智能溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

文/肖家濤

各種新型自動控制系統(tǒng)越來越多應(yīng)用于人們的日常生活中，如工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)等，不僅可以提高勞動生產(chǎn)率，還可以使受控設(shè)備操作更加準(zhǔn)確，而其工作環(huán)境溫度和濕度是關(guān)鍵的安全參數(shù)，并與人們的生活緊密相連。目前市場上溫、濕控系統(tǒng)主要是基于單片機(jī)，DSP，PLC等，隨著傳感器和微控技術(shù)發(fā)展，溫濕控系統(tǒng)也隨之推進(jìn)。它最先使用模擬器件來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，使用模擬器件來處理和顯示。國內(nèi)從事溫度和濕度研究開始相對較晚，主要是實(shí)驗室，倉庫和溫室，與發(fā)達(dá)國家相比，工業(yè)化水平低，環(huán)境控制水平比較落后。本文運(yùn)用STC89C52芯片為核心，設(shè)計了一款小型適用某些特定場合的環(huán)境溫度和濕度的監(jiān)控系統(tǒng)，具有高性能、抗噪性、實(shí)用預(yù)警且自動調(diào)節(jié)等功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 控制系統(tǒng)框架分析

在該系統(tǒng)中以STC89C52用作微處理器，高性能傳感器作采集溫度和濕度參數(shù)，用于監(jiān)測溫度和濕度。蜂鳴器用來報警，當(dāng)采集到的信號數(shù)據(jù)超過設(shè)置，蜂鳴器便會鳴叫，液晶顯示器用作顯示測量的溫度和濕度，并有一個相應(yīng)的指示燈指示哪些數(shù)據(jù)超出范圍，該燈采用雙色LED紅色表示高，綠色表示低。并使用按鈕來更改溫度和濕度范圍設(shè)置，按按鈕設(shè)置警報和溫度警報范圍。當(dāng)溫度過高時，模擬冷卻裝置會自動開啟。根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)的整體功能，有功能模塊：MCU智能模塊、溫濕度采集模塊，按鍵模塊，LED燈指示，液晶顯示，繼電器控制模塊和報警系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)的構(gòu)建如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)設(shè)計總體框圖

1.2 繼電器控制系統(tǒng)

溫濕度控制系統(tǒng)的主要部件是：風(fēng)扇，加熱器，噴槍和干燥器。如果監(jiān)測到環(huán)境不穩(wěn)定，單片機(jī)控制相應(yīng)的處理器件來調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)。風(fēng)扇負(fù)責(zé)冷卻系統(tǒng);加熱設(shè)備負(fù)責(zé)加熱系統(tǒng);噴霧設(shè)備負(fù)責(zé)加濕系統(tǒng)；除濕設(shè)備負(fù)責(zé)排空系統(tǒng)。繼電器是一個受控器件，當(dāng)有合適的輸入觸發(fā)繼電器開關(guān)時，相對應(yīng)的另一控制端會接通，從而有一端電流控制另一端強(qiáng)電流。它是一種介于控制系統(tǒng)和受控系統(tǒng)中間的聯(lián)通，連接兩個系統(tǒng)，它實(shí)際上就算是一段轉(zhuǎn)化器件，在很多電路中，它的出現(xiàn)是為了守護(hù)電路的安全功能，給小芯片提供超標(biāo)的大電流、電壓。

圖2：繼電器控制電路

圖3：程序流程圖

圖4：系統(tǒng)仿真圖

本設(shè)計使用的是利用磁力的繼電器。由電到磁力的轉(zhuǎn)換，當(dāng)在繼電器兩端加入電源，會產(chǎn)生電磁感應(yīng)，吸引起接觸簧片，使得接通電路。當(dāng)斷開電源，彈簧片不受吸引復(fù)位，使得接通的電路再次斷開。繼電器模塊的電路在圖2中所示，由于開關(guān)被接通和關(guān)斷，因為工作線圈的感性特性，會在剛接觸的瞬間電壓達(dá)到數(shù)十伏。繼電器由5V的電壓觸發(fā)的。電路中有一個反接的二極管，和一個正接的二極管，兩者共同保護(hù)繼電器在極端時刻的過壓和過電流。運(yùn)用這種方法保護(hù)元件的原因在于無論正反高電壓都不會流過繼電器元件。當(dāng)PNP晶體管接收到的電平變低，三極管由截止到導(dǎo)通，繼電器閉合，最后小風(fēng)扇連接到5V，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。

1.3 程序設(shè)計分析

系統(tǒng)開始先初始化液晶數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)置數(shù)值，然后是報警值的初始化。第二步，采集數(shù)據(jù)并讀取，并顯示出來采集到的數(shù)據(jù)值。第三步，程序進(jìn)入判斷，判斷數(shù)據(jù)是否超過系統(tǒng)初設(shè)的溫度和濕度的最大范圍。如果超過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，便會進(jìn)入報警模塊的程序，啟動蜂鳴器，燈也會點(diǎn)亮。另外，這里只涉及溫度過高是的情況，如果滿足可以加入溫度過低的情況，若是過高，后面的風(fēng)扇會開始運(yùn)行減溫。第四步等待按鍵按下，進(jìn)入范圍設(shè)置。設(shè)置完后，等待一段時間，即再次進(jìn)入采集數(shù)據(jù)的步驟內(nèi)，如此循環(huán)。程序流程圖如圖3所示。

2 仿真和調(diào)試

使用Protues 8.6軟件，模擬溫度和濕度的變化，在LCD上顯示1602，并使用按鈕將警報范圍設(shè)置為超出限制。當(dāng)任何溫度和濕度值超過報警范圍時，蜂鳴器將發(fā)出警報，LCD顯示屏可以實(shí)時顯示當(dāng)前的溫度和濕度。當(dāng)溫度過高時，過熱指示燈亮，由連續(xù)操作裝置控制風(fēng)扇開啟并發(fā)出信號。仿真圖如圖4所示。

3 小結(jié)

溫度和濕度在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中是非常重要的環(huán)境參數(shù)，如在很多物理、化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)中都與它有重要關(guān)系。本文運(yùn)用MCU與高性能傳感器來設(shè)計溫濕度監(jiān)控設(shè)計，整體分為硬件部分和軟件部分，兩者共同協(xié)作實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)智能處理、人性化顯示、報警等功能。