倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許燕萍 周一斐

摘要：本設(shè)計(jì)基于STC89C52RC單片機(jī)，采用DHT11作為溫濕度傳感器，LCD1602液晶屏進(jìn)行顯示，同時(shí)將其與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果超出上下限，將進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。此外，還可以通過獨(dú)立式鍵盤對(duì)設(shè)定的溫濕度進(jìn)行修改。通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖、并做出了實(shí)物，證明了該系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；倉庫；溫濕度

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）05-0010-03

溫度和濕度的控制是物資儲(chǔ)備倉庫管理中極其重要的環(huán)節(jié)。無論是在國家倉儲(chǔ)還是在企業(yè)倉儲(chǔ)的相關(guān)管理規(guī)定中，溫濕度的控制都是其中最為重要的一章，而針對(duì)不同性質(zhì)不同儲(chǔ)備的倉庫，其對(duì)倉庫的最高最低溫度、最高最低濕度以及最佳溫度濕度都有相當(dāng)嚴(yán)格的要求。在傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，其溫度和濕度的控制基本是利用人工操作來進(jìn)行調(diào)控的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展，目前在倉儲(chǔ)管理中的溫濕度控制引入智能化、計(jì)算機(jī)化和全自動(dòng)化的手段已經(jīng)是勢(shì)在必行的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能與系統(tǒng)指標(biāo)

倉庫溫濕度控制系統(tǒng)，要能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)倉庫內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行采集，將其顯示在LCD1602液晶顯示器上，然后與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較，如果超出限制則啟動(dòng)溫度、濕度控制設(shè)備，并通過蜂鳴器報(bào)警，直到溫濕度回到規(guī)定的范圍。另外，還要能夠通過按鍵修改設(shè)定的上下限。為了能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，此次設(shè)計(jì)要達(dá)到以下指標(biāo)：

（1）溫度采集范圍為0～99℃；

（2）溫度測(cè)量誤差：±1℃；

（3）能顯示當(dāng)前的倉庫溫度和設(shè)定溫度；

（4）濕度測(cè)量誤差：±5%RH；

（5）測(cè)濕范圍：0～100%RH；

（6）可以通過鍵盤電路修改上下限；

（7）在溫濕度超過設(shè)定值時(shí)，有報(bào)警聲；

（8）溫濕度超限時(shí)能夠啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.2 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)基于STC89C52單片機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：對(duì)溫濕度的采集、信號(hào)處理和顯示、設(shè)定溫濕度正常范圍、聲音報(bào)警、對(duì)環(huán)境溫濕度的控制。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，從圖1中可以看出系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：溫濕度采集模塊、蜂鳴器報(bào)警電路、顯示電路模塊、鍵盤輸入模塊、繼電器控制電路。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)控制器選擇STC89C52RC，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、處理、報(bào)警燈功能。溫濕度采集采用DHT11傳感器，通過在當(dāng)前環(huán)境下檢測(cè)到的溫濕度值傳遞給單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的分析，為了使采集到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，每間隔2秒采集一次數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)。數(shù)據(jù)顯示模塊采用1602液晶顯示器，溫濕度設(shè)定值輸入采用獨(dú)立按鍵。

2.1 傳感器電路的設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器采用DHT11，它包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，具有很高的可靠性和長期使用的穩(wěn)定性，有專用的溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集的技術(shù)，是溫濕度復(fù)合傳感器，響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高，體積小，功耗低，應(yīng)用廣泛， DHT11為4針單排引腳封裝，連接方便。

STC89C52RC單片機(jī)的P2.0引腳接DHT11的DATA引腳，DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和。

MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)，從模式下，DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。

值得注意的是，手動(dòng)焊接時(shí)，在最高260℃的溫度條件下接觸時(shí)間少于10秒。

2.2 顯示電路設(shè)計(jì)

測(cè)量到的溫濕度值將顯示到液晶屏LCD1602上，它可以顯示2行，每行16個(gè)字符。

STC89C52RC單片機(jī)P2.1引腳接LCD1602的數(shù)據(jù)/命令選擇端，P2.2引腳接LCD1602的讀/寫選擇端，P2.3接LCD1602的使能信號(hào)，P1口接LCD1602的數(shù)據(jù)端。

2.3 溫濕度調(diào)節(jié)繼電器接口電路

當(dāng)溫濕度超出限定值后，單片機(jī)將輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)加熱、制冷、加濕、除濕設(shè)備。繼電器是電氣控制中常用的控制器件。一般由通電線圈和觸點(diǎn)（常開或常閉）構(gòu)成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或打開）；當(dāng)線圈不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）線圈可以用直流低電壓控制（9V、12、24V），本設(shè)計(jì)中采用12V控制線圈的，觸點(diǎn)輸出部分可以直接與市電相接，雖然繼電器本身具有一定的隔離作用，但在與微型計(jì)算機(jī)接口時(shí)還是采用光電隔離器進(jìn)行隔離。光電隔離器的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般電流只能達(dá)到30mA左右，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，因此再加一個(gè)三極管放大電流。

原理如圖2所示：圖中用了4個(gè)繼電器輸出控制信號(hào)，用來啟動(dòng)加熱、制冷、加濕、除濕設(shè)備，本設(shè)計(jì)中繼電器輸出電路全部接的發(fā)光二極管用來模擬啟動(dòng)加熱、制冷、加濕、除濕設(shè)備，當(dāng)溫濕度超限，對(duì)應(yīng)繼電器的發(fā)光二極管會(huì)被點(diǎn)亮。

光電隔離器選用SHARP公司的PC847，它是四路光耦，由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。分別接STC89C52RC的P3.2，P3.3，P3.4，P3.5引腳。

本設(shè)計(jì)中用的繼電器是普通的電磁繼電器。OMRON公司的G5V-2，三極管選用S9012。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

倉庫溫濕度控制系統(tǒng)是在程序控制下完成工作，本系統(tǒng)的軟件全部采用C語言編寫，以便提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)和程序的可讀性。系軟件設(shè)計(jì)方法采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)統(tǒng)程序由系統(tǒng)主程序、DHT11溫濕度采集模塊、1602顯示模塊、輸出控制模塊、鍵盤掃描模塊組成。主程序調(diào)用各功能模塊，并將它們聯(lián)系起來，從而形成一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理。

見圖3在主程序中，完成系統(tǒng)的初始化，包括定時(shí)器工作方式、初始值、串行口工作方式、中斷允許寄存器等的設(shè)置，以及1602顯示屏初始化設(shè)置，包括清屏、顯示開關(guān)、輸入方式設(shè)置等。然后調(diào)用溫濕度讀取函數(shù)讀取當(dāng)前溫濕度，再判斷按鍵S2有無按下，如有按鍵按下進(jìn)入用戶修改溫濕度的設(shè)置，如沒有按下顯示預(yù)設(shè)的溫濕度與當(dāng)前溫濕度，接著對(duì)比當(dāng)前溫濕度值與預(yù)設(shè)溫濕度值，如果超限報(bào)警，啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備，如未超限，返回繼續(xù)讀取當(dāng)前溫濕度值。

4 系統(tǒng)功能測(cè)試

（1）圖4為實(shí)物圖。上電后，液晶顯示屏顯示“T 23 TH 33 RH 40 R 29 TL 17 RL 27”表示當(dāng)前溫度23度，濕度29%，溫度上限33度，溫度下限17度，濕度上限40%，濕度下限27%。

（2）按下S2鍵一次 進(jìn)入溫度上限設(shè)置，按S3鍵溫度上限加1，按S4鍵溫度下限減1。

（3）按下S2鍵兩次 進(jìn)入溫度下限設(shè)置，按S3鍵溫度上限加1，按S4鍵溫度下限減1。

（4）按下S2鍵三次 進(jìn)入濕度上限設(shè)置，按S3鍵溫度上限加1，按S4鍵溫度下限減1。

（5）按下S2鍵四次 進(jìn)入濕度下限設(shè)置，按S3鍵溫度上限加1，按S4鍵溫度下限減1。

（6）當(dāng)溫度超限時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，對(duì)應(yīng)繼電器發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，同時(shí)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，用來模擬溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用只要把四個(gè)繼電器輸出接加熱、降溫、加濕、除濕設(shè)備就好。

5 結(jié)語

以STC89C52RC為控制器的的溫、濕度控制系統(tǒng)，自動(dòng)檢測(cè)并顯示倉庫溫、濕度，并根據(jù)用戶要求設(shè)定系統(tǒng)的溫、濕度閾值進(jìn)行控制，經(jīng)測(cè)試，該裝置工作穩(wěn)定可靠，有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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