檔案庫房溫濕度“館情”數據獲取方法設計

2012-04-29 00:00:00沈二波

檔案管理 2012年2期

摘要：隨著計算機技術的迅速發展，單片機、各種傳感器的精度日益提高，人們對檔案館自動檢測技術有了更高的要求。文中就影響檔案存放質量的環境因素，首次提出“館情”的概念；針對館內溫濕度是嚴重影響著檔案館存放檔案質量的問題，作者又重點介紹了溫濕度數據的獲取技術和軟硬件的設計方法，這為“館情”自動獲取技術方法研究提供技術支持。

關鍵詞：館情；數據獲取；“館情”指標

Abstract：With the great development of Computer Science， MCU and kinds of precision sensor， People give the high requirement for Archives Automatic Detecting. This paper put forward the concept of “Archives Environment”， Temperature and Humidity being as the main content of “Archives Environment”， affect the quality of file. So，The paper introduces the method of Obtaining temperature and humidity on hardware and software. This method provides the technical support for “Archives Environment”.

Key Words: Archives Environment; Obtaining Data; Archives Environment Index

1 研究的目的及意義

1.1 館情概念的提出。檔案館庫房受著各種環境的影響，包括庫房溫度、濕度、各種有害氣體濃度、有害微生物、蟲害、大氣污染、塵埃、光照等，其共同作用影響了檔案的存放質量。本文把以上環境作用下檔案館存放檔案質量的情況稱為“館情”。

1.2 研究的目的及意義。近年來，隨著計算機技術的迅速發展，單片機、傳感器的精度日益提高，人們對獲取信息技術有了更高的要求，及時準確的信息資源正日益成為政府機關及企業單位提高工作效率快速發展、穩步成長的必備條件。信息時代的到來，工作效率日漸提高，同時，也給檔案管理部門帶來了更大壓力。檔案部門在及時準確地提供各種參考材料的同時，還要做好檔案，特別是紙質檔案的保存工作，若無法做到這一點，將成為企業發展、機構運轉的瓶頸。本課題正是基于計算機技術、單片機和傳感器技術及數據處理理論，來研究檔案館“館情”的自動獲取技術，為檔案保護工作提供可靠的參考價值。

檔案館“館情”的諸多影響因素中，溫濕度是其主要原因之一，本文由于篇幅所限，在此處，僅研究“館情”中溫濕度數據的獲取方法。

2 “館情”中溫濕度對紙質檔案的影響

檔案是由承受檔案內容的載體材料和反映檔案內容的記錄材料組成的。盡管信息時代的到來為檔案的存放提供了新的載體，但是，就目前而言，我國在今后一個時期內，仍然以紙質檔案為主。

溫濕度作用因子是檔案制成材料老化最主要的因素之一。溫度過高，就會加速檔案制成材料老化，從而強度降低；濕度過高，使紙張含水量增加，加速紙張的酸性水解反應，也會使水溶性的字跡材料洇化退色；另外，在高濕環境中，還可孳生霉菌，霉菌分泌的各種酶會使紙張黏結成檔案磚。[1]

因此，檔案庫房的溫濕度是影響檔案存放質量的主要因素，是判斷“館情”質量的重要指標之一。

3 溫濕度數據獲取方法硬件設計

3.1 系統的總體設計

系統以PC機為上位機主控制器，單片機為下位機分控制檢測器，溫濕度傳感器置于被測點，系統啟動后，溫濕度數據經A/D模數轉換器設備轉換成數字信號，再由控制檢測器（單片機）接收并經處理后發送至上位PC機，最終，經人機接口顯示給用戶，系統總體方案如圖1所示。

3.2 溫度數據的獲取。本課題考慮到實際環境及環境的特殊性，采用美國DALLAS公司生產的新型溫度傳感器——DS18B20。它是一種可組網高精度數字式溫度傳感器，具有體積小、使用方便、封裝形式多樣等特點，可適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域，經過反復篩選，本文認為DS18B20非常適合館內的溫度測量。[2]

DS18B20為一線式數字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，根據檔案庫房的環境特點，DS18B20完全可以滿足實際需求。硬件電路設計圖如圖2所示。

系統采用外部獨立供電方式，傳感器探頭可以直接與控制器連接，數據端口DQ上接4.7K的上拉電阻，在三根線上可同時并聯多個溫度傳感器，每臺分機上可以連接多根電纜，每根電纜上可以并聯幾十個點，構成串行總線工作方式。由于18B20芯片送出的溫度信號是數字信號，簡化了A/D轉換的設計，提高了測量效率和精度；并且，芯片的ROM中存有其唯一標識碼，即不存在相同標識碼的DS18B20，特別適合與微處理芯片構成多點溫度測控。

3.3 濕度檢測模塊。在環境參數中，濕度是很難準確測量的一個參數。通過稱量烘干前后谷物的質量來求濕度是傳統的谷物測濕方法，該方法的缺點是測量速度慢。在近年來的研究中，曾用干濕球濕度計或毛發濕度計的方法來測量谷物的濕度，但由于其精確度不夠，已經無法滿足現代糧情監控的要求。隨著社會的發展、科技的進步及市場需求的增加，國內外在濕度傳感器研發方面取得了長足的進步。[3]濕度傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化和數字化檢測的方向迅速發展，將濕度測量技術提高到新的水平。

經過篩選，本文選擇了盛世瑞恩公司生產的SHT11傳感器，即單片智能數字化溫濕傳感器，其優點是測量范圍大，體積小，價格低，精度較高，抗干擾能力強，在各個領域得到了廣泛的應用，在本課題中，采用SHT11濕度傳感器，完全能滿足實際需要。

濕度傳感器芯片SHT11采用二線串行數字接口與單片機進行通信，設計非常簡單。根據芯片通信協議，軟件可采用C語言編寫，通過簡單的控制協議即可實現單片機對SHT11濕度數據采集工作，連接示意圖如圖3所示。[4]

4 溫濕度數據獲取的軟件設計

4.1 溫度數據獲取方法。用DS18B20單總線結構構成多點溫度檢測系統進行溫度采集時，必須有非常嚴格的時序要求。多個DS18B20共同占用一根總線，必須將它們的64位序列號讀出來。在對單個DS18B20操作時，發出匹配命令，再將相應的序列號發到總線上，總線即可識別此次操作是針對哪個DS18B20的。溫度數據獲取流程如圖4所示。

溫度獲取的初始化是系統設計的關鍵，涉及傳感器非常嚴格的時序問題，為此，本文設計了精確的初始化時序。初始化包括單片機發送的復位脈沖和器件向單片機返回的存在脈沖。總線在開始時刻，發出一最短為480us的低電平復位脈沖，接著，在該時刻，釋放總線并進入接收狀態，器件在接收到總線的電平上升沿后，等待15us～60us后，在下一時刻發出60us～240us時延的低電平存在脈沖信號，表明器件已接在總線上。[5]初始化程序如下所示。

void reset()//復位18b20

{ DQ_1820=1;

delay(8);

DQ_1820=0;

delay(80);//延時約540uS(要求>480us)

DQ_1820=1; //主機上拉DQ_1820

delay(14); //延時約60uS

while(!DQ_1820); }//等1820送出0信號

4.2 濕度數據獲取方法。SHT11測量過程包括4個部分：啟動傳輸、發送測量命令、等待測量完成和讀取測量數據，流程圖如圖5所示。

首先，對數據傳輸進行初始化來啟動SHT11測量時序，即在第一個SCK時鐘高電平時，DATA翻轉為低電平，并在第二個SCK時鐘高電平時，DATA翻轉為高電平，啟動命令發送完畢。發送控制命令，控制命令包含3個地址位(目前，只支持“000”)和5個命令位。在第八個SCK時鐘的下降沿之后，SHT11將DATA置為低電平(ACK位)，表示已正確地接收到指令；在發送第九個SCK時鐘作為命令確認，第九個SCK時鐘的下降沿之后，釋放DATA恢復高電平。

濕度傳感器芯片SHT11采用二線串行數字接口與單片機進行通信，設計非常簡單。根據芯片通信協議，軟件可采用C語言編寫，通過簡單的控制協議即可實現單片機對SHT11濕度數據采集工作，連接圖與圖3類似。

4.3 濕度線性補償。SHT11的濕度輸出具有一定的非線性，很難用線性關系將其表示出來。由上述可知，溫度與濕度具有一定的相關性，因而，可在進行線性補償后，進行溫度補償得到較為準確的濕度值。

為了補償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：

式中為經過線性補償后的濕度值，

為相對濕度測量值，C1、C2、C3為線性補償系數，取值可查閱《溫濕度傳感器SHT11數據手冊》。由于溫度對濕度的影響十分明顯，而實際溫度和測試參考溫度25℃有所不同，所以，對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。補償公式如下：

式中，RH為經過線性補償和溫度補償后的濕度值，T為測試濕度值時的溫度(℃)，t1和t2為溫度補償系數，取值查閱《溫濕度傳感器SHT11數據手冊》。

5 結束語

本文提出了館情檢測技術的總體實現方案，重點討論了溫濕度數據獲取技術，為館情檢測提供了實現基礎。

本文的研究方法，稍加改進，即可用于其他室內或倉庫的溫濕度檢測，根據不同的應用環境選擇合適的傳感器探頭，系統軟硬件修改不大，具有較強的可推廣性。

注：本文系2011年河南省檔案局科技項目計劃——《檔案館館情自動檢測技術研究》，項目編號：2011-X-42。

參考文獻：

[1] 李玉虎，車增亮. 檔案紙張酸度檢測與分析[J]. 中國造紙，1987(1):44～49.