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        多點(diǎn)無線溫濕度監(jiān)控

        2018-03-06 19:39:54鐘佳霖
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2017年33期

        鐘佳霖

        摘 要:在現(xiàn)實(shí)生活中,很多產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的溫濕度都有著非常高的要求。目前的大部分的溫濕度監(jiān)控工作仍然依賴于人工,不僅占用大量人力資源而且缺乏科學(xué),甚至造成重大事故。本文分析了自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,后設(shè)計了一款多點(diǎn)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)使溫濕度監(jiān)控更科學(xué)高效,節(jié)約了大量人力資源。使對溫濕度要求較高的產(chǎn)業(yè)質(zhì)量得到保證。

        關(guān)鍵詞:溫濕度監(jiān)控 自動 多點(diǎn)無線

        中圖分類號:TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)11(c)-0011-02

        隨著科技的飛速發(fā)展和普及,各行各業(yè)對溫濕度的要求越來越高。比如在食品產(chǎn)業(yè)中,不適宜的溫濕度會帶來食品變質(zhì),從而引發(fā)安全問題;溫室種植和養(yǎng)殖對于溫濕度要求極為嚴(yán)格,不當(dāng)?shù)臏貪穸葧?dǎo)致動植物減產(chǎn)甚至死亡;藥品生產(chǎn)和運(yùn)輸過程必須按照相應(yīng)的溫濕度保存,不適當(dāng)?shù)沫h(huán)境會使藥物失效,甚至變得有毒。除此之外,電子產(chǎn)品生產(chǎn)線、冷庫、圖書館、博物館、醫(yī)院等領(lǐng)域也對溫濕度有著嚴(yán)格的要求。

        傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測工作是以人工為基礎(chǔ),依靠輪流值班等方式測量和記錄。這樣不僅效率低下,而且易出錯,甚至許多重大事故都是人為造成的。目前我國的許多單位和個體仍采用人工方法監(jiān)控記錄溫濕度,只有少部分單位引進(jìn)了自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

        自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛。它能擺脫人工監(jiān)測溫濕度的模式,從而避免很多人為因素導(dǎo)致的事故。因此有必要設(shè)計一套完整的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),這對科學(xué)的生產(chǎn)有著重大的意義。完整的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)在國外已經(jīng)非常廣泛得到應(yīng)用,在以下行業(yè)上的應(yīng)用也比較成熟。比如高級酒店、賓館、運(yùn)動場所等地都已安裝了自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),可以使室內(nèi)溫濕度保持在適宜的范圍內(nèi);溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在醫(yī)藥行業(yè),對藥品的儲存環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,確保藥品質(zhì)量;在種植作物的溫室大棚內(nèi)引進(jìn)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),時刻的監(jiān)控使作物科學(xué)生長。不難看出,國外的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀已經(jīng)到達(dá)實(shí)際應(yīng)用的階段,并在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化,推進(jìn)了各個行業(yè)的發(fā)展速度。

        1 總體方案

        多點(diǎn)無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計基于電氣控制原理、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)能夠檢測監(jiān)控地點(diǎn)的溫濕度,并且能夠?qū)?shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程無線射頻模塊實(shí)時傳送到本地。本系統(tǒng)最核心的地方就是溫濕度檢測、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送以及數(shù)據(jù)的處理和記錄,數(shù)據(jù)庫的建立。

        為了達(dá)到這個目的,本設(shè)計首先選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器,然后根據(jù)它的接口電路圖,焊接好檢測端的電路。溫濕度檢測成功后,下一步便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。因?yàn)樵O(shè)置了無線連接多個檢測點(diǎn),所以通訊采用2.4GHz射頻模塊,最終使得整個系統(tǒng)的各個檢測點(diǎn)與本地的良好通訊。采集到的數(shù)據(jù)會及時傳送給電腦端的上位機(jī)以供實(shí)時監(jiān)控,上位機(jī)將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫,方便再次調(diào)用查看。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能基本如此,之后再做一定的完善工作,最終使系統(tǒng)變得更加完善、運(yùn)行更加穩(wěn)定。

        2 硬件部分

        遠(yuǎn)程檢測端和本地的數(shù)據(jù)接收器均采用STM32F103單片機(jī),該單片機(jī)具有高性能低功耗、占用較小體積、使用方便靈活的特點(diǎn)。檢測端單片機(jī)通過讀取DHT11數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)來獲得當(dāng)前的溫濕度。DHT11模塊是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器為4針單排引腳封裝,單線制串行口,連接方便,使系統(tǒng)集成變得更加簡易快捷。

        接收和發(fā)送無線數(shù)據(jù)的NRF24L01模塊是一款新型單片射頻收發(fā)器件,通信頻率為2.4GHz,通信速度快,傳輸距離也比較遠(yuǎn)。射頻模塊內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能器件,輸出功率和通信頻道可進(jìn)行配置。該模塊功耗低,使通訊更節(jié)能。

        遠(yuǎn)程檢測端的電源由主柜內(nèi)引入,用于遠(yuǎn)程柜內(nèi)照明及供電,供電電壓經(jīng)由220V交流到12V以下直流的轉(zhuǎn)換,為遠(yuǎn)程柜內(nèi)的單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫濕度傳感器、無線射頻模塊供電。確保提供穩(wěn)定高效的電源。

        接收器由單片機(jī)最小系統(tǒng)和射頻模塊組成,可直連計算機(jī)的USB口,通過電平轉(zhuǎn)換與PC通信。該部分的電能由計算機(jī)提供。

        3 軟件部分

        對于本設(shè)計來說,如果硬件是基礎(chǔ),那么軟件就是靈魂。遠(yuǎn)程檢測端與接收器的單片機(jī)內(nèi)部程序均采用C語言編寫,使用模塊化編程,方便代碼的修改和優(yōu)化。遠(yuǎn)程檢測端的程序設(shè)定為上電后間隔很短時間不斷讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù),多次數(shù)據(jù)取樣后經(jīng)處理發(fā)送出去,以減小誤差。接收器則不斷接收數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC。PC上位機(jī)采用VB語言編寫,VB是一種結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮摹瑓f(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機(jī)制的可視化編程語言,擁有圖形用戶界面和快速應(yīng)用程序搭建的功能,且界面美觀。上位機(jī)實(shí)時顯示各點(diǎn)的當(dāng)前溫濕度,并以一定的時間間隔將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案選擇微軟的ACCESS來進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存,ACCESS的適用范圍較廣,能夠保存大量的數(shù)據(jù),安裝OFFICE的計算機(jī)都可以進(jìn)行查看,VB上位機(jī)也能方便的調(diào)用。ACCESS的數(shù)據(jù)穩(wěn)定,只要建立了數(shù)據(jù)源的連接,通過相關(guān)指令就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和調(diào)用。

        4 實(shí)際測試

        經(jīng)測試,遠(yuǎn)程檢測端的濕度測量范圍為20%~95%,誤差±5%。溫度測量范圍為0℃~50℃,誤差±5%。該系統(tǒng)中遠(yuǎn)程檢測端與接收端所用的通信速率為250kb/s,距離可達(dá)50m,信號可穿過一般的障礙物不會受到影響,準(zhǔn)確無誤符合實(shí)際需要。

        遠(yuǎn)程檢測端經(jīng)實(shí)際測試,總電流約為10mA,耗能50mW左右。主控單片機(jī)、傳感器與無線射頻模塊的功耗均符合節(jié)能要求。

        經(jīng)過多次在不同地點(diǎn)的測試,該系統(tǒng)可以用在食品藥品生產(chǎn)線、溫室大棚、養(yǎng)殖場、生產(chǎn)車間、機(jī)房、檔案室等場合,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定高效,可以很大程度上代替人工,提高實(shí)際效率。

        5 結(jié)語

        現(xiàn)代各產(chǎn)業(yè)對溫濕度要求越來越高。傳統(tǒng)的人工溫濕度監(jiān)測不僅效率低下,而且缺乏科學(xué)性和完整的管理。傳統(tǒng)方法會造成人力資源的浪費(fèi)和其它的不良后果。目前雖然國外很多行業(yè)的溫濕度監(jiān)控已經(jīng)不需要人力,但是我國許多單位及個體仍采用人工方式,難以做到實(shí)時,準(zhǔn)確,且存在各種各樣的問題。

        與國內(nèi)外行業(yè)相比較,該系統(tǒng)適應(yīng)性和靈活性更強(qiáng)。具有更高的性價比。

        由于成本較低,本設(shè)計在行業(yè)競爭中更具優(yōu)勢,經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn),便可得到大規(guī)模的應(yīng)用。下一步將開發(fā)出應(yīng)用范圍更廣的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng),可以極大程度減少勞動力的投入,同時還可以使生產(chǎn)更加高效,減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

        參考文獻(xiàn)

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