多點無線溫濕度監(jiān)控

鐘佳霖

摘 要：在現(xiàn)實生活中，很多產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的溫濕度都有著非常高的要求。目前的大部分的溫濕度監(jiān)控工作仍然依賴于人工，不僅占用大量人力資源而且缺乏科學(xué)，甚至造成重大事故。本文分析了自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，后設(shè)計了一款多點無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)使溫濕度監(jiān)控更科學(xué)高效，節(jié)約了大量人力資源。使對溫濕度要求較高的產(chǎn)業(yè)質(zhì)量得到保證。

關(guān)鍵詞：溫濕度監(jiān)控 自動 多點無線

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0011-02

隨著科技的飛速發(fā)展和普及，各行各業(yè)對溫濕度的要求越來越高。比如在食品產(chǎn)業(yè)中，不適宜的溫濕度會帶來食品變質(zhì)，從而引發(fā)安全問題；溫室種植和養(yǎng)殖對于溫濕度要求極為嚴格，不當(dāng)?shù)臏貪穸葧?dǎo)致動植物減產(chǎn)甚至死亡；藥品生產(chǎn)和運輸過程必須按照相應(yīng)的溫濕度保存，不適當(dāng)?shù)沫h(huán)境會使藥物失效，甚至變得有毒。除此之外，電子產(chǎn)品生產(chǎn)線、冷庫、圖書館、博物館、醫(yī)院等領(lǐng)域也對溫濕度有著嚴格的要求。

傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測工作是以人工為基礎(chǔ)，依靠輪流值班等方式測量和記錄。這樣不僅效率低下，而且易出錯，甚至許多重大事故都是人為造成的。目前我國的許多單位和個體仍采用人工方法監(jiān)控記錄溫濕度，只有少部分單位引進了自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛。它能擺脫人工監(jiān)測溫濕度的模式，從而避免很多人為因素導(dǎo)致的事故。因此有必要設(shè)計一套完整的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，這對科學(xué)的生產(chǎn)有著重大的意義。完整的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)在國外已經(jīng)非常廣泛得到應(yīng)用，在以下行業(yè)上的應(yīng)用也比較成熟。比如高級酒店、賓館、運動場所等地都已安裝了自動溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，可以使室內(nèi)溫濕度保持在適宜的范圍內(nèi)；溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在醫(yī)藥行業(yè)，對藥品的儲存環(huán)境進行實時監(jiān)控，確保藥品質(zhì)量；在種植作物的溫室大棚內(nèi)引進溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，時刻的監(jiān)控使作物科學(xué)生長。不難看出，國外的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀已經(jīng)到達實際應(yīng)用的階段，并在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化，推進了各個行業(yè)的發(fā)展速度。

1 總體方案

多點無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計基于電氣控制原理、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)能夠檢測監(jiān)控地點的溫濕度，并且能夠?qū)?shù)據(jù)通過遠程無線射頻模塊實時傳送到本地。本系統(tǒng)最核心的地方就是溫濕度檢測、數(shù)據(jù)遠程傳送以及數(shù)據(jù)的處理和記錄，數(shù)據(jù)庫的建立。

為了達到這個目的，本設(shè)計首先選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，然后根據(jù)它的接口電路圖，焊接好檢測端的電路。溫濕度檢測成功后，下一步便進行數(shù)據(jù)傳送。因為設(shè)置了無線連接多個檢測點，所以通訊采用2.4GHz射頻模塊，最終使得整個系統(tǒng)的各個檢測點與本地的良好通訊。采集到的數(shù)據(jù)會及時傳送給電腦端的上位機以供實時監(jiān)控，上位機將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，方便再次調(diào)用查看。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能基本如此，之后再做一定的完善工作，最終使系統(tǒng)變得更加完善、運行更加穩(wěn)定。

2 硬件部分

遠程檢測端和本地的數(shù)據(jù)接收器均采用STM32F103單片機，該單片機具有高性能低功耗、占用較小體積、使用方便靈活的特點。檢測端單片機通過讀取DHT11數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)來獲得當(dāng)前的溫濕度。DHT11模塊是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器為4針單排引腳封裝，單線制串行口，連接方便，使系統(tǒng)集成變得更加簡易快捷。

接收和發(fā)送無線數(shù)據(jù)的NRF24L01模塊是一款新型單片射頻收發(fā)器件，通信頻率為2.4GHz，通信速度快，傳輸距離也比較遠。射頻模塊內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能器件，輸出功率和通信頻道可進行配置。該模塊功耗低，使通訊更節(jié)能。

遠程檢測端的電源由主柜內(nèi)引入，用于遠程柜內(nèi)照明及供電，供電電壓經(jīng)由220V交流到12V以下直流的轉(zhuǎn)換，為遠程柜內(nèi)的單片機最小系統(tǒng)、溫濕度傳感器、無線射頻模塊供電。確保提供穩(wěn)定高效的電源。

接收器由單片機最小系統(tǒng)和射頻模塊組成，可直連計算機的USB口，通過電平轉(zhuǎn)換與PC通信。該部分的電能由計算機提供。

3 軟件部分

對于本設(shè)計來說，如果硬件是基礎(chǔ)，那么軟件就是靈魂。遠程檢測端與接收器的單片機內(nèi)部程序均采用C語言編寫，使用模塊化編程，方便代碼的修改和優(yōu)化。遠程檢測端的程序設(shè)定為上電后間隔很短時間不斷讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，多次數(shù)據(jù)取樣后經(jīng)處理發(fā)送出去，以減小誤差。接收器則不斷接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC。PC上位機采用VB語言編寫，VB是一種結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮摹瑓f(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動為機制的可視化編程語言，擁有圖形用戶界面和快速應(yīng)用程序搭建的功能，且界面美觀。上位機實時顯示各點的當(dāng)前溫濕度，并以一定的時間間隔將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案選擇微軟的ACCESS來進行數(shù)據(jù)的保存，ACCESS的適用范圍較廣，能夠保存大量的數(shù)據(jù)，安裝OFFICE的計算機都可以進行查看，VB上位機也能方便的調(diào)用。ACCESS的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，只要建立了數(shù)據(jù)源的連接，通過相關(guān)指令就可以進行數(shù)據(jù)的記錄和調(diào)用。

4 實際測試

經(jīng)測試，遠程檢測端的濕度測量范圍為20%～95%，誤差±5%。溫度測量范圍為0℃～50℃，誤差±5%。該系統(tǒng)中遠程檢測端與接收端所用的通信速率為250kb/s，距離可達50m，信號可穿過一般的障礙物不會受到影響，準確無誤符合實際需要。

遠程檢測端經(jīng)實際測試，總電流約為10mA，耗能50mW左右。主控單片機、傳感器與無線射頻模塊的功耗均符合節(jié)能要求。

經(jīng)過多次在不同地點的測試，該系統(tǒng)可以用在食品藥品生產(chǎn)線、溫室大棚、養(yǎng)殖場、生產(chǎn)車間、機房、檔案室等場合，系統(tǒng)運行穩(wěn)定高效，可以很大程度上代替人工，提高實際效率。

5 結(jié)語

現(xiàn)代各產(chǎn)業(yè)對溫濕度要求越來越高。傳統(tǒng)的人工溫濕度監(jiān)測不僅效率低下，而且缺乏科學(xué)性和完整的管理。傳統(tǒng)方法會造成人力資源的浪費和其它的不良后果。目前雖然國外很多行業(yè)的溫濕度監(jiān)控已經(jīng)不需要人力，但是我國許多單位及個體仍采用人工方式，難以做到實時，準確，且存在各種各樣的問題。

與國內(nèi)外行業(yè)相比較，該系統(tǒng)適應(yīng)性和靈活性更強。具有更高的性價比。

由于成本較低，本設(shè)計在行業(yè)競爭中更具優(yōu)勢，經(jīng)過進一步改進，便可得到大規(guī)模的應(yīng)用。下一步將開發(fā)出應(yīng)用范圍更廣的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，可以極大程度減少勞動力的投入，同時還可以使生產(chǎn)更加高效，減少不必要的經(jīng)濟損失。

參考文獻

[1] 梁健.溫室溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[D].昆明理工大學(xué)，2010.

[2] 連承飛.低成本低功耗的溫室測控系統(tǒng)無線通信技術(shù)[D].江蘇大學(xué)，2008.

[3] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[4] 楊帆.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[5] 梁玲.中文版AutoCAD 2011電氣設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[6] 譚浩強.C程序設(shè)計[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.endprint