多点无线温湿度监控

2018-03-06钟佳霖

科技创新导报 2017年33期

关键词：自动

钟佳霖

摘要：在现实生活中，很多产业对环境的温湿度都有着非常高的要求。目前的大部分的温湿度监控工作仍然依赖于人工，不仅占用大量人力资源而且缺乏科学，甚至造成重大事故。本文分析了自动温湿度监控系统的国内外发展现状，后设计了一款多点无线温湿度监控系统。该系统使温湿度监控更科学高效，节约了大量人力资源。使对温湿度要求较高的产业质量得到保证。

关键词：温湿度监控自动多点无线

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0011-02

随着科技的飞速发展和普及，各行各业对温湿度的要求越来越高。比如在食品产业中，不适宜的温湿度会带来食品变质，从而引发安全问题；温室种植和养殖对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度会导致动植物减产甚至死亡；药品生产和运输过程必须按照相应的温湿度保存，不适当的环境会使药物失效，甚至变得有毒。除此之外，电子产品生产线、冷库、图书馆、博物馆、医院等领域也对温湿度有着严格的要求。

传统的温湿度监测工作是以人工为基础，依靠轮流值班等方式测量和记录。这样不仅效率低下，而且易出错，甚至许多重大事故都是人为造成的。目前我国的许多单位和个体仍采用人工方法监控记录温湿度，只有少部分单位引进了自动温湿度监控系统。

自动温湿度监控系统的应用范围非常广泛。它能摆脱人工监测温湿度的模式，从而避免很多人为因素导致的事故。因此有必要设计一套完整的温湿度监控系统，这对科学的生产有着重大的意义。完整的温湿度监控系统在国外已经非常广泛得到应用，在以下行业上的应用也比较成熟。比如高级酒店、宾馆、运动场所等地都已安装了自动温湿度监控系统，可以使室内温湿度保持在适宜的范围内；温湿度监控系统应用在医药行业，对药品的储存环境进行实时监控，确保药品质量；在种植作物的温室大棚内引进温湿度监控系统，时刻的监控使作物科学生长。不难看出，国外的温湿度监控系统的研发现状已经到达实际应用的阶段，并在此基础上不断优化，推进了各个行业的发展速度。

1 总体方案

多点无线温湿度监控系统的设计基于电气控制原理、传感器技术、数据库技术、模拟电子技术、数字电子技术知识。温湿度监控系统能够检测监控地点的温湿度，并且能够将数据通过远程无线射频模块实时传送到本地。本系统最核心的地方就是温湿度检测、数据远程传送以及数据的处理和记录，数据库的建立。

为了达到这个目的，本设计首先选择DHT11数字温湿度传感器，然后根据它的接口电路图，焊接好检测端的电路。温湿度检测成功后，下一步便进行数据传送。因为设置了无线连接多个检测点，所以通讯采用2.4GHz射频模块，最终使得整个系统的各个检测点与本地的良好通讯。采集到的数据会及时传送给电脑端的上位机以供实时监控，上位机将数据保存至数据库，方便再次调用查看。温湿度监控系统的主要功能基本如此，之后再做一定的完善工作，最终使系统变得更加完善、运行更加稳定。

2 硬件部分

远程检测端和本地的数据接收器均采用STM32F103单片机，该单片机具有高性能低功耗、占用较小体积、使用方便灵活的特點。检测端单片机通过读取DHT11数字传感器的数据来获得当前的温湿度。DHT11模块是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器为4针单排引脚封装，单线制串行口，连接方便，使系统集成变得更加简易快捷。

接收和发送无线数据的NRF24L01模块是一款新型单片射频收发器件，通信频率为2.4GHz，通信速度快，传输距离也比较远。射频模块内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能器件，输出功率和通信频道可进行配置。该模块功耗低，使通讯更节能。

远程检测端的电源由主柜内引入，用于远程柜内照明及供电，供电电压经由220V交流到12V以下直流的转换，为远程柜内的单片机最小系统、温湿度传感器、无线射频模块供电。确保提供稳定高效的电源。

接收器由单片机最小系统和射频模块组成，可直连计算机的USB口，通过电平转换与PC通信。该部分的电能由计算机提供。

3 软件部分

对于本设计来说，如果硬件是基础，那么软件就是灵魂。远程检测端与接收器的单片机内部程序均采用C语言编写，使用模块化编程，方便代码的修改和优化。远程检测端的程序设定为上电后间隔很短时间不断读取温湿度传感器数据，多次数据取样后经处理发送出去，以减小误差。接收器则不断接收数据，将数据通过串口发送至PC。PC上位机采用VB语言编写，VB是一种结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化编程语言，拥有图形用户界面和快速应用程序搭建的功能，且界面美观。上位机实时显示各点的当前温湿度，并以一定的时间间隔将数据上传至数据库。数据库设计方案选择微软的ACCESS来进行数据的保存，ACCESS的适用范围较广，能够保存大量的数据，安装OFFICE的计算机都可以进行查看，VB上位机也能方便的调用。ACCESS的数据稳定，只要建立了数据源的连接，通过相关指令就可以进行数据的记录和调用。

4 实际测试

经测试，远程检测端的湿度测量范围为20%～95%，误差±5%。温度测量范围为0℃～50℃，误差±5%。该系统中远程检测端与接收端所用的通信速率为250kb/s，距离可达50m，信号可穿过一般的障碍物不会受到影响，准确无误符合实际需要。

远程检测端经实际测试，总电流约为10mA，耗能50mW左右。主控单片机、传感器与无线射频模块的功耗均符合节能要求。

经过多次在不同地点的测试，该系统可以用在食品药品生产线、温室大棚、养殖场、生产车间、机房、档案室等场合，系统运行稳定高效，可以很大程度上代替人工，提高实际效率。

5 结语

现代各产业对温湿度要求越来越高。传统的人工温湿度监测不仅效率低下，而且缺乏科学性和完整的管理。传统方法会造成人力资源的浪费和其它的不良后果。目前虽然国外很多行业的温湿度监控已经不需要人力，但是我国许多单位及个体仍采用人工方式，难以做到实时，准确，且存在各种各样的问题。

与国内外行业相比较，该系统适应性和灵活性更强。具有更高的性价比。

由于成本较低，本设计在行业竞争中更具优势，经过进一步改进，便可得到大规模的应用。下一步将开发出应用范围更广的温湿度监控系统，可以极大程度减少劳动力的投入，同时还可以使生产更加高效，减少不必要的经济损失。

参考文献

[1] 梁健.温室温度远程监控系统的设计[D].昆明理工大学，2010.

[2] 连承飞.低成本低功耗的温室测控系统无线通信技术[D].江苏大学，2008.

[3] 阎石.数字电子技术基础[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.