查 東

(華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,南昌 330013)

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，性能可靠、智能化程度高的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有更高的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和更強(qiáng)的實(shí)用性[1]。在某些具有一定危險(xiǎn)的作業(yè)空間或家居生活、倉庫管理、大棚農(nóng)作物培養(yǎng)及開礦等過程中，都要對(duì)環(huán)境的溫濕度狀況進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)，而國內(nèi)外傳統(tǒng)的溫度計(jì)及濕度計(jì)等人工測(cè)量存在耗費(fèi)人力、效率低下及測(cè)量全面性欠缺等問題。筆者對(duì)大空間環(huán)境的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并給出緊隨當(dāng)下科技水平的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 工業(yè)大空間中溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

1.1 礦井空間

根據(jù)規(guī)定，礦井的開采工作環(huán)境溫度不可高于26℃，機(jī)械裝備所處的環(huán)境溫度不可高于30℃；當(dāng)?shù)V井開采工作的環(huán)境溫度高于30℃或機(jī)械裝備所處環(huán)境溫度高于34℃時(shí)，必須停止礦井生產(chǎn)工作。這可以有效避免礦井出現(xiàn)高溫?zé)岷M(jìn)而引發(fā)礦工的身體健康問題，能避免生產(chǎn)效率大幅降低，也能有效減少開采裝備出現(xiàn)故障的幾率。因此有必要及時(shí)對(duì)礦井下的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的工作流量對(duì)礦井相應(yīng)的環(huán)境進(jìn)行改善。耿濤等將STC89C52單片機(jī)和DHT11傳感器結(jié)合的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，引入到礦井溫濕度監(jiān)測(cè)中，該系統(tǒng)結(jié)合了嵌入式技術(shù)和單片機(jī)的虛擬仿真，能夠高效地對(duì)溫濕度系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件的結(jié)合設(shè)計(jì)[2]，系統(tǒng)的軟件工作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件工作流程

1.2 紡織工廠

傳統(tǒng)的紡織工業(yè)中，廠房?jī)?nèi)的溫濕度對(duì)紡織品的質(zhì)量以及相關(guān)的機(jī)器性能都有很大的影響，這將直接影響生產(chǎn)進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。高玉萍針對(duì)紡織工藝對(duì)工廠空間溫濕度的嚴(yán)格控制要求，設(shè)計(jì)了以PLC為控制核心的紡織廠溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[3]，如圖2所示。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)界面操作方便，抗干擾性強(qiáng)，各項(xiàng)測(cè)試性能指標(biāo)皆能滿足工廠需求。

圖2 基于PLC的紡織廠溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2 農(nóng)業(yè)大空間中溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 糧食倉庫

我國居住人口眾多，每天都要消耗大量的糧食，因而糧食的保鮮儲(chǔ)備工作非常重要。生鮮農(nóng)產(chǎn)品保鮮期較短且易腐爛，溫濕度是直接影響其保鮮度和品質(zhì)的重要因素。吳卓葵和張文峰提出了一種基于WiFi的生鮮農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)倉庫內(nèi)的溫濕度變化狀況，掌握糧庫中糧食的質(zhì)量，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的溫濕度控制，延長(zhǎng)糧食的存儲(chǔ)時(shí)間，使糧食不腐敗變質(zhì)從而保證糧食的質(zhì)量。曹昌勇和賈偉建利用AT89C52單片機(jī)及DHT11傳感器等設(shè)計(jì)了一種糧庫溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[5]，如圖3所示。

圖3 糧庫溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括DHT11數(shù)據(jù)采集模塊、LED顯示、鍵盤輸入、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊和報(bào)警模塊。由DHT11單總線溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過AT89C52調(diào)整處理后，送至LED模塊進(jìn)行顯示，顯示過程如果出現(xiàn)溢出情況，報(bào)警模塊就發(fā)出聲光報(bào)警信息。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果能夠達(dá)到預(yù)期，且響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)性好。

2.2 農(nóng)業(yè)大棚

為了滿足人們對(duì)各季作物的需求，同時(shí)保證農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，溫濕度是農(nóng)業(yè)大棚中一個(gè)重要的控制因素。沈建明研究了一種基于ZigBee的農(nóng)業(yè)溫室大棚的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[6]，如圖4所示。ZigBee技術(shù)是一種基于IEEE802.15.4協(xié)議的無線通信技術(shù)，具有短距離信號(hào)傳輸及功耗低等特點(diǎn)，適用于溫室大棚中的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。溫室大棚中布置的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，因此選用SOC解決方案來進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

圖4 基于ZigBee的農(nóng)業(yè)溫室大棚

首先由ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的傳感器模塊測(cè)出溫室大棚中各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)，然后通過ZigBee協(xié)議將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無線傳輸至CC2530單片機(jī)上，進(jìn)而傳到專用路由器或協(xié)調(diào)器。CC2591芯片用來擴(kuò)大數(shù)據(jù)無線傳輸距離。工作人員能夠在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解大棚溫濕度狀況是否利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)，工作高效、準(zhǔn)確、成本低。

孟祥蓮和孫平利用智能化控制的理念，將手機(jī)操作系統(tǒng)Android4.3.1加入到室內(nèi)農(nóng)業(yè)大棚的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)中[7]，如圖5所示。

圖5 基于Android的大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)使用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，通過Android系統(tǒng)開發(fā)客戶機(jī)模塊，使用SQLite數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合Socket實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。該系統(tǒng)包括底層模塊(內(nèi)含溫濕度測(cè)量和控制模塊)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和Android手機(jī)客戶端3大模塊。底層模塊選用STM32作為CPU，ZigBee的收發(fā)模塊選擇CC2430，作為農(nóng)作物大棚內(nèi)的溫濕度和土壤濕度的數(shù)據(jù)采集。利用ZigBee協(xié)議，用無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)傳送至特定的服務(wù)器，利用無線網(wǎng)將服務(wù)器模塊與Android手機(jī)建立網(wǎng)絡(luò)通信，Android手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)直接交互、對(duì)數(shù)據(jù)的管理及網(wǎng)絡(luò)通信等。

2.3 食品飲料存儲(chǔ)

食品及飲料等貨物存儲(chǔ)倉庫中，需要謹(jǐn)防貨物受潮、發(fā)生霉變及腐壞等，因此各類貨物所處的環(huán)境溫濕度需要進(jìn)行不同的設(shè)置。韓兆福提出了一種基于CAN總線的貨物倉庫溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8]，如圖6所示。該系統(tǒng)采用不同的分機(jī)對(duì)不同的分類倉庫進(jìn)行統(tǒng)一管理。實(shí)際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)能力和報(bào)警性能良好，但是通過CAN總線建立的系統(tǒng)較為復(fù)雜、組成部分較為龐大。

圖6 基于CAN總線的貨物倉庫溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3 家居空間中溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，使得人們對(duì)生活舒適度的要求不斷提高，因此智能家居備受關(guān)注。居住空間的溫濕度狀況直接影響智能家居體驗(yàn)的舒適性。李德路和侯文寶針對(duì)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)，將DHT11溫濕度傳感器和STC89C52單片機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)了室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[9]，如圖7所示。

將DHT11傳感器連接到STC89C52單片機(jī)上，每隔一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間間隔，STC89C52單片機(jī)就向DHT11發(fā)出起始信號(hào)，整理、校驗(yàn)監(jiān)測(cè)到的溫濕度數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到液晶屏上，比較

圖7 智能家居溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)值和預(yù)設(shè)的上下限值。根據(jù)比較得出的結(jié)果，控制繼電器讓空氣調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行達(dá)到預(yù)定的要求，LED燈顯示作為狀態(tài)指示燈。該系統(tǒng)控制效果精準(zhǔn)，成本較低，是智能家居中對(duì)溫濕度控制的良好選擇。

4 結(jié)束語

通過對(duì)礦井空間、紡織工廠、糧食倉庫和農(nóng)業(yè)大棚及家居空間等大空間溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究現(xiàn)狀的分析，對(duì)比出各系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)。大空間溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能集成化、遠(yuǎn)程無線傳輸、智能化是其發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合時(shí)下流行的Android系統(tǒng)和WiFi技術(shù)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必將被廣泛推廣應(yīng)用。

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