基于AT89S52中药材仓库温湿度自动监控与调节系统的设计

2016-09-23徐德明杨清志

绥化学院学报 2016年9期

关键词：电路设计温湿度报警

徐德明　杨清志

（毫州职业技术学院电子与电气工程系　安徽毫州　236800）

基于AT89S52中药材仓库温湿度自动监控与调节系统的设计

徐德明杨清志

（毫州职业技术学院电子与电气工程系安徽毫州236800）

中药材的存储对环境的温湿度要求非常高，需24小时不间断的监测与自动调节。目前市场上常见的家用温湿度计只能进行温湿度测量，不能实现自动调节，而成套的监控系统不够灵活，且价格昂贵。针对这种现状，设计了一套低功耗、低成本的基于AT89S52单片机的中药材仓库温湿度自动监控与调节系统。测试结果表明，系统工作稳定可靠，使用方便，能够实现对中药材仓库温湿度连续的自动监控与调节，具有研究与应用价值。

温湿度；监控与调节；SHT21；AT89S52

药品质量关系到人体健康与生命安全，环境温湿度过高或过低都会影响药效，甚至变质。按国家食品药品监督管理总局于2015年6月25日颁布实施的《药品经营质量管理规范》（2015第13号令）规定，储存药品的库房必须配备能有效监测和调控温湿度的设备［1］。由于中药材一般不采用密封包装，更容易受温湿度影响，不同性状的中药材对温湿度要求也不一样，因此对中药材仓库的温湿度监测与调节要求更高，需要不间断监测与自动调节。虽然市场上有成套的温湿度监控与调节系统，但由于价格昂贵，使用不灵活，一般还是用人工调节温湿度，可靠性不高。

基于以上现状，我们设计了一种基于AT89S52单片机和SHT21温湿度传感器的中药材温湿度自动监控与调节系统，能够实现对环境温湿度进行24小时连续监测与自动调节。与同类产品相比，本系统设计成本较低使用灵活，且易于进行功能扩展［2］。

一、系统设计方案与原理

本系统设计方案如图1，由温湿度传感器SHT21、参数设定键盘、单片机AT89S52、LCD1602显示器、报警与驱动电路及电源模块等组成［3］。具体工作过程是：温湿度传感器SHT21首先进行温湿度测量，将测量数据送入单片机AT89S52，单片机通过显示器把测量结果显示出来，同时与通过键盘设定的温湿度允许值进行比较，一旦测量结果超限，立即启动声光报警，并接通驱动电路实现温湿度自动调节。

图1　系统结构图

需要指出的是，一般的存储仓库只要求低温干燥而不需要加热和加湿，但由于中药材的特殊性，温湿度过高或过低都会破坏其活性从而降低药效。按《药品经营质量管理规范》第八十五条规定，药品存储应按包装标示的温度，相对湿度为35%～75%［1］。因此本设计中的自动调节，包括制冷、除湿和加热、加湿，而且为了增加可靠性，用四个电路分开控制。

二、硬件选择与电路设计

（一）温湿度传感器。系统设计主要目的是温湿度自动监控与调节，对仓库中温湿度检测精度要求不高，但必须保证工作的可靠性与稳定性。经查阅并研究相关技术资料，本设计的温湿度传感器选用SHT21温湿度传感器。通过查阅其技术资料（见参考文献［4］）可知，该传感器是低功耗数字传感器，测量范围-40℃～125℃，0～100%RH，精度±0.5℃，±2% RH，典型特点就是具有优异的长期稳定性，非常适合本设计使用。

（二）电源模块电路设计。系统设计中的温湿度传感器SHT21和输入键盘、报警与驱动电路工作电压为3.3V，而单片机AT89S52和显示器LCD1602工作电压为5V。由于本设计采用的都是低功耗器件，为了使用方便，采用两节3V的纽扣电池供电，通过AMS1117模块把电源输入的6V电压转化为3.3V，再对SHT21和报警与驱动电路等供电，其电源电路如图2所示［5］。通过LM1086IS-5.0模块，把输入电压转化为5V电压对单片机和显示器等供电，电源电路如图3所示。

图2　3.3V电压电路设计

图3　5V电压电路设计

（三）键盘电路设计。考虑到不同中药材对温湿度要求不同，系统设计需要一个输入键盘，用于设定驱动与报警电路的温湿度上下限。键盘设计见图4，S1用于温湿度切换，S2/S3用于上下翻，S4用于确认。

图4　键盘电路设计

（四）单片机及其外围器件。由于系统设计选用的温湿度传感器是数字传感器，单片机无需作复杂处理和运算，因此选用价格低廉而工作可靠的AT89S52单片机，该单片机技术成熟抗干扰强，能满足系统设计需要［6］。与单片机相连的LCD1602液晶显示器等外围电路如图5所示。

图5　AT89S52单片机及LCD1602等外围电路

（五）报警与驱动电路设计。电路设计如图6，温湿度在设定范围之内时Q1截止，报警与驱动电路不工作。当温湿度超限时单片机AT89S52会根据程序设定向给三极管Q1的基极一个低电平使其导通，从而接通光电耦合器件MOC3041，驱动电路开始工作（系统的加热、制冷、加湿、除湿四个控制电路的驱动设计相同，此处不再重复）。

另外，为了防止误判以加强工作的可靠性，设计中加了一个与发光二极管串联的蜂鸣器，一旦温湿度超限启动调节设备时，蜂鸣器也同时启动报警，以提醒值班人员注意。

图6　声光报警与驱动电路设计

三、系统设计主程序

本系统设计的主程序如图7，工作流程是：系统上电工作后首先读取存储程序和键盘输入的参数设置（为了使用方便，系统默认温度范围2℃～20℃；湿度范围35%RH～75% RH），然后通过温湿度传感器获取温湿度数据，并与设定值进行比较，如果测量数据在设定范围之内，则返回继续监控，而显示器、报警与驱动电路等处于休眠状态，以实现低功耗。如果监测到数据超限，则立即唤醒电路显示结果，启动声光报警和驱动电路，进行相应的温湿度自动调节。