王萌 馬銳 王穎 大連理工大學(xué)城市學(xué)院

引言：近幾年逐漸發(fā)展成型的“智慧農(nóng)貿(mào)”市場(chǎng)業(yè)態(tài)，得到了國(guó)家政府政策支持。疫情常態(tài)化，而食品安全問(wèn)題備受關(guān)注，為了加強(qiáng)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生整治，防治疫情通過(guò)市場(chǎng)環(huán)節(jié)傳播，嚴(yán)把“市場(chǎng)關(guān)”。所以我們將設(shè)計(jì)一款有效幫助人們的產(chǎn)品。我們?cè)O(shè)計(jì)的這款溫濕度控制報(bào)警器，主要是基于51單片機(jī)，依靠SHT-11傳感器現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)市場(chǎng)內(nèi)溫濕度。

1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)環(huán)境對(duì)溫濕度的要求，本設(shè)計(jì)利用AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，包括晶振電路、復(fù)位電路和排阻電路，SHT-11溫濕度傳感器負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境溫濕度的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)，最終通過(guò)LCD1602液晶顯示模塊準(zhǔn)確、快捷、實(shí)時(shí)地顯示出當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度。同時(shí)，按鍵模塊可設(shè)置溫濕度的上下限值，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管LED亮燈和蜂鳴器報(bào)警，從而達(dá)到對(duì)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)的目的。

圖1.總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路圖由單片機(jī)最小系統(tǒng)，傳感器模塊，顯示模塊，按鍵模塊、報(bào)警模塊所組成。其中各個(gè)部分的作用如下：

單片機(jī)最小系統(tǒng)：包含使電子電路可以正常工作的電源電路，可以給單片機(jī)提供一個(gè)頻率和幅度穩(wěn)定的脈沖序列的時(shí)鐘電路，以及可以從外部輔助單片機(jī)重現(xiàn)開(kāi)始的復(fù)位電路。

傳感器模塊：本模塊采用SHT-11溫濕度傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)市場(chǎng)溫濕度，將現(xiàn)場(chǎng)采集的溫濕度物理信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器向51單片機(jī)輸出電信號(hào)。

顯示模塊：本模塊采用LCD1602液晶顯示屏，負(fù)責(zé)顯示市場(chǎng)當(dāng)前的溫濕度，主要是通過(guò)51單片機(jī)傳輸?shù)碾娦盘?hào)使顯示屏出現(xiàn)圖形。

按鍵模塊：本模塊包含K1、K2、K3三個(gè)按鍵，按鍵K1負(fù)責(zé)選擇“Humi L、Humi H、Temp L、Temp H”其中一個(gè)選項(xiàng)，按鍵K2負(fù)責(zé)將選擇的選項(xiàng)的數(shù)值增大，按鍵K3負(fù)責(zé)將選擇的選項(xiàng)中數(shù)值減小。

報(bào)警模塊：本模塊包含發(fā)光二極管LED和蜂鳴器，負(fù)責(zé)當(dāng)溫濕度超出預(yù)先規(guī)定的上下限時(shí)，起警示作用。當(dāng)傳感器采集的溫濕度值度低于已設(shè)定下限時(shí)，LED綠燈亮，蜂鳴燈工作，當(dāng)傳感器采集的溫濕度值高于已設(shè)定上限時(shí)，LED紅燈亮，蜂鳴器工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能：首先需通過(guò)按鍵模塊手動(dòng)設(shè)置當(dāng)前市場(chǎng)所需要的溫濕度范圍。單片機(jī)AT89C51通過(guò)SHT-11溫濕度傳感器采集市場(chǎng)內(nèi)的溫濕度值，一方面將采集獲取到的溫濕度值顯示在LCD1602液晶顯示屏上，另一方面，判斷當(dāng)先的溫濕度值是否超出已設(shè)定好的安全范圍。如低于下限，則LED綠燈亮，蜂鳴器工作，如高于上限，則LED紅燈亮，蜂鳴器工作。

圖2.軟件設(shè)計(jì)流程圖

4 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)研究表明，人體最適宜的溫度在18℃－24℃，人體最適宜的健康濕度在45%RH－65%RH之間，本次測(cè)試就將溫濕度范圍如此設(shè)置，在實(shí)際成產(chǎn)生活中，可視情況而定。通過(guò)多次的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LCD顯示器顯示的數(shù)值與實(shí)際傳感器采集到的數(shù)值有一定的誤差，并且誤差會(huì)隨著采集到的實(shí)際值的增加而減小。顯示溫濕度與設(shè)置的范圍對(duì)比，超出范圍時(shí)，報(bào)警模塊立即啟動(dòng)報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)

5 展望

本產(chǎn)品主要功能是檢測(cè)市場(chǎng)內(nèi)的溫濕度是否超出保障人體健康與食品安全的范圍。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本產(chǎn)品主要利用AT89C51單片機(jī)、SHT-11溫濕度傳感器以及LCD1602顯示器，其中單片機(jī)的根據(jù)傳感器的采集溫度，進(jìn)行信息處理來(lái)控制報(bào)警模塊工作，大大的降低材料和人工成本以及實(shí)施難度。本產(chǎn)品現(xiàn)存在不足是實(shí)際值與顯示值存在誤差，會(huì)隨著采集到的實(shí)際值的增加而減小。并且數(shù)值沒(méi)有精準(zhǔn)到小數(shù)。