蔣衛(wèi)東，賈文娟，喬凌霄

(山西能源學(xué)院 電力工程及自動(dòng)化系，山西 晉中 030600)

引言

我國(guó)是人口大國(guó)，糧食、蔬菜消費(fèi)尤其巨大，糧食的儲(chǔ)藏安全及蔬菜等的供應(yīng)顯得極為重要。其中，溫濕度控制對(duì)于糧食安全儲(chǔ)藏及溫室蔬菜等健康生長(zhǎng)具有非常重要的作用[1]。隨著生活水平的提高，人們也開(kāi)始關(guān)注自己的居住環(huán)境，溫濕度也是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的溫濕度控制方法通常是基于一些儀器儀表進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)巡檢員流動(dòng)檢查儀表數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)，再采取對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。該辦法工作效率低，并且不能實(shí)時(shí)根據(jù)環(huán)境因素的變換及時(shí)控制相應(yīng)的設(shè)備工作，造成一定的經(jīng)濟(jì)及健康損失。因此，有必要設(shè)計(jì)一款可以實(shí)時(shí)檢測(cè)及控制不同應(yīng)用場(chǎng)合環(huán)境溫濕度的儀器。

1. 總體方案設(shè)計(jì)

圖1為多功能溫濕度智能測(cè)控儀系統(tǒng)框圖，核心控制器基于溫濕度傳感器采集環(huán)境的溫濕度信息，并結(jié)合內(nèi)置的信息處理及決策算法，發(fā)布對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合控制設(shè)備的控制命令，并通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示環(huán)境的溫濕度信息。該系統(tǒng)包括溫濕度傳感器檢測(cè)模塊、核心控制器信號(hào)處理決策模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊。溫濕度傳感器檢測(cè)模塊主要是檢測(cè)環(huán)境的溫濕度信息；核心控制器分析處理環(huán)境的溫度信息，結(jié)合內(nèi)置的智能算法，發(fā)出控制命令；驅(qū)動(dòng)控制模塊接收單片機(jī)發(fā)出的控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合環(huán)境的實(shí)時(shí)控制；顯示模塊實(shí)時(shí)顯示環(huán)境的溫濕度信息，有利于現(xiàn)場(chǎng)人員與控制系統(tǒng)的人機(jī)交互功能；報(bào)警模塊用來(lái)提醒倉(cāng)庫(kù)保管員、溫室技術(shù)人員、用戶警覺(jué)環(huán)境溫濕度發(fā)生變化，及時(shí)查看自動(dòng)系統(tǒng)是否開(kāi)始調(diào)節(jié)環(huán)境的溫濕度。

圖1 多功能溫濕度智能測(cè)控儀系統(tǒng)框圖

2. 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 核心控制器信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)為核心控制器，圖2為核心控制器信號(hào)處理模塊電路圖，該模塊包括核心控制器、晶振電路、復(fù)位電路。核心控制器分析處理溫濕度信息，決策后發(fā)布控制命令；晶振電路為核心控制器提供工作脈沖信號(hào)；復(fù)位電路可以幫助系統(tǒng)的核心控制器工作狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)[2]。

圖2 核心控制器信號(hào)處理模塊電路圖

2.2 溫濕度傳感器檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器內(nèi)置電阻式測(cè)濕元件、NTC測(cè)溫元件、A/D轉(zhuǎn)換模塊，集成溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字采集技術(shù)，具有響應(yīng)快，抗干擾、高穩(wěn)定的特點(diǎn)[3]。圖3為溫濕度傳感器檢測(cè)模塊電路圖，該電路將采集到的環(huán)境溫濕度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給核心控制器，為其分析決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線方式與單片機(jī)通信，其電源引腳VCC通過(guò)5V電源供電；接地引腳GND連接地線；N/A引腳懸空；數(shù)據(jù)線引腳DATA通過(guò)上拉電阻，與單片機(jī)引腳相連，可以降低線路的不穩(wěn)定及其損耗[4]。

圖3 溫濕度傳感器檢測(cè)模塊電路圖

2.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

圖4為顯示模塊電路圖，引腳VO為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，該引腳接VCC時(shí)對(duì)比度最弱，接GND時(shí)對(duì)比度最高，本設(shè)計(jì)VO引腳通過(guò)連接一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度；DB0-DB7為8位的雙向數(shù)據(jù)線，與核心控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；背光源正極引腳通過(guò)470Ω電阻接VCC，防止直接加VCC電源燒壞背光燈。

圖4 顯示模塊電路圖

2.4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

圖5為報(bào)警模塊電路圖，采用蜂鳴器和發(fā)光二極管的方式報(bào)警，提醒環(huán)境溫濕度發(fā)生了變化[5]。

圖5 報(bào)警模塊電路圖

2.5 驅(qū)動(dòng)控制接口模塊設(shè)計(jì)

圖6為驅(qū)動(dòng)控制接口模塊電路圖，繼電器RL1是一種功率開(kāi)關(guān)器件，它能夠?qū)崿F(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的功能。單片機(jī)引腳C_Relay輸出高低電平控制三極管的通斷，進(jìn)而控制繼電器的通斷，從而達(dá)到控制引腳C_Voltage所連接的電路的通斷。單片機(jī)引腳C_Relay與三極管基極之間連接一個(gè)電阻，用來(lái)吸取斷電時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)造成的干擾[6]。

圖6 驅(qū)動(dòng)控制接口模塊電路圖

3. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件部分采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，降低了各個(gè)模塊之間的耦合度，保障了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，也增加了其擴(kuò)展性、健壯性，同時(shí)有利于開(kāi)發(fā)人員的調(diào)試、維護(hù)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，首先編寫(xiě)硬件各個(gè)模塊子函數(shù)，包括溫濕度信息采集函數(shù)、信息傳輸函數(shù)、信息分析決策函數(shù)、溫濕度調(diào)節(jié)函數(shù)、溫濕度顯示函數(shù)、聲光報(bào)警函數(shù)；然后編寫(xiě)主函數(shù)，在主函數(shù)里面調(diào)用各個(gè)模塊子函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能[7]。圖7為溫濕度智能測(cè)控儀系統(tǒng)流程圖。

圖7 溫濕度智能測(cè)控儀系統(tǒng)流程圖

首先利用溫濕度傳感器采集環(huán)境溫度信息并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，傳輸給單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析、決策，單片機(jī)將溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示；根據(jù)分析結(jié)果，若環(huán)境溫濕度與需求不匹配，單片機(jī)發(fā)送控制命令控制對(duì)應(yīng)的設(shè)備工作，進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試可以精確的檢測(cè)與控制環(huán)境溫濕度。

4. 結(jié)論與展望

本系統(tǒng)基于溫濕度傳感器，以AT89C52單片機(jī)為主控芯片，設(shè)計(jì)了多功能溫濕度智能測(cè)控儀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫濕度信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及根據(jù)不同場(chǎng)合的需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。下一步，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將溫濕度數(shù)據(jù)傳送至云服務(wù)器，操作員可以通過(guò)手機(jī)、PAD等信息終端實(shí)時(shí)在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)自主分析，為用戶提供更加科學(xué)合理的建議，實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程管理。