè)方面。

1）在電源模塊的仿真過程，調(diào)試輸出值仍不能滿足設(shè)計(jì)要求，在錯(cuò)誤的原則調(diào)查不是變壓器線圈組變成原來的號(hào)碼，后的線圈上設(shè)置數(shù)達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

2）模擬軟件，發(fā)現(xiàn)1602出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象。后來，調(diào)試步驟調(diào)用顯示程序后發(fā)現(xiàn)，沒有之前1602初始化，加入顯示程序初始化程序得到正確的結(jié)果。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)以某檔案室的溫濕度環(huán)境控制為研究對(duì)象，在認(rèn)真分析溫濕度對(duì)檔案室紙張的影響之后，提出了一種基于單片機(jī)的溫濕度測控系統(tǒng)。雖然通過仿真表明整個(gè)設(shè)計(jì)完全能夠滿足溫濕度測控的要求，但是在整個(gè)系統(tǒng)中仍然有一些問題存在需要在后續(xù)的學(xué)習(xí)中得到改善。

1）所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)只含有一個(gè)溫濕度傳感器，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中應(yīng)該在同一個(gè)環(huán)境中放置多個(gè)溫濕度傳感器從而實(shí)現(xiàn)分布式測量系統(tǒng)，更符合現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展要求。

2）在偏差執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制上該設(shè)計(jì)沒有引入算法，在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)引入算法的控制，譬如PID算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法等，通過算法的引進(jìn)可以大大提高執(zhí)行器的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江澤民. 能源發(fā)展趨勢及主要節(jié)能措施[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 1989，23（3）.

[2] 張曉麗， 楊永. 論建筑節(jié)能中環(huán)境保護(hù)[J]. 黑龍江科技信息， 2007（22）.

[3] 刁乃仁， 方肇洪. 地源熱泵—建筑節(jié)能新技術(shù)[J]. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào)， 2004， 23（3）.

[4] 盧佩， 劉效勇. 溫室大棚溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J]. 農(nóng)機(jī)化研究， 2010（1）.