蔣衛(wèi)東,賈文娟,喬凌霄
(山西能源學(xué)院 電力工程及自動化系,山西 晉中 030600)
我國是人口大國,糧食、蔬菜消費(fèi)尤其巨大,糧食的儲藏安全及蔬菜等的供應(yīng)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(guān)注自己的居住環(huán)境,溫濕度也是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。但是,傳統(tǒng)的溫濕度控制方法通常是基于一些儀器儀表進(jìn)行檢測,并通過巡檢員流動檢查儀表數(shù)據(jù),若發(fā)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù),再采取對應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。該辦法工作效率低,并且不能實時根據(jù)環(huán)境因素的變換及時控制相應(yīng)的設(shè)備工作,造成一定的經(jīng)濟(jì)及健康損失。因此,有必要設(shè)計一款可以實時檢測及控制不同應(yīng)用場合環(huán)境溫濕度的儀器。
圖1為多功能溫濕度智能測控儀系統(tǒng)框圖,核心控制器基于溫濕度傳感器采集環(huán)境的溫濕度信息,并結(jié)合內(nèi)置的信息處理及決策算法,發(fā)布對不同應(yīng)用場合控制設(shè)備的控制命令,并通過液晶顯示器實時顯示環(huán)境的溫濕度信息。該系統(tǒng)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(qū)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(huán)境的溫濕度信息;核心控制器分析處理環(huán)境的溫度信息,結(jié)合內(nèi)置的智能算法,發(fā)出控制命令;驅(qū)動控制模塊接收單片機(jī)發(fā)出的控制命令,實現(xiàn)對不同應(yīng)用場合環(huán)境的實時控制;顯示模塊實時顯示環(huán)境的溫濕度信息,有利于現(xiàn)場人員與控制系統(tǒng)的人機(jī)交互功能;報警模塊用來提醒倉庫保管員、溫室技術(shù)人員、用戶警覺環(huán)境溫濕度發(fā)生變化,及時查看自動系統(tǒng)是否開始調(diào)節(jié)環(huán)境的溫濕度。
圖1 多功能溫濕度智能測控儀系統(tǒng)框圖
本設(shè)計采用AT89C52單片機(jī)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(fù)位電路。核心控制器分析處理溫濕度信息,決策后發(fā)布控制命令;晶振電路為核心控制器提供工作脈沖信號;復(fù)位電路可以幫助系統(tǒng)的核心控制器工作狀態(tài)恢復(fù)到初始狀態(tài)[2]。
圖2 核心控制器信號處理模塊電路圖
DHT11數(shù)字溫濕度傳感器內(nèi)置電阻式測濕元件、NTC測溫元件、A/D轉(zhuǎn)換模塊,集成溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字采集技術(shù),具有響應(yīng)快,抗干擾、高穩(wěn)定的特點(diǎn)[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(huán)境溫濕度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給核心控制器,為其分析決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單總線方式與單片機(jī)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(shù)據(jù)線引腳DATA通過上拉電阻,與單片機(jī)引腳相連,可以降低線路的不穩(wěn)定及其損耗[4]。
圖3 溫濕度傳感器檢測模塊電路圖
圖4為顯示模塊電路圖,引腳VO為液晶顯示器對比度調(diào)整端,該引腳接VCC時對比度最弱,接GND時對比度最高,本設(shè)計VO引腳通過連接一個10K的電位器來調(diào)整對比度;DB0-DB7為8位的雙向數(shù)據(jù)線,與核心控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)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
圖5為報警模塊電路圖,采用蜂鳴器和發(fā)光二極管的方式報警,提醒環(huán)境溫濕度發(fā)生了變化[5]。
圖5 報警模塊電路圖
圖6為驅(qū)動控制接口模塊電路圖,繼電器RL1是一種功率開關(guān)器件,它能夠?qū)崿F(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的功能。單片機(jī)引腳C_Relay輸出高低電平控制三極管的通斷,進(jìn)而控制繼電器的通斷,從而達(dá)到控制引腳C_Voltage所連接的電路的通斷。單片機(jī)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(chǎn)生的反電勢造成的干擾[6]。
圖6 驅(qū)動控制接口模塊電路圖
軟件部分采用模塊化的設(shè)計思想,降低了各個模塊之間的耦合度,保障了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,也增加了其擴(kuò)展性、健壯性,同時有利于開發(fā)人員的調(diào)試、維護(hù)。開發(fā)過程中,首先編寫硬件各個模塊子函數(shù),包括溫濕度信息采集函數(shù)、信息傳輸函數(shù)、信息分析決策函數(shù)、溫濕度調(diào)節(jié)函數(shù)、溫濕度顯示函數(shù)、聲光報警函數(shù);然后編寫主函數(shù),在主函數(shù)里面調(diào)用各個模塊子函數(shù),從而實現(xiàn)系統(tǒng)的功能[7]。圖7為溫濕度智能測控儀系統(tǒng)流程圖。
圖7 溫濕度智能測控儀系統(tǒng)流程圖
首先利用溫濕度傳感器采集環(huán)境溫度信息并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號,傳輸給單片機(jī)對其進(jìn)行分析、決策,單片機(jī)將溫濕度數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏實時顯示;根據(jù)分析結(jié)果,若環(huán)境溫濕度與需求不匹配,單片機(jī)發(fā)送控制命令控制對應(yīng)的設(shè)備工作,進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié),同時發(fā)出聲光報警。經(jīng)系統(tǒng)測試可以精確的檢測與控制環(huán)境溫濕度。
本系統(tǒng)基于溫濕度傳感器,以AT89C52單片機(jī)為主控芯片,設(shè)計了多功能溫濕度智能測控儀系統(tǒng),實現(xiàn)了對環(huán)境溫濕度信息的實時監(jiān)測及根據(jù)不同場合的需要實時調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。下一步,可以通過互聯(lián)網(wǎng)將溫濕度數(shù)據(jù)傳送至云服務(wù)器,操作員可以通過手機(jī)、PAD等信息終端實時在線監(jiān)控數(shù)據(jù),并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù),使系統(tǒng)能夠?qū)崟r自主分析,為用戶提供更加科學(xué)合理的建議,實現(xiàn)智能遠(yuǎn)程管理。