倉庫溫濕度控制系統設計與實現

許燕萍 周一斐

摘要：本設計基于STC89C52RC單片機，采用DHT11作為溫濕度傳感器，LCD1602液晶屏進行顯示，同時將其與設定值進行對比，如果超出上下限，將進行報警并啟動溫濕度調節設備。此外，還可以通過獨立式鍵盤對設定的溫濕度進行修改。通過設計系統原理圖、并做出了實物，證明了該系統的可行性。

關鍵詞：單片機；倉庫；溫濕度

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0010-03

溫度和濕度的控制是物資儲備倉庫管理中極其重要的環節。無論是在國家倉儲還是在企業倉儲的相關管理規定中，溫濕度的控制都是其中最為重要的一章，而針對不同性質不同儲備的倉庫，其對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嚴格的要求。在傳統的倉儲管理系統中，其溫度和濕度的控制基本是利用人工操作來進行調控的，隨著計算機技術以及現代傳感技術的發展，目前在倉儲管理中的溫濕度控制引入智能化、計算機化和全自動化的手段已經是勢在必行的。

1 系統總體設計

1.1 系統功能與系統指標

倉庫溫濕度控制系統，要能夠及時、準確地對倉庫內的溫度、濕度進行采集，將其顯示在LCD1602液晶顯示器上，然后與設定的上下限值進行比較，如果超出限制則啟動溫度、濕度控制設備，并通過蜂鳴器報警，直到溫濕度回到規定的范圍。另外，還要能夠通過按鍵修改設定的上下限。為了能夠滿足農業生產的需要，此次設計要達到以下指標：

（1）溫度采集范圍為0～99℃；

（2）溫度測量誤差：±1℃；

（3）能顯示當前的倉庫溫度和設定溫度；

（4）濕度測量誤差：±5%RH；

（5）測濕范圍：0～100%RH；

（6）可以通過鍵盤電路修改上下限；

（7）在溫濕度超過設定值時，有報警聲；

（8）溫濕度超限時能夠啟動溫濕度調節設備進行調節。

1.2 總體方案設計

本設計基于STC89C52單片機，主要實現以下幾個功能：對溫濕度的采集、信號處理和顯示、設定溫濕度正常范圍、聲音報警、對環境溫濕度的控制。系統的總體框圖如圖1所示，從圖1中可以看出系統主要包括以下幾個部分：溫濕度采集模塊、蜂鳴器報警電路、顯示電路模塊、鍵盤輸入模塊、繼電器控制電路。

2 系統硬件電路設計

本設計控制器選擇STC89C52RC，完成數據的采集、存儲、顯示、處理、報警燈功能。溫濕度采集采用DHT11傳感器，通過在當前環境下檢測到的溫濕度值傳遞給單片機完成數據的分析，為了使采集到的數據穩定可靠，每間隔2秒采集一次數據傳遞給單片機。數據顯示模塊采用1602液晶顯示器，溫濕度設定值輸入采用獨立按鍵。

2.1 傳感器電路的設計

溫濕度傳感器采用DHT11，它包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，具有很高的可靠性和長期使用的穩定性，有專用的溫濕度傳感技術和數字模塊采集的技術，是溫濕度復合傳感器，響應快，抗干擾能力強，性價比高，體積小，功耗低，應用廣泛， DHT11為4針單排引腳封裝，連接方便。

STC89C52RC單片機的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，采用單總線數據格式，一次通訊時間4ms左右，一次完整的數據傳輸為40bit，高位先出。數據格式：8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bit溫度整數數據+8bit溫度小數數據+8bit校驗和。

MCU發送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發送響應信號，送出40bit的數據，并觸發一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數據，從模式下，DHT11接收到開始信號觸發一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集，采集數據后轉換到低速模式。

值得注意的是，手動焊接時，在最高260℃的溫度條件下接觸時間少于10秒。

2.2 顯示電路設計

測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個字符。

STC89C52RC單片機P2.1引腳接LCD1602的數據/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，P1口接LCD1602的數據端。

2.3 溫濕度調節繼電器接口電路

當溫濕度超出限定值后，單片機將輸出控制信號，啟動加熱、制冷、加濕、除濕設備。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（常開或常閉）構成。當線圈通電時，由于磁場的作用，使開關觸點閉合（或打開）；當線圈不通電時，則開關觸點斷開（或閉合）線圈可以用直流低電壓控制（9V、12、24V），本設計中采用12V控制線圈的，觸點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，但在與微型計算機接口時還是采用光電隔離器進行隔離。光電隔離器的驅動能力有限，一般電流只能達到30mA左右，不足以驅動繼電器，因此再加一個三極管放大電流。

原理如圖2所示：圖中用了4個繼電器輸出控制信號，用來啟動加熱、制冷、加濕、除濕設備，本設計中繼電器輸出電路全部接的發光二極管用來模擬啟動加熱、制冷、加濕、除濕設備，當溫濕度超限，對應繼電器的發光二極管會被點亮。

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

本設計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 系統軟件設計

倉庫溫濕度控制系統是在程序控制下完成工作，本系統的軟件全部采用C語言編寫，以便提高系統的快速反應和程序的可讀性。系軟件設計方法采用模塊化的設計思想，系統統程序由系統主程序、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。主程序調用各功能模塊，并將它們聯系起來，從而形成一個整體，以實現對系統的管理。

見圖3在主程序中，完成系統的初始化，包括定時器工作方式、初始值、串行口工作方式、中斷允許寄存器等的設置，以及1602顯示屏初始化設置，包括清屏、顯示開關、輸入方式設置等。然后調用溫濕度讀取函數讀取當前溫濕度，再判斷按鍵S2有無按下，如有按鍵按下進入用戶修改溫濕度的設置，如沒有按下顯示預設的溫濕度與當前溫濕度，接著對比當前溫濕度值與預設溫濕度值，如果超限報警，啟動溫濕度調節設備，如未超限，返回繼續讀取當前溫濕度值。

4 系統功能測試

（1）圖4為實物圖。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 進入溫度上限設置，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 進入溫度下限設置，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 進入濕度上限設置，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 進入濕度下限設置，按S3鍵溫度上限加1，按S4鍵溫度下限減1。

（6）當溫度超限時，蜂鳴器報警，對應繼電器發光二極管被點亮，同時風扇旋轉，用來模擬溫濕度調節設備。實際應用只要把四個繼電器輸出接加熱、降溫、加濕、除濕設備就好。

5 結語

以STC89C52RC為控制器的的溫、濕度控制系統，自動檢測并顯示倉庫溫、濕度，并根據用戶要求設定系統的溫、濕度閾值進行控制，經測試，該裝置工作穩定可靠，有很強的實用性。

參考文獻

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