基于单片机的中药柜温湿度控制系统设计

黄建辉

（福建中医药大学附属人民医院，福建福州，350002）

0 引言

中药是中国的瑰宝，中药饮片存放对周围的环境要求较高，其对温湿度比较敏感。因此中药柜内的温湿度调控是实现存放关键的环节。不同类型的中药饮片对温湿度的要求不同，因此要求管理人员结药柜温度与湿度进行实时的调控。为了实现中药柜内温度与湿度的自动控制，降低人工成本，笔者设计了基于单片机的中药柜温湿控制系统。

1 温湿控制系统功能描述

根据不同中药材对存储环境的不同要求，本系统对储存中药材的药柜内的存储的温湿度进行实时监测，并在存储温湿度超过药材保存环境要求时进行自动调节。系统框图如图1所示。

图1 中药柜温湿度控制系统框图

温湿度检测模块检测中药柜内的温湿度并转化为数字电信号，传送到单片机。按键部分用于设置中药柜内存储的温湿度上限。液晶显示部分用于显示药斗内的当时温湿度值。当药斗内湿度超过预设的湿度上限时，启动制冷片除湿；当药柜内湿度低于温度上限值时，关闭制冷片；当药柜内的温度高于温度上限时，启动排气扇降温；当药柜内的温度低于温度上限时，关闭排气扇。确保药斗内的湿度及温度不影响药材的药效。

2 温湿度控制系统的硬件设计

2.1 硬件系统构成

本系统应用STC89C52RC单片机做为核心控制器件，电路还包括数字式温湿度传感器DHT11、1602液晶显示屏、按键控制电路、指示灯、继电器及制冷片、排气扇等。

2.2 电路工作原理

电路原理图见图2，包括STC89C52RC单片机电路、4路按键控制电路、DHT11温湿检测电路、液晶屏显示电路、温湿度调节电路。

图2 温湿控系统电路原理图

2.2.1 单片机电路

单片机电路的电源是5V，STC89C52RC单片机是核心元件，C3、C2、Y1构成时钟电路。C1、R2构成按键复位电路。

2.2.2 按键控制电路

按键控制电路由4个独立按键组成，用设置温湿度的上限值。其中，K2、K3用于设置温度上限值，当K2每按一次温度上限值加1，当K3每按一次温度上限值减1。K4、K5用于设置湿度上限值，当K4每按一次湿度上限值加1，当K5每按一次湿度上限值减1。

2.2.3 检测电路

检测电路采用DHT11温湿度传感器芯片，这是一款含有已校准数字信号输出的单总线式温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

2.2.4 数据显示电路

数据显示电路采用1602液晶显示屏。该电路显示药柜内的温湿度及温湿度设置时的数值。当按键有按下时，显示电路显示按键输入的状态和数据。温湿度上限调节的过程，当温湿度调节系统工作时显示药柜内的时时温度和湿度。

2.2.5 温湿度调节电路

温湿度调节电路包括制冷干燥和散热电路。单片机P1.5、P1.6输 出 信 号“0”或“1”控 制 继 电 器KJ1、KJ2，的通断，从而控制湿度调节执行元件及温度调节执行元件工作与否。当L或R为低电平时，继电器RL2或RL3吸合，相应指示灯亮起，制冷干燥装置或散热电机动作，否则继电器断开，温湿度调节装置不动作。

3 温控系统的软件设计

3.1 总体设计思路

中药柜温湿度控制系统由主程序、初始化程序、温湿度读取子程序、1602液晶显示子程序组成，软件运用C语言进行程序设计。系统软件设计流程图如图3所示。因为文章篇幅有限，程序只部分示例。

图3 温湿控系统软件设计流程图

系统上电时将单片机各个参数初始化，DHT11数字式传感器采集中药柜内的温湿度，1602液晶屏上显示当前湿度与温度。将当前湿度值与设定的湿度值进行比较，如果高于设定湿度就启动制冷干燥装置即制冷片；将中药柜内当前温度值与设定的温度值进行比较，如果高于设定温度就启动散热装置；当湿度符合要求后关闭制冷干燥装置。

3.2 子程序设计思路

3.2.1 温湿度检测电路

温湿传感器DHT11是单总线结构，通讯及采集数据同用一根总线，一次通讯时间4毫秒左右，一次完整的数据传输为40bit。

40bit分别为8bit湿度整数数据、8bit湿度小数数据、8bi温度整数数据、8bit温度小数数据、8bit校验和，高位先出。

在主机发出开始信号后，DHT11模式从低功耗到高速转化，主机开始信号时间到后，DHT11向主机发送响应信号，送出40bit的数据，同时进行一次信号采集，用户可自行选择想读取的数据。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。

当总线空闲时输出为高电平，单片机把总线拉低18ms以上，确保DHT11检测到起始信号。单片机在开始信号结束后，发送一个80μs低电平响应信号，延时等待20-40μs后，读取DHT11的响应信号。

当总线为低电平，DHT11向单片机发送响应信号，单片机把总线拉高80μs，准备发送数据，每一bit数据都以50μs低电平时隙开始,每一bit数据是0还是1取决于高电平的长短。最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50μs,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。

传感器读取一位数据子程序如下：

3.2.2 按键设置子程序

按键设置子程序采用4个按键，进行2个数值的设置，分别为温度上限和湿度上限，由按键扫描子程序提供软件支持。按下一次设置键K2湿度上限设置加1，按一次键K3湿度上限设置减1，按下一次设置键K4温度上限设置加1，按一次键K5温度上限设置减1。检测到无按键按下时返回中药柜时时温湿度显示。按键子程序流程图4所示。

图4 按键子程序流程图

3.2.3 自动温湿度控制子程序

程序调取设置的湿度上限，与传感器时时检测的中药柜内空气湿度进行比较，当实际湿度低于设置的湿度上限时，实际温度低于设置的温度上限时，温湿控制系统不工作；当大于设置的湿度时，单片机通过P1.5口输出一个低电平，启动制冷干燥片。中药柜内的温度与设置的温度上限进行比较，当实际温度超出设置温度上限时，单片机通过P1.6口输出一个低电平，启动排气扇降温。

4 系统制作与调试

本系统电路采用万能板制作，根据电路图将电路设计完成并焊接好。程序通过下载器下载到STC89C52RC单片机中后进行系统调试，系统实物如图5所示。

图5 温湿控系统实物图