基于單片機(jī)的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：本文是基于Keil C軟件開發(fā)平臺和Protel 99se硬件開發(fā)平臺完成的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。方案采用增強(qiáng)型STC89C52單片機(jī)為控制核心，DHT90溫濕度傳感器為系統(tǒng)上游信號采集系統(tǒng)的核心。并采用了多路信號采集并取均值的方式，并據(jù)此設(shè)計了相關(guān)的多路信號分時選擇通道。系統(tǒng)通過監(jiān)控實時溫、濕度與預(yù)先設(shè)置的安全區(qū)進(jìn)行比較來實現(xiàn)。當(dāng)監(jiān)控主機(jī)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控環(huán)境中的元素出現(xiàn)異常（溫、濕度過限）時，系統(tǒng)能夠及時的運行預(yù)定義的報警聯(lián)動裝置。該系統(tǒng)可靠性高、人機(jī)交換界面友好，使用維護(hù)簡單。

關(guān)鍵詞：STC89C51單片機(jī)；DHT90溫、濕度傳感器；信號分時選擇通道

中圖分類號：N945.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4117（2011）09-0395-02

引言：溫、濕度的監(jiān)測與管理在檔案庫、倉庫等物品存儲場所占有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)檢測溫、濕度的方法是通過人工對溫度、濕度進(jìn)行檢測，對不符合要求的進(jìn)行房間進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，而且測試的溫度與濕度誤差較大，隨機(jī)性大。本文所介紹的溫濕度控制系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)位控制核心、結(jié)合傳感技術(shù)與傳感器、通信原理、自動控制原理、數(shù)字電子電路技術(shù)與模擬電子電路技術(shù)，實現(xiàn)了倉庫的溫、濕度檢測與有效管理，降低了經(jīng)濟(jì)損失與勞動強(qiáng)度。

一、系統(tǒng)可行性分析

DHT90溫、濕度傳感器是單總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且片內(nèi)地址到目前為止始終為固定值000。第一種方式：與單個DHT90進(jìn)行通信可以使用I2C總線協(xié)議為基礎(chǔ)。但使用時必須注意，總線上只能掛一個傳感器。 第二種方式：采用單片機(jī)模擬其傳感器通信協(xié)議，這樣也可以使單片機(jī)與DHT90進(jìn)行正常通信。DHT90通信協(xié)議可以用單片機(jī)軟件模擬出來，進(jìn)而進(jìn)行操作。

二、系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能為監(jiān)測倉庫內(nèi)環(huán)境溫濕度，并且實現(xiàn)過線報警功能。即在系統(tǒng)初始化過程中需要對系統(tǒng)設(shè)置溫濕度的安全區(qū)，即為溫濕度的上下限。若實時溫濕度的值落在安全區(qū)以外，系統(tǒng)就會區(qū)分其異常類型，根據(jù)不同的異常類型，進(jìn)行不同的報警功能。最后將溫濕度值實時顯示在12864液晶屏上。系統(tǒng)總體框圖如圖2-1所示：

圖2-1 系統(tǒng)框圖

如圖2-1所示，本系統(tǒng)主要分為5大部分，第一部分為單片機(jī)最小系統(tǒng)部分；第二部分是傳感器部分；第三部分是信號分時選擇通道；第四部分為報警部分。第五部分為輸入輸出部分。

（一）單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計

1、晶振與復(fù)位部分

單片機(jī)的晶振與復(fù)位原理圖

如圖2-2所示：

圖2-2 晶振與復(fù)位原理

本系統(tǒng)的晶振采用外部無源晶振。讀圖，C10、C11與Y1組成電容三點式振蕩器，其中C10與C11是分壓電容，起到了幫之起振和穩(wěn)頻的作用。其值的取值范圍位5PF-30PF。在規(guī)定允許范圍內(nèi)其值越小越好。而根據(jù)相位平衡條件可以判斷出Y1工作在串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率之間，呈感性。該電路與內(nèi)部的反向放大器組成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，這樣來維持自己振蕩的持續(xù)。等效電路如圖2-3所示

圖2-3 正反饋網(wǎng)絡(luò)等效電路圖

其中R1的值應(yīng)該在兆歐級別，因為R1在這里起到了在開始起振時呈線性狀態(tài)。復(fù)位電路中包括兩部分：第一部分由C1與R10組成的上電復(fù)位電路。第二部分由S13、R11和R10組成的手動復(fù)位電路。上電復(fù)位是依賴于VCC對電容充電完成的。由于CMOS元件一般高于0.8VCC即為高電平，低電平要低于0.2VCC。RC充電公式為

其中 Vt：t時刻的電壓值。V0電容電壓初始值。V1電容充滿電值。為了安全起見，設(shè)Vt=0.9VCC所以得出：t≈2.3RC。取R=10K，C=10μf。

手動復(fù)位是依賴于電阻的分壓，來達(dá)到使RST維持高電平的效果。該部分電路由VCC、S13、R10和R11組成。在這里默認(rèn)按下按鍵的時間要大于單片機(jī)的2個機(jī)器周期。當(dāng)按鍵被按下時，電阻R10與R11進(jìn)行分壓。所以RST腳的電壓為：

其中R10=10K，R11=1K。所以VRES≈4.5V。

2、串口通信設(shè)計

本系統(tǒng)基于美信公司的MAX232設(shè)計的串口通信。MAX232是美信公司專門為RS電平串口通信專門做的，是用來電平轉(zhuǎn)換的。其電路圖如圖2-4所示：

圖2-4 串口通信

232的高電平是-15V至-3V，低電平是+3V至+15V。MAX232主要分為3個部分。由1腳、2腳、3腳、4腳、5腳和6腳組成的電荷泵電路。主要完成電中電壓的倍增和變換。第二部分由7腳、8腳、9腳、10腳、11腳、12腳、13腳、14腳組成的數(shù)據(jù)通信部分。TTL/COMS電平通過T1IN與T2IN進(jìn)入后通過R1OUT與R2OUT輸出。RS232電平由R1IN與R2IN進(jìn)入后由T1OUT與T2OUT輸出。第三部分由15腳與16腳組成的電源與地。在電路中，電容CD1、CD2、CD3和CD4的值為1μf，若采用MAX232cpe商業(yè)級的電容為0.1μf。電容值一般不予改變。1、3腳之間的電容與2腳與電源之間的電容與芯片內(nèi)部電路共同作用，達(dá)到使+5V到+10V的電壓倍增效果。4腳、5腳之間的電容、6腳與地之間的電容與芯片內(nèi)部共同作用，達(dá)到使+10V到-10V之間的電壓翻轉(zhuǎn)。

（二）傳感器與分時電路的設(shè)計

1、傳感器的物理特性

該系統(tǒng)采用的是DHT90溫、濕度傳感器。其輸出為全標(biāo)定數(shù)字輸出。其結(jié)構(gòu)如圖2-5：

圖2-5 DHT90傳感器

該傳感器的精度高，測濕范圍為0至100%RH，測溫范圍為-40至128℃。足夠滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。

所以系統(tǒng)采用DHT90傳感器。

2、傳感器的工作流程

DHT90傳感器的硬件電路十分簡單，其難度在于對其的控制程序。其控制流程為：

（1）首先，我們需要啟動傳輸函數(shù)。這樣就可以啟動傳感器。

（2）然后，發(fā)送命令。該命令由8位，兩部分組成。第一部分即前三位是地址碼，為固定值000。后5位為命令碼，決定了傳感器的工作方式。

（3）若傳感器與單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸后，DATA下拉為低電平（表示測量結(jié)束），只有等到這一信號才能進(jìn)行下一步動作。

讀取測量值，將其轉(zhuǎn)化為溫濕、度值

3、信號分時選擇通道

由于DHT90傳感器片內(nèi)地址為固定值000，所以不能將多個傳感器的直接掛在I2C總線上。但是為了得到更加有說服力、更加能說明問題的值，該系統(tǒng)要采用4路傳感器，分別測得不同地方的溫、濕度值，這樣，就需要解決多個傳感器信號輸入問題。可以采用每個傳感器分別接至單片機(jī)，這樣硬件電路會很復(fù)雜，直接浪費了單片機(jī)的系統(tǒng)資源。所以本系統(tǒng)沒有采用這種方式。而采用的是數(shù)字信號分時輸入的方式來進(jìn)行信號傳輸?shù)摹Ｆ潆娐穲D如圖2-6所示：

圖2-6 信號分時選擇通道

9014三極管在這里起到開關(guān)作用。當(dāng)單片機(jī)給出高電平時三極管工作。R1，R2，R3R4在這里起到限流作用，防止電流過大燒毀三極管。其值為

9014的PN結(jié)電壓為0.3V放大倍數(shù)在200-300之間。只要控制基極電流為10μ就可以保持三極管正常工作。

（三）報警電路

圖2-7 報警電路

報警電路采用灌電流方式。發(fā)光二極管的壓降為1.7V，將其點亮的電流在3mA-10mA左右。所以限流電阻的值為：

即 R=1.1K所以，R取1K。

（四）輸入輸出顯示電路

由于該系統(tǒng)需要輸入的數(shù)據(jù)量變化多而且較為復(fù)雜，所以輸入采用4×4矩陣鍵盤。由于該系統(tǒng)需要輸出的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜多變，為了滿足要求輸出采用的是12864帶字庫液晶顯示。

結(jié)束語：本系統(tǒng)設(shè)計方案有多種，上述方案是從多種方案中選出的最優(yōu)方案，其具有功能強(qiáng)、成本低、元件少、精度高、可靠性好、穩(wěn)定性高、執(zhí)行速度快、簡單易行、具有實效性、使用范圍廣等特點，故具有推廣價值。畢業(yè)設(shè)計3個月的時間，在這個過程中，充滿了自我的學(xué)習(xí)，老師的教育，同學(xué)的幫助，所以在結(jié)束的時候很是感動。在本次設(shè)計中指導(dǎo)老師給了我很大的幫助，每次程序運行不出結(jié)果或有錯誤時，他總會幫我認(rèn)真分析，耐心指導(dǎo)，詳細(xì)講解，使我受益匪淺。

作者單位：大連交通電氣信息學(xué)院

參考文獻(xiàn)

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