鞏銀苗，魯西坤，景旭，宋繼超

（1.安陽工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，河南安陽，455000；2.國家電網(wǎng)安陽供電公司，河南安陽，455000）

0 引言

飛速進步的電子科學(xué)知識，帶動了單片機的技術(shù)知識的進步。采用單片機的自動控制系統(tǒng)，成為單片機的重要發(fā)展趨向，例如智能化的家居，銀行，超市等重要行業(yè)的安全防護系統(tǒng)等，都需要自動化的檢測與控制系統(tǒng)[1-4]。其中，倉庫環(huán)境參數(shù)的檢測與控制，對倉庫來說是非常重要的環(huán)節(jié)，合適的貨物貯存環(huán)境對貨物非常重要。溫濕度環(huán)境是倉庫存儲貨物的必要因素之一，倉庫的溫濕度環(huán)境是否適宜決定了倉庫的貨物能否完好地保存。因此，倉庫是否配自己的一套溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代存儲貨物的必要指標。

倉庫的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，在人類的社會生活中占據(jù)非常重要的地位。溫濕度對倉庫的防霉、防潮、防火災(zāi)起著必不可少的作用。以往的倉庫監(jiān)控則是利用溫度計、毛球濕度計、濕度試紙等較為簡單的測量工具來測量，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)、實時監(jiān)控。在對倉庫進行升、降溫時，由于不同的環(huán)境，參數(shù)也存在著或大或小的誤差，因此這種人工的監(jiān)控方式有諸多的弊端：誤差性大、耗時、費力、反饋滯后、效率極低，并且人為的操作很可能出現(xiàn)意想不到的結(jié)果和事故。

1 系統(tǒng)總設(shè)計方案

本系統(tǒng)的設(shè)計主要包括由單片機STC89C52控制模塊、DHT11溫濕度數(shù)據(jù)檢測部分、按鍵電路部分、溫濕度調(diào)節(jié)模塊和電源模塊等。

■1.1 系統(tǒng)總體框圖

硬件電路主要以單片機為監(jiān)控系統(tǒng)核心，通過LCD顯示器實時地顯示溫濕度傳感器檢測到的溫濕度值，閥值是通過AT24C02存儲的，實現(xiàn)斷電保存，過閥則相應(yīng)的報警驅(qū)動。本監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 溫濕度監(jiān)控方框圖

該監(jiān)控系統(tǒng)的主要模塊單片機STC89C52控制模塊，作用是進行數(shù)據(jù)的對比與處理；利用DHT系列溫濕度傳感器來進行環(huán)境參數(shù)的實時采??；當(dāng)前環(huán)境溫度和濕度的實時顯示用到的是LCD液晶模塊；監(jiān)控系統(tǒng)溫濕度上下范圍的設(shè)定用到的是按鍵模塊；報警模塊用來對環(huán)境溫濕度越過上下范圍時起到警示作用；溫濕度調(diào)節(jié)模塊，是外接模塊，用來對環(huán)境溫濕度的控制，進行合理的調(diào)節(jié)；電源部分，為該溫濕度監(jiān)控設(shè)計中的各個模塊進行電源的提供。

■1.2 單片機控制器的選型

單片機是用來接收溫濕度傳感器傳來的環(huán)境參數(shù)，并進行處理。單片機會將接收到的數(shù)據(jù)進行比較、處理，然后會根據(jù)處理的結(jié)果來決定是否需要向警報模塊發(fā)送報警指令。當(dāng)需要發(fā)送控制和報警指令，則傳送特信號指令，并接通外置控系統(tǒng)，并且憑借外置控制系統(tǒng)或的執(zhí)行結(jié)果來判斷是否解除警示。STC89C52系列單片機是STC推出的新一代單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾、超低價的性能，它的8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器，有用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，能靈活、超有效地解決眾多的嵌入式應(yīng)用控制系統(tǒng)。

2 硬件電路設(shè)計

■2.1 電源電路設(shè)計

本監(jiān)控系統(tǒng)采用的是DHT11的溫濕度傳感器，電源要求5V，因此要將220V交流電壓經(jīng)過降壓，變成12V交流輸入，再通過橋式整流電路將低壓交流電轉(zhuǎn)為直流電，當(dāng)然，這其中會含有一些諧波和脈動，所以還需要通過濾波，將雜質(zhì)濾掉，這樣成為溫濕度傳感器可以使用的電源。但是，由于直流電壓是很不穩(wěn)定的，所以，還需要實現(xiàn)穩(wěn)壓操作，這就需要用到一個IM7805的三端穩(wěn)壓管。這樣，溫濕度傳感器和單片機芯片就有了穩(wěn)定的電源來提供電壓。本電源電路的設(shè)計不僅提高電源的抗干擾能力，還可提高電源的可靠性。系統(tǒng)電源圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電源圖

■2.2 濕溫度采集模塊的選型

收集溫度和濕度參數(shù)是溫濕度采集外設(shè)的唯一功能，然后運用模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換，再將變換后的數(shù)字信號傳送給控制短的外部設(shè)備，因此，本系統(tǒng)設(shè)計的溫濕度采集模塊的主要功能就是用來采集倉庫環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)，并進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

本系統(tǒng)選用的溫濕度傳感器為DHT11。這款數(shù)字溫濕度傳感器是一款很適用于倉庫監(jiān)控溫濕度系統(tǒng)的復(fù)合傳感器，并且它能夠輸出已校準數(shù)字信號。它之所以能夠確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與長期穩(wěn)定性是因為它采用了專用的是數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。它擁有的一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件的特性，能夠與一個高性能的8位單片機連接。這款數(shù)字溫濕度傳感器的優(yōu)點很多，比如體積小，響應(yīng)速度快，功耗低，抗干擾能力強，性價比高，并且信號傳輸距離可達20米以上，如果連線長度短于20米，這時需要連接5千歐的上拉電阻。這些優(yōu)點使DHT11成為眾多苛刻的使用場合的最好選則。

■2.3 溫濕度采集模塊電路設(shè)計

DHT11芯片溫濕度傳感器為本系統(tǒng)選用的濕度采集模塊。由于STC89C52接口不包含兩線制串行，而該溫濕度傳感器的接口采用的設(shè)計的卻是兩線制串行通信，因此，需要通過模擬來實現(xiàn)：需要與DATA串聯(lián)一個10千歐的上拉電阻，這樣能把信號拉高為高電平，這樣才能與單片機的端口相連接。由于DHT11芯片本身有內(nèi)置ADC，所以可以直接將采集到的倉庫內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電平送到單片機中。單片機STC89C52與DHT11接口電路如圖3所示。

圖3 STC89C52與DHT11接口電路

■2.4 液晶顯示模塊電路設(shè)計

液晶顯示器的原理目前被廣泛應(yīng)用在各種嵌入式設(shè)備中：手機、電腦、電視、顯示器、監(jiān)控設(shè)備等眾多領(lǐng)域。本系統(tǒng)選用的1602液晶屏是單片機系統(tǒng)是常用的顯示器件，顯示模塊如圖6所示。單片機的P1接口電路是為命令數(shù)據(jù)接口，P3.3，P3.4 和 P3.5 分別接片選，讀寫選擇和使能端口。按鍵是用來進行模式選擇和設(shè)置溫濕度閾值的。1602顯示模塊接線圖如圖4所示。

圖4 1602顯示模塊

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖5 主程序流程圖

系統(tǒng)中的每個模塊系統(tǒng)想要正常工作，都離不開軟件程序。程序?qū)τ谙到y(tǒng)，就是大腦對于人類。系統(tǒng)每個功能的執(zhí)行，都是調(diào)用內(nèi)部的子程序。本系統(tǒng)的軟件部分主要是針對如何通過單片機監(jiān)控倉庫溫濕度，以及當(dāng)溫濕度超出閾值后，系統(tǒng)如何發(fā)出警報，自動調(diào)節(jié)倉庫的溫濕度來設(shè)計的。在設(shè)定的溫濕度度范圍內(nèi)，單片機正常監(jiān)控倉庫庫內(nèi)的溫濕度；當(dāng)溫濕度超出閾值，系統(tǒng)就會發(fā)出警報信息，接下來再進行溫濕度的自動調(diào)節(jié)。本設(shè)計的系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。

■3.1 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊工作的過程為：執(zhí)行每條指令之前首先要確認本模塊的當(dāng)前工作狀態(tài)。當(dāng)模塊的標志為低電平，則此指令失效，需要顯示字符時，需要將此字符的地址拉高成為高電平輸入。1602液晶顯示模塊能夠與單片機直接接口。軟件流程圖如圖6所示。

圖6 液晶顯示模塊程序流程圖

■3.2 傳感器模塊設(shè)計

隨著科技的發(fā)展和進步，在各個領(lǐng)域都能見到DH11數(shù)字溫濕度傳感器的身影。DHT11傳感器有標準接口，這就使它不再需要外置的ADC。因此，使用起來也更加方便，也能夠更加簡單地設(shè)計系統(tǒng)，控制起來也更加方便，更加容易實現(xiàn)。DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如下圖7所示。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一套基于單片機的倉庫溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，通過各模塊的設(shè)計，能夠完成倉庫溫濕度的檢測、報警和調(diào)節(jié)功能，并且有液晶顯示屏的實時顯示溫濕度，基本實現(xiàn)了倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能，能夠?qū)Τ鰷貪穸乳撝档那闆r進行報警，并進行一定的調(diào)節(jié)控制，但是有些功能和溫濕度監(jiān)控和調(diào)節(jié)的精度有待于進一步提高，以后可以通過繼續(xù)學(xué)習(xí)，嘗試更加優(yōu)化的方法來提高精度和增加一些其他必要的功能。

圖7 DHT11傳感器程序流程圖

參考文獻：

* [1]許鵬，劉昕瑀，包武.基于 Arduino 的智能家居燈控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作，2018，01：29—32.

* [2]張小明.探究基于單片機的溫度控制系統(tǒng)[J].電子制作，2015，01：271—272.

* [3]殷斌.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的研究[J].機電工程，2015，32（06）：887—890.

* [4]孫浩文.基于單片機的溫室溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2017，209（03）：198—200.