檔案庫房溫濕度“館情”數(shù)據(jù)獲取方法設(shè)計(jì)

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)、各種傳感器的精度日益提高，人們對檔案館自動檢測技術(shù)有了更高的要求。文中就影響檔案存放質(zhì)量的環(huán)境因素，首次提出“館情”的概念；針對館內(nèi)溫濕度是嚴(yán)重影響著檔案館存放檔案質(zhì)量的問題，作者又重點(diǎn)介紹了溫濕度數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)和軟硬件的設(shè)計(jì)方法，這為“館情”自動獲取技術(shù)方法研究提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：館情；數(shù)據(jù)獲?。弧梆^情”指標(biāo)

Abstract：With the great development of Computer Science， MCU and kinds of precision sensor， People give the high requirement for Archives Automatic Detecting. This paper put forward the concept of “Archives Environment”， Temperature and Humidity being as the main content of “Archives Environment”， affect the quality of file. So，The paper introduces the method of Obtaining temperature and humidity on hardware and software. This method provides the technical support for “Archives Environment”.

Key Words: Archives Environment; Obtaining Data; Archives Environment Index

1 研究的目的及意義

1.1 館情概念的提出。檔案館庫房受著各種環(huán)境的影響，包括庫房溫度、濕度、各種有害氣體濃度、有害微生物、蟲害、大氣污染、塵埃、光照等，其共同作用影響了檔案的存放質(zhì)量。本文把以上環(huán)境作用下檔案館存放檔案質(zhì)量的情況稱為“館情”。

1.2 研究的目的及意義。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)、傳感器的精度日益提高，人們對獲取信息技術(shù)有了更高的要求，及時(shí)準(zhǔn)確的信息資源正日益成為政府機(jī)關(guān)及企業(yè)單位提高工作效率快速發(fā)展、穩(wěn)步成長的必備條件。信息時(shí)代的到來，工作效率日漸提高，同時(shí)，也給檔案管理部門帶來了更大壓力。檔案部門在及時(shí)準(zhǔn)確地提供各種參考材料的同時(shí)，還要做好檔案，特別是紙質(zhì)檔案的保存工作，若無法做到這一點(diǎn)，將成為企業(yè)發(fā)展、機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的瓶頸。本課題正是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)和傳感器技術(shù)及數(shù)據(jù)處理理論，來研究檔案館“館情”的自動獲取技術(shù)，為檔案保護(hù)工作提供可靠的參考價(jià)值。

檔案館“館情”的諸多影響因素中，溫濕度是其主要原因之一，本文由于篇幅所限，在此處，僅研究“館情”中溫濕度數(shù)據(jù)的獲取方法。

2 “館情”中溫濕度對紙質(zhì)檔案的影響

檔案是由承受檔案內(nèi)容的載體材料和反映檔案內(nèi)容的記錄材料組成的。盡管信息時(shí)代的到來為檔案的存放提供了新的載體，但是，就目前而言，我國在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，仍然以紙質(zhì)檔案為主。

溫濕度作用因子是檔案制成材料老化最主要的因素之一。溫度過高，就會加速檔案制成材料老化，從而強(qiáng)度降低；濕度過高，使紙張含水量增加，加速紙張的酸性水解反應(yīng)，也會使水溶性的字跡材料洇化退色；另外，在高濕環(huán)境中，還可孳生霉菌，霉菌分泌的各種酶會使紙張黏結(jié)成檔案磚。[1]

因此，檔案庫房的溫濕度是影響檔案存放質(zhì)量的主要因素，是判斷“館情”質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

3 溫濕度數(shù)據(jù)獲取方法硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以PC機(jī)為上位機(jī)主控制器，單片機(jī)為下位機(jī)分控制檢測器，溫濕度傳感器置于被測點(diǎn)，系統(tǒng)啟動后，溫濕度數(shù)據(jù)經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由控制檢測器（單片機(jī)）接收并經(jīng)處理后發(fā)送至上位PC機(jī)，最終，經(jīng)人機(jī)接口顯示給用戶，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

3.2 溫度數(shù)據(jù)的獲取。本課題考慮到實(shí)際環(huán)境及環(huán)境的特殊性，采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的新型溫度傳感器——DS18B20。它是一種可組網(wǎng)高精度數(shù)字式溫度傳感器，具有體積小、使用方便、封裝形式多樣等特點(diǎn)，可適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域，經(jīng)過反復(fù)篩選，本文認(rèn)為DS18B20非常適合館內(nèi)的溫度測量。[2]

DS18B20為一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，根據(jù)檔案庫房的環(huán)境特點(diǎn)，DS18B20完全可以滿足實(shí)際需求。硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

系統(tǒng)采用外部獨(dú)立供電方式，傳感器探頭可以直接與控制器連接，數(shù)據(jù)端口DQ上接4.7K的上拉電阻，在三根線上可同時(shí)并聯(lián)多個(gè)溫度傳感器，每臺分機(jī)上可以連接多根電纜，每根電纜上可以并聯(lián)幾十個(gè)點(diǎn)，構(gòu)成串行總線工作方式。由于18B20芯片送出的溫度信號是數(shù)字信號，簡化了A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)，提高了測量效率和精度；并且，芯片的ROM中存有其唯一標(biāo)識碼，即不存在相同標(biāo)識碼的DS18B20，特別適合與微處理芯片構(gòu)成多點(diǎn)溫度測控。

3.3 濕度檢測模塊。在環(huán)境參數(shù)中，濕度是很難準(zhǔn)確測量的一個(gè)參數(shù)。通過稱量烘干前后谷物的質(zhì)量來求濕度是傳統(tǒng)的谷物測濕方法，該方法的缺點(diǎn)是測量速度慢。在近年來的研究中，曾用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)的方法來測量谷物的濕度，但由于其精確度不夠，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代糧情監(jiān)控的要求。隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步及市場需求的增加，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)方面取得了長足的進(jìn)步。[3]濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化和數(shù)字化檢測的方向迅速發(fā)展，將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。

經(jīng)過篩選，本文選擇了盛世瑞恩公司生產(chǎn)的SHT11傳感器，即單片智能數(shù)字化溫濕傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是測量范圍大，體積小，價(jià)格低，精度較高，抗干擾能力強(qiáng)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在本課題中，采用SHT11濕度傳感器，完全能滿足實(shí)際需要。

濕度傳感器芯片SHT11采用二線串行數(shù)字接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)非常簡單。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件可采用C語言編寫，通過簡單的控制協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對SHT11濕度數(shù)據(jù)采集工作，連接示意圖如圖3所示。[4]

4 溫濕度數(shù)據(jù)獲取的軟件設(shè)計(jì)

4.1 溫度數(shù)據(jù)獲取方法。用DS18B20單總線結(jié)構(gòu)構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集時(shí)，必須有非常嚴(yán)格的時(shí)序要求。多個(gè)DS18B20共同占用一根總線，必須將它們的64位序列號讀出來。在對單個(gè)DS18B20操作時(shí)，發(fā)出匹配命令，再將相應(yīng)的序列號發(fā)到總線上，總線即可識別此次操作是針對哪個(gè)DS18B20的。溫度數(shù)據(jù)獲取流程如圖4所示。

溫度獲取的初始化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，涉及傳感器非常嚴(yán)格的時(shí)序問題，為此，本文設(shè)計(jì)了精確的初始化時(shí)序。初始化包括單片機(jī)發(fā)送的復(fù)位脈沖和器件向單片機(jī)返回的存在脈沖?？偩€在開始時(shí)刻，發(fā)出一最短為480us的低電平復(fù)位脈沖，接著，在該時(shí)刻，釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)，器件在接收到總線的電平上升沿后，等待15us～60us后，在下一時(shí)刻發(fā)出60us～240us時(shí)延的低電平存在脈沖信號，表明器件已接在總線上。[5]初始化程序如下所示。

void reset()//復(fù)位18b20

{ DQ_1820=1;

delay(8);

DQ_1820=0;

delay(80);//延時(shí)約540uS(要求>480us)

DQ_1820=1; //主機(jī)上拉DQ_1820

delay(14); //延時(shí)約60uS

while(!DQ_1820); }//等1820送出0信號

4.2 濕度數(shù)據(jù)獲取方法。SHT11測量過程包括4個(gè)部分：啟動傳輸、發(fā)送測量命令、等待測量完成和讀取測量數(shù)據(jù)，流程圖如圖5所示。

首先，對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行初始化來啟動SHT11測量時(shí)序，即在第一個(gè)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，并在第二個(gè)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA翻轉(zhuǎn)為高電平，啟動命令發(fā)送完畢。發(fā)送控制命令，控制命令包含3個(gè)地址位(目前，只支持“000”)和5個(gè)命令位。在第八個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，SHT11將DATA置為低電平(ACK位)，表示已正確地接收到指令；在發(fā)送第九個(gè)SCK時(shí)鐘作為命令確認(rèn)，第九個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA恢復(fù)高電平。

濕度傳感器芯片SHT11采用二線串行數(shù)字接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)非常簡單。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件可采用C語言編寫，通過簡單的控制協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對SHT11濕度數(shù)據(jù)采集工作，連接圖與圖3類似。

4.3 濕度線性補(bǔ)償。SHT11的濕度輸出具有一定的非線性，很難用線性關(guān)系將其表示出來。由上述可知，溫度與濕度具有一定的相關(guān)性，因而，可在進(jìn)行線性補(bǔ)償后，進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)玫捷^為準(zhǔn)確的濕度值。

為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：

式中 為經(jīng)過線性補(bǔ)償后的濕度值，

為相對濕度測量值，C1、C2、C3為線性補(bǔ)償系數(shù)，取值可查閱《溫濕度傳感器SHT11數(shù)據(jù)手冊》。由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實(shí)際溫度和測試參考溫度25℃有所不同，所以，對線性補(bǔ)償后的濕度值進(jìn)行溫度補(bǔ)償很有必要。補(bǔ)償公式如下：

式中，RH為經(jīng)過線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值，T為測試濕度值時(shí)的溫度(℃)，t1和t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)，取值查閱《溫濕度傳感器SHT11數(shù)據(jù)手冊》。

5 結(jié)束語

本文提出了館情檢測技術(shù)的總體實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)討論了溫濕度數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，為館情檢測提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

本文的研究方法，稍加改進(jìn)，即可用于其他室內(nèi)或倉庫的溫濕度檢測，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇合適的傳感器探頭，系統(tǒng)軟硬件修改不大，具有較強(qiáng)的可推廣性。

注：本文系2011年河南省檔案局科技項(xiàng)目計(jì)劃——《檔案館館情自動檢測技術(shù)研究》，項(xiàng)目編號：2011-X-42。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 翟春艷，岳修正等. 基于單片機(jī)的溫濕度感測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2011，19(12): 95～98.

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[5] 徐愛群. 檔案自動識別與存取技術(shù)研究及其自動檔案系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 浙江:浙江大學(xué)碩士論文， 2003.

（作者單位：開封大學(xué) 來稿日期：2011-11-24）