基于單片機(jī)的圖書館溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧 潔

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)圖書館，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

基于單片機(jī)的圖書館溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧 潔

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)圖書館，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

本文采用一種基于AT89S51 單片機(jī)為控制核心的檢測方法，對圖書館環(huán)境溫濕度進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了溫、濕度檢測電路和LED實(shí)時(shí)顯示電路等硬件電路。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與專業(yè)檢測設(shè)備測試方法所得的數(shù)據(jù)相比較，表明以所提方法為關(guān)鍵技術(shù)所設(shè)計(jì)的圖書館環(huán)境溫濕度檢測儀溫度測量精度為±0.3℃，相對濕度測量精度為±2% RH，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高。

圖書館；溫、濕度傳感器；單片機(jī)

不適宜的溫濕度無論是對書刊文獻(xiàn)還是對館內(nèi)讀者、工作人員都有不良的影響。實(shí)驗(yàn)表明，人在室溫22℃至25℃、相對濕度在 40%～60%RH的環(huán)境下進(jìn)行思維活動(dòng)，有助于提高學(xué)習(xí)和工作效率[1]。而保護(hù)圖書的較適宜的溫度為14～20℃，相對濕度為 50%～65%RH[2]。圖書館內(nèi)存儲大量紙質(zhì)文獻(xiàn)，溫濕度的監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)文獻(xiàn)完好儲存的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的測試溫度和濕度的方法是通過測試儀器進(jìn)行人工檢測，這種方法效率低而且誤差大。本文介紹的檢測裝置不僅具有自動(dòng)檢測溫度和濕度的功能，而且還具有報(bào)警提示功能，其造價(jià)低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確，大大提高了傳統(tǒng)溫度和濕度的檢測性能。

1 設(shè)計(jì)過程及要求

系統(tǒng)需能夠采集處理并顯示溫度、濕度數(shù)據(jù)，同時(shí)在超出數(shù)據(jù)范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警，其系統(tǒng)總體框圖如圖1。該測控系統(tǒng)是基于單片機(jī)AT89S51對數(shù)字信號的采集和顯示，由信號采集、信號分析和信號處理三個(gè)部分組成。其中，信號采集由溫度傳感器AD590、濕度傳感器HS1101及三極管多路開關(guān)組成，可以產(chǎn)生模擬信號；信號分析由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809、單片機(jī)AT89S51基本系統(tǒng)組成，通過ADC0809來實(shí)現(xiàn)A/D模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能；信號處理由串行口LED顯示器和報(bào)警系統(tǒng)組成。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 信號采集及傳感器的選擇

傳感器是實(shí)現(xiàn)測量的首要環(huán)節(jié)，是測量系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在測量中，主要依靠各種傳感器來檢測各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)在最佳狀態(tài)運(yùn)行，從而保證其高效率和高質(zhì)量。

基于半導(dǎo)體熱電阻、導(dǎo)體熱電阻、熱電偶及AD590等的傳感器是當(dāng)前常用的溫度傳感器。集成溫度傳感器AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。與常見的其他溫度傳感器相比，它的測溫范圍在-55℃～+150℃之間，非線形誤差±0.3℃，測量精度高，使用方便，接口簡單。同時(shí)作為電流輸出型傳感器它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力，其測量信號可遠(yuǎn)傳百余米[3]。對于濕度傳感器，常見的有HOS-201濕敏傳感器和HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，具有高可靠性和長期穩(wěn)定性，其相對濕度在1%～100%RH范圍內(nèi)，為本設(shè)計(jì)所選。

對于信號的檢測，在本設(shè)計(jì)中，溫度輸入信號采用8路的模擬信號，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。與多路并行模擬量輸入通道相比，多路分時(shí)的模擬量輸入通道盡管處理速度慢些，但其硬件簡單、成本低。本系統(tǒng)采用ADC0809組成多路分時(shí)的模擬量信號采集電路[4]，溫、濕度傳感器硬件接口分別如圖2和圖3所示。

圖2 溫度傳感器信號采集電路硬件接口

圖3 濕度傳感器信號采集電路硬件接口

圖4 ADC0809與AT89S51單片機(jī)的硬件接口圖

圖5 顯示與主機(jī)的硬件接口

圖6 三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路

2.2 信號分析與處理

本設(shè)計(jì)采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)AT89S51，片內(nèi)含4Kbtyes 的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。它集Flash程序存儲器既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行編程，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[5]。

ADC0809轉(zhuǎn)換器把溫度、濕度檢測電路測出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，其8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。它的8路模擬信號分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，可輸入多路模擬量，每個(gè)開關(guān)能直接連通8個(gè)單端模擬信號中的任何一個(gè)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右，精度較高。

ADC0809與AT89S51單片機(jī)的硬件接口選用中斷接口方式，其硬件接口電路如圖4。

對于系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號。將AT89S51內(nèi)部放大器的輸入輸出引腳XTAL1和XTAL2跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容上，構(gòu)成一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。電路中的C10、C11的選擇在30PF左右，采用的晶振頻率為12MHZ，同時(shí)為了提高穩(wěn)定性采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容。ADC0809時(shí)鐘信號可由單片機(jī)的ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。

2.3 顯示與報(bào)警的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是利用AT89S51的P0口實(shí)現(xiàn)顯示。硬件接口電路如圖5所示。

同時(shí)采用峰鳴音進(jìn)行報(bào)警電路設(shè)計(jì)。如圖6使用一個(gè)晶體三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，P2.4接晶體管基極輸入端。當(dāng)P2.4輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P2.4輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程圖如圖7所示。

圖7 軟件流程圖

[1]朱懷寧.圖書館內(nèi)溫濕度的控制[J].中華醫(yī)學(xué)圖書情報(bào)雜志,2003(6):25-26.

[2]葛寶華.溫度和濕度對圖書壽命的影響與陰雨季節(jié)的圖書保護(hù)[J].文獻(xiàn)保護(hù)研究,1996(1):24-25.

[3]逄玉臺,王團(tuán)部.集成溫度傳感器AD590及其應(yīng)用[J].國外電子元器件,2002(7):22-24.

[4] R.Amador, A.Polanco，Technolgical Compensation Circuit for Accurate Temperature Sensor[J].Sensor and Acurator A ,1998(69):172-177.

[5]萬福君,潘松峰,劉芳.MCS-51單片機(jī)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008:334.

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在密集書庫布置了信息采集子系統(tǒng)，對其溫濕度進(jìn)行監(jiān)測，將信息處理子系統(tǒng)布置在圖書管理員辦公室，對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲、分析和處理。系統(tǒng)設(shè)置溫度范圍為14～24℃，相對濕度范圍為 40%～65%RH。對溫濕度傳感器進(jìn)行了測試，隨機(jī)進(jìn)行5次測試，選取 LED上顯示的溫濕度值，與專業(yè)檢測設(shè)備檢測數(shù)據(jù)對比，數(shù)據(jù)如表1 所示。

從表1可以看出，溫度測量的最大誤差是0.53℃，濕度測量的最大誤差為0.2%RH，誤差范圍較小。

Design of Environment Temperature and Humidity Detector in Library Based on Single-chip

GU Jie

(Library of Inner Mongolia University of Technology，Hohhot Neimenggu 010051,China)

This paper studies and analyzes an environment temperature and humidity detector in library based on the AT89S51 microcontroller. The hardware circuit including temperature detecting circuit, humidity detecting circuit and LED display circuit are designed and realized. The comparison of the measuring data by the new method and other professional testing methods is given. The result shows that the measurement precision of the temperature and humidity are respectively ±3℃and ±2 % RH. This device has obvious advantages such as reliable performance , simple hardware, cheap price and good stability.

library；temperature and humidity sensor；single-chip

表1 書庫溫濕度測試結(jié)果

2013-11-26

顧 潔(1980- )，女，內(nèi)蒙古赤峰人，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)圖書館館員，碩士研究生，從事信息資源管理研究。

TP277

A

1008-178X(2014)01-0037-04