多功能温湿度智能测控仪设计
2020-07-13蒋卫东贾文娟乔凌霄
蒋卫东，贾文娟，乔凌霄
(山西能源学院 电力工程及自动化系，山西 晋中 030600)
引言
我国是人口大国，粮食、蔬菜消费尤其巨大，粮食的储藏安全及蔬菜等的供应显得极为重要。其中，温湿度控制对于粮食安全储藏及温室蔬菜等健康生长具有非常重要的作用[1]。随着生活水平的提高，人们也开始关注自己的居住环境，温湿度也是人们关注的焦点。但是，传统的温湿度控制方法通常是基于一些仪器仪表进行检测，并通过巡检员流动检查仪表数据，若发现有异常数据，再采取对应的调节措施。该办法工作效率低，并且不能实时根据环境因素的变换及时控制相应的设备工作，造成一定的经济及健康损失。因此，有必要设计一款可以实时检测及控制不同应用场合环境温湿度的仪器。
1. 总体方案设计
图1为多功能温湿度智能测控仪系统框图，核心控制器基于温湿度传感器采集环境的温湿度信息，并结合内置的信息处理及决策算法，发布对不同应用场合控制设备的控制命令，并通过液晶显示器实时显示环境的温湿度信息。该系统包括温湿度传感器检测模块、核心控制器信号处理决策模块、驱动控制模块、显示模块、报警模块。温湿度传感器检测模块主要是检测环境的温湿度信息；核心控制器分析处理环境的温度信息，结合内置的智能算法，发出控制命令；驱动控制模块接收单片机发出的控制命令，实现对不同应用场合环境的实时控制；显示模块实时显示环境的温湿度信息，有利于现场人员与控制系统的人机交互功能；报警模块用来提醒仓库保管员、温室技术人员、用户警觉环境温湿度发生变化，及时查看自动系统是否开始调节环境的温湿度。
图1 多功能温湿度智能测控仪系统框图
2. 硬件系统设计
2.1 核心控制器信号处理模块设计
本设计采用AT89C52单片机为核心控制器，图2为核心控制器信号处理模块电路图，该模块包括核心控制器、晶振电路、复位电路。核心控制器分析处理温湿度信息，决策后发布控制命令；晶振电路为核心控制器提供工作脉冲信号；复位电路可以帮助系统的核心控制器工作状态恢复到初始状态[2]。
图2 核心控制器信号处理模块电路图
2.2 温湿度传感器检测模块设计
DHT11数字温湿度传感器内置电阻式测湿元件、NTC测温元件、A/D转换模块，集成温湿度传感技术和数字采集技术，具有响应快，抗干扰、高稳定的特点[3]。图3为温湿度传感器检测模块电路图，该电路将采集到的环境温湿度数字数据传输给核心控制器，为其分析决策提供数据基础。
DHT11数字温湿度传感器采用单总线方式与单片机通信，其电源引脚VCC通过5V电源供电；接地引脚GND连接地线；N/A引脚悬空；数据线引脚DATA通过上拉电阻，与单片机引脚相连，可以降低线路的不稳定及其损耗[4]。
图3 温湿度传感器检测模块电路图
2.3 显示模块设计
图4为显示模块电路图，引脚VO为液晶显示器对比度调整端，该引脚接VCC时对比度最弱，接GND时对比度最高，本设计VO引脚通过连接一个10K的电位器来调整对比度；DB0-DB7为8位的双向数据线，与核心控制器进行数据交换；背光源正极引脚通过470Ω电阻接VCC，防止直接加VCC电源烧坏背光灯。
图4 显示模块电路图
2.4 报警模块设计
图5为报警模块电路图，采用蜂鸣器和发光二极管的方式报警，提醒环境温湿度发生了变化[5]。
图5 报警模块电路图
2.5 驱动控制接口模块设计
图6为驱动控制接口模块电路图，继电器RL1是一种功率开关器件，它能够实现弱电控制强电的功能。单片机引脚C_Relay输出高低电平控制三极管的通断，进而控制继电器的通断，从而达到控制引脚C_Voltage所连接的电路的通断。单片机引脚C_Relay与三极管基极之间连接一个电阻，用来吸取断电时产生的反电势造成的干扰[6]。
图6 驱动控制接口模块电路图
3. 软件系统设计
软件部分采用模块化的设计思想，降低了各个模块之间的耦合度，保障了系统运行的可靠性，也增加了其扩展性、健壮性，同时有利于开发人员的调试、维护。开发过程中，首先编写硬件各个模块子函数，包括温湿度信息采集函数、信息传输函数、信息分析决策函数、温湿度调节函数、温湿度显示函数、声光报警函数；然后编写主函数，在主函数里面调用各个模块子函数，从而实现系统的功能[7]。图7为温湿度智能测控仪系统流程图。
图7 温湿度智能测控仪系统流程图
首先利用温湿度传感器采集环境温度信息并转换为标准数字信号，传输给单片机对其进行分析、决策，单片机将温湿度数据通过液晶显示屏实时显示；根据分析结果，若环境温湿度与需求不匹配，单片机发送控制命令控制对应的设备工作，进行温湿度的调节，同时发出声光报警。经系统测试可以精确的检测与控制环境温湿度。
4. 结论与展望
本系统基于温湿度传感器，以AT89C52单片机为主控芯片，设计了多功能温湿度智能测控仪系统，实现了对环境温湿度信息的实时监测及根据不同场合的需要实时调节环境温度。下一步，可以通过互联网将温湿度数据传送至云服务器，操作员可以通过手机、PAD等信息终端实时在线监控数据，并结合大数据技术，使系统能够实时自主分析，为用户提供更加科学合理的建议，实现智能远程管理。
