多功能溫濕度智能測控儀設計

蔣衛東，賈文娟，喬凌霄

(山西能源學院 電力工程及自動化系，山西 晉中 030600)

引言

我國是人口大國，糧食、蔬菜消費尤其巨大，糧食的儲藏安全及蔬菜等的供應顯得極為重要。其中，溫濕度控制對于糧食安全儲藏及溫室蔬菜等健康生長具有非常重要的作用[1]。隨著生活水平的提高，人們也開始關注自己的居住環境，溫濕度也是人們關注的焦點。但是，傳統的溫濕度控制方法通常是基于一些儀器儀表進行檢測，并通過巡檢員流動檢查儀表數據，若發現有異常數據，再采取對應的調節措施。該辦法工作效率低，并且不能實時根據環境因素的變換及時控制相應的設備工作，造成一定的經濟及健康損失。因此，有必要設計一款可以實時檢測及控制不同應用場合環境溫濕度的儀器。

1. 總體方案設計

圖1為多功能溫濕度智能測控儀系統框圖，核心控制器基于溫濕度傳感器采集環境的溫濕度信息，并結合內置的信息處理及決策算法，發布對不同應用場合控制設備的控制命令，并通過液晶顯示器實時顯示環境的溫濕度信息。該系統包括溫濕度傳感器檢測模塊、核心控制器信號處理決策模塊、驅動控制模塊、顯示模塊、報警模塊。溫濕度傳感器檢測模塊主要是檢測環境的溫濕度信息；核心控制器分析處理環境的溫度信息，結合內置的智能算法，發出控制命令；驅動控制模塊接收單片機發出的控制命令，實現對不同應用場合環境的實時控制；顯示模塊實時顯示環境的溫濕度信息，有利于現場人員與控制系統的人機交互功能；報警模塊用來提醒倉庫保管員、溫室技術人員、用戶警覺環境溫濕度發生變化，及時查看自動系統是否開始調節環境的溫濕度。

圖1 多功能溫濕度智能測控儀系統框圖

2. 硬件系統設計

2.1 核心控制器信號處理模塊設計

本設計采用AT89C52單片機為核心控制器，圖2為核心控制器信號處理模塊電路圖，該模塊包括核心控制器、晶振電路、復位電路。核心控制器分析處理溫濕度信息，決策后發布控制命令；晶振電路為核心控制器提供工作脈沖信號；復位電路可以幫助系統的核心控制器工作狀態恢復到初始狀態[2]。

圖2 核心控制器信號處理模塊電路圖

2.2 溫濕度傳感器檢測模塊設計

DHT11數字溫濕度傳感器內置電阻式測濕元件、NTC測溫元件、A/D轉換模塊，集成溫濕度傳感技術和數字采集技術，具有響應快，抗干擾、高穩定的特點[3]。圖3為溫濕度傳感器檢測模塊電路圖，該電路將采集到的環境溫濕度數字數據傳輸給核心控制器，為其分析決策提供數據基礎。

DHT11數字溫濕度傳感器采用單總線方式與單片機通信，其電源引腳VCC通過5V電源供電；接地引腳GND連接地線；N/A引腳懸空；數據線引腳DATA通過上拉電阻，與單片機引腳相連，可以降低線路的不穩定及其損耗[4]。

圖3 溫濕度傳感器檢測模塊電路圖

2.3 顯示模塊設計

圖4為顯示模塊電路圖，引腳VO為液晶顯示器對比度調整端，該引腳接VCC時對比度最弱，接GND時對比度最高，本設計VO引腳通過連接一個10K的電位器來調整對比度；DB0-DB7為8位的雙向數據線，與核心控制器進行數據交換；背光源正極引腳通過470Ω電阻接VCC，防止直接加VCC電源燒壞背光燈。

圖4 顯示模塊電路圖

2.4 報警模塊設計

圖5為報警模塊電路圖，采用蜂鳴器和發光二極管的方式報警，提醒環境溫濕度發生了變化[5]。

圖5 報警模塊電路圖

2.5 驅動控制接口模塊設計

圖6為驅動控制接口模塊電路圖，繼電器RL1是一種功率開關器件，它能夠實現弱電控制強電的功能。單片機引腳C_Relay輸出高低電平控制三極管的通斷，進而控制繼電器的通斷，從而達到控制引腳C_Voltage所連接的電路的通斷。單片機引腳C_Relay與三極管基極之間連接一個電阻，用來吸取斷電時產生的反電勢造成的干擾[6]。

圖6 驅動控制接口模塊電路圖

3. 軟件系統設計

軟件部分采用模塊化的設計思想，降低了各個模塊之間的耦合度，保障了系統運行的可靠性，也增加了其擴展性、健壯性，同時有利于開發人員的調試、維護。開發過程中，首先編寫硬件各個模塊子函數，包括溫濕度信息采集函數、信息傳輸函數、信息分析決策函數、溫濕度調節函數、溫濕度顯示函數、聲光報警函數；然后編寫主函數，在主函數里面調用各個模塊子函數，從而實現系統的功能[7]。圖7為溫濕度智能測控儀系統流程圖。

圖7 溫濕度智能測控儀系統流程圖

首先利用溫濕度傳感器采集環境溫度信息并轉換為標準數字信號，傳輸給單片機對其進行分析、決策，單片機將溫濕度數據通過液晶顯示屏實時顯示；根據分析結果，若環境溫濕度與需求不匹配，單片機發送控制命令控制對應的設備工作，進行溫濕度的調節，同時發出聲光報警。經系統測試可以精確的檢測與控制環境溫濕度。

4. 結論與展望

本系統基于溫濕度傳感器，以AT89C52單片機為主控芯片，設計了多功能溫濕度智能測控儀系統，實現了對環境溫濕度信息的實時監測及根據不同場合的需要實時調節環境溫度。下一步，可以通過互聯網將溫濕度數據傳送至云服務器，操作員可以通過手機、PAD等信息終端實時在線監控數據，并結合大數據技術，使系統能夠實時自主分析，為用戶提供更加科學合理的建議，實現智能遠程管理。