基于单片机的仓库温湿度监控系统的设计

2018-05-03巩银苗鲁西坤景旭宋继超

电子制作 2018年7期

巩银苗，鲁西坤，景旭，宋继超

（1.安阳工学院电子信息与电气工程学院，河南安阳，455000；2.国家电网安阳供电公司，河南安阳，455000）

0 引言

飞速进步的电子科学知识，带动了单片机的技术知识的进步。采用单片机的自动控制系统，成为单片机的重要发展趋向，例如智能化的家居，银行，超市等重要行业的安全防护系统等，都需要自动化的检测与控制系统[1-4]。其中，仓库环境参数的检测与控制，对仓库来说是非常重要的环节，合适的货物贮存环境对货物非常重要。温湿度环境是仓库存储货物的必要因素之一，仓库的温湿度环境是否适宜决定了仓库的货物能否完好地保存。因此，仓库是否配自己的一套温湿度监控系统是现代存储货物的必要指标。

仓库的温湿度监控系统，在人类的社会生活中占据非常重要的地位。温湿度对仓库的防霉、防潮、防火灾起着必不可少的作用。以往的仓库监控则是利用温度计、毛球湿度计、湿度试纸等较为简单的测量工具来测量，不能实现数据的连续、实时监控。在对仓库进行升、降温时，由于不同的环境，参数也存在着或大或小的误差，因此这种人工的监控方式有诸多的弊端：误差性大、耗时、费力、反馈滞后、效率极低，并且人为的操作很可能出现意想不到的结果和事故。

1 系统总设计方案

本系统的设计主要包括由单片机STC89C52控制模块、DHT11温湿度数据检测部分、按键电路部分、温湿度调节模块和电源模块等。

■1.1 系统总体框图

硬件电路主要以单片机为监控系统核心，通过LCD显示器实时地显示温湿度传感器检测到的温湿度值，阀值是通过AT24C02存储的，实现断电保存，过阀则相应的报警驱动。本监控系统设计的温湿度监控系统框图如图1所示。

图1 温湿度监控方框图

该监控系统的主要模块单片机STC89C52控制模块，作用是进行数据的对比与处理；利用DHT系列温湿度传感器来进行环境参数的实时采取；当前环境温度和湿度的实时显示用到的是LCD液晶模块；监控系统温湿度上下范围的设定用到的是按键模块；报警模块用来对环境温湿度越过上下范围时起到警示作用；温湿度调节模块，是外接模块，用来对环境温湿度的控制，进行合理的调节；电源部分，为该温湿度监控设计中的各个模块进行电源的提供。

■1.2 单片机控制器的选型

单片机是用来接收温湿度传感器传来的环境参数，并进行处理。单片机会将接收到的数据进行比较、处理，然后会根据处理的结果来决定是否需要向警报模块发送报警指令。当需要发送控制和报警指令，则传送特信号指令，并接通外置控系统，并且凭借外置控制系统或的执行结果来判断是否解除警示。STC89C52系列单片机是STC推出的新一代单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰、超低价的性能，它的8K字节系统可编程Flash存储器，有用经典的MCS-51内核，能灵活、超有效地解决众多的嵌入式应用控制系统。

2 硬件电路设计

■2.1 电源电路设计

本监控系统采用的是DHT11的温湿度传感器，电源要求5V，因此要将220V交流电压经过降压，变成12V交流输入，再通过桥式整流电路将低压交流电转为直流电，当然，这其中会含有一些谐波和脉动，所以还需要通过滤波，将杂质滤掉，这样成为温湿度传感器可以使用的电源。但是，由于直流电压是很不稳定的，所以，还需要实现稳压操作，这就需要用到一个IM7805的三端稳压管。这样，温湿度传感器和单片机芯片就有了稳定的电源来提供电压。本电源电路的设计不仅提高电源的抗干扰能力，还可提高电源的可靠性。系统电源图如图2所示。

图2 系统电源图

■2.2 湿温度采集模块的选型

收集温度和湿度参数是温湿度采集外设的唯一功能，然后运用模拟和数字之间的转换，再将变换后的数字信号传送给控制短的外部设备，因此，本系统设计的温湿度采集模块的主要功能就是用来采集仓库环境中的温湿度数据，并进行数模转换。

本系统选用的温湿度传感器为DHT11。这款数字温湿度传感器是一款很适用于仓库监控温湿度系统的复合传感器，并且它能够输出已校准数字信号。它之所以能够确保产品具有极高的可靠性与长期稳定性是因为它采用了专用的是数字模块采集技术和温湿度传感技术。它拥有的一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件的特性，能够与一个高性能的8位单片机连接。这款数字温湿度传感器的优点很多，比如体积小，响应速度快，功耗低，抗干扰能力强，性价比高，并且信号传输距离可达20米以上，如果连线长度短于20米，这时需要连接5千欧的上拉电阻。这些优点使DHT11成为众多苛刻的使用场合的最好选则。

■2.3 温湿度采集模块电路设计

DHT11芯片温湿度传感器为本系统选用的湿度采集模块。由于STC89C52接口不包含两线制串行，而该温湿度传感器的接口采用的设计的却是两线制串行通信，因此，需要通过模拟来实现：需要与DATA串联一个10千欧的上拉电阻，这样能把信号拉高为高电平，这样才能与单片机的端口相连接。由于DHT11芯片本身有内置ADC，所以可以直接将采集到的仓库内的温湿度数据转换为数字电平送到单片机中。单片机STC89C52与DHT11接口电路如图3所示。

图3 STC89C52与DHT11接口电路

■2.4 液晶显示模块电路设计

液晶显示器的原理目前被广泛应用在各种嵌入式设备中：手机、电脑、电视、显示器、监控设备等众多领域。本系统选用的1602液晶屏是单片机系统是常用的显示器件，显示模块如图6所示。单片机的P1接口电路是为命令数据接口，P3.3，P3.4 和 P3.5 分别接片选，读写选择和使能端口。按键是用来进行模式选择和设置温湿度阈值的。1602显示模块接线图如图4所示。

图4 1602显示模块

3 系统软件设计

图5 主程序流程图

系统中的每个模块系统想要正常工作，都离不开软件程序。程序对于系统，就是大脑对于人类。系统每个功能的执行，都是调用内部的子程序。本系统的软件部分主要是针对如何通过单片机监控仓库温湿度，以及当温湿度超出阈值后，系统如何发出警报，自动调节仓库的温湿度来设计的。在设定的温湿度度范围内，单片机正常监控仓库库内的温湿度；当温湿度超出阈值，系统就会发出警报信息，接下来再进行温湿度的自动调节。本设计的系统主程序流程图如图5所示。

■3.1 液晶显示模块

液晶显示模块工作的过程为：执行每条指令之前首先要确认本模块的当前工作状态。当模块的标志为低电平，则此指令失效，需要显示字符时，需要将此字符的地址拉高成为高电平输入。1602液晶显示模块能够与单片机直接接口。软件流程图如图6所示。

图6 液晶显示模块程序流程图

■3.2 传感器模块设计

随着科技的发展和进步，在各个领域都能见到DH11数字温湿度传感器的身影。DHT11传感器有标准接口，这就使它不再需要外置的ADC。因此，使用起来也更加方便，也能够更加简单地设计系统，控制起来也更加方便，更加容易实现。DHT11传感器模块的软件流程图如下图7所示。

4 结语

本文设计了一套基于单片机的仓库温湿度监控系统，通过各模块的设计，能够完成仓库温湿度的检测、报警和调节功能，并且有液晶显示屏的实时显示温湿度，基本实现了仓库监控系统的基本功能，能够对超出温湿度阈值的情况进行报警，并进行一定的调节控制，但是有些功能和温湿度监控和调节的精度有待于进一步提高，以后可以通过继续学习，尝试更加优化的方法来提高精度和增加一些其他必要的功能。