仓库温湿度控制系统设计与实现

2018-09-26许燕萍周一斐

数字技术与应用 2018年5期

许燕萍周一斐

摘要：本设计基于STC89C52RC单片机，采用DHT11作为温湿度传感器，LCD1602液晶屏进行显示，同时将其与设定值进行对比，如果超出上下限，将进行报警并启动温湿度调节设备。此外，还可以通过独立式键盘对设定的温湿度进行修改。通过设计系统原理图、并做出了实物，证明了该系统的可行性。

关键词：单片机；仓库；温湿度

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0010-03

温度和湿度的控制是物资储备仓库管理中极其重要的环节。无论是在国家仓储还是在企业仓储的相关管理规定中，温湿度的控制都是其中最为重要的一章，而针对不同性质不同储备的仓库，其对仓库的最高最低温度、最高最低湿度以及最佳温度湿度都有相当严格的要求。在传统的仓储管理系统中，其温度和湿度的控制基本是利用人工操作来进行调控的，随着计算机技术以及现代传感技术的发展，目前在仓储管理中的温湿度控制引入智能化、计算机化和全自动化的手段已经是势在必行的。

1 系统总体设计

1.1 系统功能与系统指标

仓库温湿度控制系统，要能够及时、准确地对仓库内的温度、湿度进行采集，将其显示在LCD1602液晶显示器上，然后与设定的上下限值进行比较，如果超出限制则启动温度、湿度控制设备，并通过蜂鸣器报警，直到温湿度回到規定的范围。另外，还要能够通过按键修改设定的上下限。为了能够满足农业生产的需要，此次设计要达到以下指标：

（1）温度采集范围为0～99℃；

（2）温度测量误差：±1℃；

（3）能显示当前的仓库温度和设定温度；

（4）湿度测量误差：±5%RH；

（5）测湿范围：0～100%RH；

（6）可以通过键盘电路修改上下限；

（7）在温湿度超过设定值时，有报警声；

（8）温湿度超限时能够启动温湿度调节设备进行调节。

1.2 总体方案设计

本设计基于STC89C52单片机，主要实现以下几个功能：对温湿度的采集、信号处理和显示、设定温湿度正常范围、声音报警、对环境温湿度的控制。系统的总体框图如图1所示，从图1中可以看出系统主要包括以下几个部分：温湿度采集模块、蜂鸣器报警电路、显示电路模块、键盘输入模块、继电器控制电路。

2 系统硬件电路设计

本设计控制器选择STC89C52RC，完成数据的采集、存储、显示、处理、报警灯功能。温湿度采集采用DHT11传感器，通过在当前环境下检测到的温湿度值传递给单片机完成数据的分析，为了使采集到的数据稳定可靠，每间隔2秒采集一次数据传递给单片机。数据显示模块采用1602液晶显示器，温湿度设定值输入采用独立按键。

2.1 传感器电路的设计

温湿度传感器采用DHT11，它包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，具有很高的可靠性和长期使用的稳定性，有专用的温湿度传感技术和数字模块采集的技术，是温湿度复合传感器，响应快，抗干扰能力强，性价比高，体积小，功耗低，应用广泛， DHT11为4针单排引脚封装，连接方便。

STC89C52RC单片机的P2.0引脚接DHT11的DATA引脚，DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

MCU发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据，从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集，采集数据后转换到低速模式。

值得注意的是，手动焊接时，在最高260℃的温度条件下接触时间少于10秒。

2.2 显示电路设计

测量到的温湿度值将显示到液晶屏LCD1602上，它可以显示2行，每行16个字符。

STC89C52RC单片机P2.1引脚接LCD1602的数据/命令选择端，P2.2引脚接LCD1602的读/写选择端，P2.3接LCD1602的使能信号，P1口接LCD1602的数据端。

2.3 温湿度调节继电器接口电路

当温湿度超出限定值后，单片机将输出控制信号，启动加热、制冷、加湿、除湿设备。继电器是电气控制中常用的控制器件。一般由通电线圈和触点（常开或常闭）构成。当线圈通电时，由于磁场的作用，使开关触点闭合（或打开）；当线圈不通电时，则开关触点断开（或闭合）线圈可以用直流低电压控制（9V、12、24V），本设计中采用12V控制线圈的，触点输出部分可以直接与市电相接，虽然继电器本身具有一定的隔离作用，但在与微型计算机接口时还是采用光电隔离器进行隔离。光电隔离器的驱动能力有限，一般电流只能达到30mA左右，不足以驱动继电器，因此再加一个三极管放大电流。

原理如图2所示：图中用了4个继电器输出控制信号，用来启动加热、制冷、加湿、除湿设备，本设计中继电器输出电路全部接的发光二极管用来模拟启动加热、制冷、加湿、除湿设备，当温湿度超限，对应继电器的发光二极管会被点亮。

光电隔离器选用SHARP公司的PC847，它是四路光耦，由单片机直接驱动。分别接STC89C52RC的P3.2，P3.3，P3.4，P3.5引脚。

本设计中用的继电器是普通的电磁继电器。OMRON公司的G5V-2，三极管选用S9012。

3 系统软件设计

仓库温湿度控制系统是在程序控制下完成工作，本系统的软件全部采用C语言编写，以便提高系统的快速反应和程序的可读性。系软件设计方法采用模块化的设计思想，系统统程序由系统主程序、DHT11温湿度采集模块、1602显示模块、输出控制模块、键盘扫描模块组成。主程序调用各功能模块，并将它们联系起来，从而形成一个整体，以实现对系统的管理。

见图3在主程序中，完成系统的初始化，包括定时器工作方式、初始值、串行口工作方式、中断允许寄存器等的设置，以及1602显示屏初始化设置，包括清屏、显示开关、输入方式設置等。然后调用温湿度读取函数读取当前温湿度，再判断按键S2有无按下，如有按键按下进入用户修改温湿度的设置，如没有按下显示预设的温湿度与当前温湿度，接着对比当前温湿度值与预设温湿度值，如果超限报警，启动温湿度调节设备，如未超限，返回继续读取当前温湿度值。

4 系统功能测试

（1）图4为实物图。上电后，液晶显示屏显示“T 23 TH 33 RH 40 R 29 TL 17 RL 27”表示当前温度23度，湿度29%，温度上限33度，温度下限17度，湿度上限40%，湿度下限27%。

（2）按下S2键一次进入温度上限设置，按S3键温度上限加1，按S4键温度下限减1。

（3）按下S2键两次进入温度下限设置，按S3键温度上限加1，按S4键温度下限减1。

（4）按下S2键三次进入湿度上限设置，按S3键温度上限加1，按S4键温度下限减1。

（5）按下S2键四次进入湿度下限设置，按S3键温度上限加1，按S4键温度下限减1。

（6）当温度超限时，蜂鸣器报警，对应继电器发光二极管被点亮，同时风扇旋转，用来模拟温湿度调节设备。实际应用只要把四个继电器输出接加热、降温、加湿、除湿设备就好。

5 结语

以STC89C52RC为控制器的的温、湿度控制系统，自动检测并显示仓库温、湿度，并根据用户要求设定系统的温、湿度阈值进行控制，经测试，该装置工作稳定可靠，有很强的实用性。

参考文献

[1]黄震宇.温湿度控制系统设计[J].粮食与食品工业，2008，（1）：42-44.

[2]刘东文.嵌入式温湿度控制器的研究与设计[D].贵州大学，2008.