基于单片机的智能仓库温湿度控制系统概要

第一章引言1.1课题背景在现代工业现场，随着科学技术的进步和自动化的发展，温湿度监视系统在某行业要求越来越高，特别是中型仓库管理系统，由于温湿度过高或过低，仓库储藏物本身的水分过高或连续的高湿天气会使储藏物的新陈代谢变快放出热， 发热导致的温度上升，代谢更加剧烈，霉菌变质，仓库必须重视空气温湿度的精确方便的实时监测，长期以来，受到经济条件的制约，中国仓库环境差，且管理迟缓。仓库管理的重点之一是合理配置测温点，经常检测温度变化，发现储藏物的热点，减少损失。 但是，沉积物传热如此缓慢，使人感到严重，管理者经常需要闷热，进入闷热的仓库观察温度、湿度，不断地翻仓库，进行加湿、换气和降温设备控制温湿度。 这不仅控制精度低，实时性差，而且作业人员的劳动强度也大。 这样沉重的体力劳动，不仅对人体造成很大的伤害，既不科学，也不及时。 因此，仓库的储藏物有时会蛀牙，或发霉。我国的储藏物现在集中保管在地方和国家的仓库里。 根据国家储藏物保护法，必须定期对粮食的温度、湿度进行采样检查，确保储藏质量。 这需要温湿度监视系统来管理仓库。本课题以上述问题为出发点，设计仓库的温度湿度监视系统，不仅收集仓库内的温度湿度值，还迅速应对，向用户提示数据和处理结果，保存数据，使今后的比较研究变得容易。1.2仓库温度、湿度控制技术国内外研究情况近年来，由于超大规模集成电路技术、网络通信技术和计算机技术的发展，监控系统被广泛应用于农业生产等领域，仓库温度、湿度监控技术的研究在软件、硬件等方面取得了一定的发展。1.2.1硬件技术初始仓库温湿度检测主要采用温度测量算法，将温度计放入特定的插座中，根据经验插入仓库多个测温点，工作人员决定定期拔领，采取相应措施。 该方法不仅因为温度计的精度、人工读数的人为因素等原因，温度测量慢，而且精度低，采样不彻底，局部粮食温度过高，很难马上发现，局部粮食霉变，可能破坏大面积。随着科学技术的发展，温湿度检测系统有很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵布线技术，在简化了数据采集部分的布线的传感器上应用热电偶、半导体等器件的数据传输方面减少了传输线路的数量，采用串行传输方式， 可以对仓库的各测试点进行巡回检查，虽然检查的速度、精度大幅提高，但由于电阻传感器的灵敏度低，检查精度不充分。并且仓库使用单板机进行温湿度监测，用各种手段提高数据的传输和检查速度，通过硬件和软件技术的结合，检查的精度和可靠性大幅度提高，能够满足一般的中小仓库的需求。近年来，随着网络通信技术和微处理器芯片的发展，为了简化仓库温度、湿度监测系统的设计，降低成本，各公司科研机构开始大力探索相关领域，仓库的温湿度监测系统实现了数字化和网络化。 其中，美国达拉斯公司公布的单总线接口协议采用单信号线，可以传输数据和时钟，并且数据传输是双向的，因此单总线技术线路简单，硬件开销小，总线该公司生产的单总线设备具有无需另外接通电源、在测试点将模拟信号直接数字化等特征，同时减少了系统的环节，同时也保证了系统的精度。 同时，各公司开发的可视化软件开发工具向高效有力的方向努力，为获得良好的用户界面奠定了基础。国外仓库监测技术已经发展，高科技数字传感器广泛应用于仓库温度湿度监测系统。 该传感器采用微控制器和半导体集成电路的最新技术，在一个芯片上集成了温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片、存储器芯片等，除了完成温度检测功能之外，还能完成预设范围的温度、警报、多路A/D变化由于数字温度传感器直接输出数字量，因此解决了温度信号的长距离传输问题、传输中的噪声和衰减引起的精度降低等问题。目前，国内出现了丰富的数码传感器成套产品，如中继器、内线器、连接器、远程控制模块等。 数字传感器技术、通信技术和计算机成为目前计算机技术的三大基础，计算机监控技术备受瞩目。1.2.2软件技术近年来，各种计算机软件开发平台取得了巨大发展，尤其是在Windows环境下，基于Delphi、Power Builder、Visual Basic、Visual C的升级，数据功能得到了增强， 使用ODBC驱动程序可以访问各种数据系统，使用ADO、DAO等各种应用程序开发接口来管理可以操作数据库中的数据的数据库，数据库的对象和结构是监视系统1.3课题设计目标仓库温湿度控制系统是以AT89C52系列单片机为中心组成的监视系统。 本课题提出了适用于中小型仓库的温湿度控制系统的设计方案。系统主要由输入输出两个大模块组成，每个模块由几个小功能模块组成。 其中，输入模块主要包括电源模块、键盘设定模块、温湿度检测模块，输出模块主要包括LCD显示模块、报警模块、控制模块和串行通信模块。第二章系统整体的设计2.1系统的功能、配置和操作原理2.1.1整体方案根据设计功能的要求，系统分为以下几部分1 )键盘设定模块：设定温度的上限和下限、湿度的上限和下限，调整仓库的温湿度控制范围。2 )温湿度检测模块：检测仓库内的温湿度。3 )警报模块：温度或湿度越高越发出警报。4 )控制处理模块：温度和湿度越受限制，用一定的手段进行控制。5 )显示模块： LCD显示设定的温度的上限和下限、湿度的上限和下限、测量的温湿度值和各种调整信息。6 )串行通信：将测量的温湿度上载到PC上并保存。7 )电源模块：为系统供电。2.1.2实施措施1 )键盘设定模块：键盘需要输入温湿度的范围、小数点、百分比符号、复位等功能，因此使用44矩阵键盘。2 )温湿度检测模块：温湿度传感器的选择参照以下方案论证。3 )警报模块：温度和湿度越高，声音就越警报，用蜂鸣器实现。4 )控制处理模块：如果实际环境温度超过设定的最高温度，继电器控制空调的加热设备的工作，如果实际环境温度低于设定的最低温度，继电器控制空调的冷冻设备的工作，如果实际环境湿度超过设定的最高温湿度，继电器控制鼓风机的工作，使其湿润5 )显示模块：实现了用户输入温湿度的上下限、检测的温湿度值和各种调整信息的显示编程。6 )串行通信：由电平转换芯片MAX232实现。7 )电源模块：采用线性直流稳定电源的设计方法。2.2温湿度传感器的方案论证和选择当单片机用作测量系统时，系统总是被测量信号进入输入信道，以拾取单片机所需的输入信息。 对于测定系统来说，如何正确地得到被测定信号是其核心任务的测定系统中，不仅对被控制对象的状态的信号进行测定，还对测定数据和控制条件进行比较，实时地控制对应的执行设备。传感器是实现测量和控制的主要环节，是测量系统的重要部件，只有传感器正确、准确地捕捉和转换原始被测信号，才能实现所有正确的测量和控制。 工业生产中的自动测量和控制，主要依靠各种传感器检测和控制生产中的各种参数，使设备和系统在最佳状态下正常运行，保证生产的效率和高质量。2.2.1数字温度传感器的类型随着温度传感器的集成化、智能技术的进步，世界上许多公司推出和广泛应用了新的数字温度传感器。 器件的选择必须掌握以下几点：测温精度、分辨率必须恰当，以减少不必要的电路和软件开发成本，外围电路必须尽可能简单，温度传感器的总线负载能力如何，能满足多点测温的需要？ 由于MCU的端子资源有限，多点测温时，如果测量的点数超过输入通道的数量，就会追加多路电路，花费成本。与单片机的通信协议尽可能简单，成本、温度测量的软件开发的难度尽可能小。 现在数字温度传感器采用的串行总线主要有摩托罗拉的SPI总线、Dallas的1-wire总线、飞利浦的I2C总线等。一般的数字温度传感器主要有：1 )数字温度传感器AD7418是ADI公司发表的单片温度测量和控制集成电路。 其内部包含带隙温度传感器和10位的模拟/数字转换器，可以将感应温度转换为0.25C的量化间隔的数字信号，测温范围为-55C 125C，具有10位的数字输出温度值，分辨率为0.25C，精度为2C，转换AD7418片内置寄存器可设定高/低温阈值。 温度超过设定阈值时，过温度漏极开放指示器(OTI )输出有效信号。 可以与单片机(微控制器)接口，并且可以通过I2C接口读写AD7418的内部寄存器。 该温度传感器广泛应用于数据采集系统中的环境温度监测、工业过程控制、电池充电、电脑等系统。2)LM74是集成了美国国家半导体公司推出的带隙式温度传感器、三角型模拟/数字转换器，具有SPI/Microwire兼容总线接口的数字温度传感器。 在传感器通电之后，可以自动以恒定速度检测温度，并且存储已经转换为芯片中的寄存器的温度值，并且主机可以随时读出传感器温度值。 LM74具有休眠模式，适用于休眠时消耗的电流不超过10mA且功耗有严格限制的系统。 LM74的模数转换器为12比特和符号比特，有效工作范围为-55 155，分辨率达到0.0625。 SPI/Microwire兼容总线接口允许将多个传感器连接到总线，并通过芯片选择信号从特定设备读取和写入。 LM74采用了3.0V5.5V的供给电压。3) DS18b20是Dallas公司推出的新一代数字温度传感器。 为了通过单线接口发送和接收信息，中央微处理器和DS1820之间只需要一条电缆(加上接地线)。 读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，不需要外部电源。 因为DS1820各自具有唯一的序列号，所以DS1820可以同时连接到一条线路总线，并可以在各种地方放置温度传感器。 该特性对HVAC环境的控制、建筑物、设备和设备的温度检测、过程的监视和控制等非常有用2.2.2数字湿度传感器的类型近年来国内外在湿度传感器的研究开发领域取得了很大的发展。 湿敏传感器向集成化、智能化、多参数监控的方向迅速发展。 集成湿度传感器的选择要考虑以下几点：感湿性能好，响应速度快，灵敏度高，测量范围宽，线性好，一致性高，重现性高，湿度低，有很强的污染防止能力，稳定性和可靠性，寿命长。目前，国外生产湿度传感器的主要制造商和典型产品主要有：Honeywell公司(HIT3602、HIT3605、HIT3610型)、Humeral公司(HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型)、Sensirion公司(SHT11、SHT15型)。一般的集成湿度传感器主要包括：1) HIH-3610是Honeywell公司生产的具有信号处理功能的热硬化聚酯静电容量式相对湿度传感器，采用线性放大输出、工厂标定，独特的多层结构能非常有效地抵抗环境侵蚀。 工作范围：温度-40 85，相对湿度0100%RH，精度2%RH，激光校正兼容性5%RH，低功耗驱动电流200A，反应时间15s，稳定性良好，低漂移，耐药性强。2) HM1500是法国的Hudmeral公司使用Hudmeral专利的感湿电容器HS1101设计制造的相对湿度传感器。 带防护条的封装、5VDC恒压供电、14VDC放大线性电压输出，用户使用方便。 湿度测量范围为0100%RH，精度达到3%RH(1095%RH的范围)，能防止灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质，非常低的温度依赖性、长期稳定性、反应时间5s。3 )与传统的温湿度传感器不同，SHT11是瑞士Sensirion公司基于CMOSensTM技术的新型智能温湿度传感器，将温湿度传感器、信号放大烹调、A/D转换、双线串行接口全部集成在一个芯片上具有传感器质量优良、超高速响应、抗干扰能力强、性价比极高、使用方便、接口简单等优点。(3)温湿度传感器的确定如上所述，以上介绍的只是温度湿度传感器，SHT11将温度传感器和湿度传感器一体化，使用SHT11进行温湿度实时监视的系统，具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点，而且，sht 该芯片广泛应用于温湿度监测、自动控制等领域，因此请选择SHT11。第三章系统硬件设计本系统的硬件包括单片机最小系统、LCD1602液晶显示、键盘、SHT11温湿度检测、警报电路、通信芯片MAX232、通信串行、控制接口(空调、送风机、加湿器)、电源模块。 系统整体的电路框图如图1所示。图3-1系统整体的电路框图单片机最小系统设计(1) AT89C52的介绍AT89C52是低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8K可在系统中编程的闪存。 使用Atmel公司的高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品的指令和引脚完全兼容。 芯片上Flash使程序内存可以在系统上编程，也适用于通常的编程盒。 通过单芯片上的8位CPU和系统中可编程闪存，AT8