基于單片機的倉庫溫濕度監控系統的設計

鞏銀苗，魯西坤，景旭，宋繼超

（1.安陽工學院電子信息與電氣工程學院，河南安陽，455000；2.國家電網安陽供電公司，河南安陽，455000）

0 引言

飛速進步的電子科學知識，帶動了單片機的技術知識的進步。采用單片機的自動控制系統，成為單片機的重要發展趨向，例如智能化的家居，銀行，超市等重要行業的安全防護系統等，都需要自動化的檢測與控制系統[1-4]。其中，倉庫環境參數的檢測與控制，對倉庫來說是非常重要的環節，合適的貨物貯存環境對貨物非常重要。溫濕度環境是倉庫存儲貨物的必要因素之一，倉庫的溫濕度環境是否適宜決定了倉庫的貨物能否完好地保存。因此，倉庫是否配自己的一套溫濕度監控系統是現代存儲貨物的必要指標。

倉庫的溫濕度監控系統，在人類的社會生活中占據非常重要的地位。溫濕度對倉庫的防霉、防潮、防火災起著必不可少的作用。以往的倉庫監控則是利用溫度計、毛球濕度計、濕度試紙等較為簡單的測量工具來測量，不能實現數據的連續、實時監控。在對倉庫進行升、降溫時，由于不同的環境，參數也存在著或大或小的誤差，因此這種人工的監控方式有諸多的弊端：誤差性大、耗時、費力、反饋滯后、效率極低，并且人為的操作很可能出現意想不到的結果和事故。

1 系統總設計方案

本系統的設計主要包括由單片機STC89C52控制模塊、DHT11溫濕度數據檢測部分、按鍵電路部分、溫濕度調節模塊和電源模塊等。

■1.1 系統總體框圖

硬件電路主要以單片機為監控系統核心，通過LCD顯示器實時地顯示溫濕度傳感器檢測到的溫濕度值，閥值是通過AT24C02存儲的，實現斷電保存，過閥則相應的報警驅動。本監控系統設計的溫濕度監控系統框圖如圖1所示。

圖1 溫濕度監控方框圖

該監控系統的主要模塊單片機STC89C52控制模塊，作用是進行數據的對比與處理；利用DHT系列溫濕度傳感器來進行環境參數的實時采取；當前環境溫度和濕度的實時顯示用到的是LCD液晶模塊；監控系統溫濕度上下范圍的設定用到的是按鍵模塊；報警模塊用來對環境溫濕度越過上下范圍時起到警示作用；溫濕度調節模塊，是外接模塊，用來對環境溫濕度的控制，進行合理的調節；電源部分，為該溫濕度監控設計中的各個模塊進行電源的提供。

■1.2 單片機控制器的選型

單片機是用來接收溫濕度傳感器傳來的環境參數，并進行處理。單片機會將接收到的數據進行比較、處理，然后會根據處理的結果來決定是否需要向警報模塊發送報警指令。當需要發送控制和報警指令，則傳送特信號指令，并接通外置控系統，并且憑借外置控制系統或的執行結果來判斷是否解除警示。STC89C52系列單片機是STC推出的新一代單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾、超低價的性能，它的8K字節系統可編程Flash存儲器，有用經典的MCS-51內核，能靈活、超有效地解決眾多的嵌入式應用控制系統。

2 硬件電路設計

■2.1 電源電路設計

本監控系統采用的是DHT11的溫濕度傳感器，電源要求5V，因此要將220V交流電壓經過降壓，變成12V交流輸入，再通過橋式整流電路將低壓交流電轉為直流電，當然，這其中會含有一些諧波和脈動，所以還需要通過濾波，將雜質濾掉，這樣成為溫濕度傳感器可以使用的電源。但是，由于直流電壓是很不穩定的，所以，還需要實現穩壓操作，這就需要用到一個IM7805的三端穩壓管。這樣，溫濕度傳感器和單片機芯片就有了穩定的電源來提供電壓。本電源電路的設計不僅提高電源的抗干擾能力，還可提高電源的可靠性。系統電源圖如圖2所示。

圖2 系統電源圖

■2.2 濕溫度采集模塊的選型

收集溫度和濕度參數是溫濕度采集外設的唯一功能，然后運用模擬和數字之間的轉換，再將變換后的數字信號傳送給控制短的外部設備，因此，本系統設計的溫濕度采集模塊的主要功能就是用來采集倉庫環境中的溫濕度數據，并進行數模轉換。

本系統選用的溫濕度傳感器為DHT11。這款數字溫濕度傳感器是一款很適用于倉庫監控溫濕度系統的復合傳感器，并且它能夠輸出已校準數字信號。它之所以能夠確保產品具有極高的可靠性與長期穩定性是因為它采用了專用的是數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術。它擁有的一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件的特性，能夠與一個高性能的8位單片機連接。這款數字溫濕度傳感器的優點很多，比如體積小，響應速度快，功耗低，抗干擾能力強，性價比高，并且信號傳輸距離可達20米以上，如果連線長度短于20米，這時需要連接5千歐的上拉電阻。這些優點使DHT11成為眾多苛刻的使用場合的最好選則。

■2.3 溫濕度采集模塊電路設計

DHT11芯片溫濕度傳感器為本系統選用的濕度采集模塊。由于STC89C52接口不包含兩線制串行，而該溫濕度傳感器的接口采用的設計的卻是兩線制串行通信，因此，需要通過模擬來實現：需要與DATA串聯一個10千歐的上拉電阻，這樣能把信號拉高為高電平，這樣才能與單片機的端口相連接。由于DHT11芯片本身有內置ADC，所以可以直接將采集到的倉庫內的溫濕度數據轉換為數字電平送到單片機中。單片機STC89C52與DHT11接口電路如圖3所示。

圖3 STC89C52與DHT11接口電路

■2.4 液晶顯示模塊電路設計

液晶顯示器的原理目前被廣泛應用在各種嵌入式設備中：手機、電腦、電視、顯示器、監控設備等眾多領域。本系統選用的1602液晶屏是單片機系統是常用的顯示器件，顯示模塊如圖6所示。單片機的P1接口電路是為命令數據接口，P3.3，P3.4 和 P3.5 分別接片選，讀寫選擇和使能端口。按鍵是用來進行模式選擇和設置溫濕度閾值的。1602顯示模塊接線圖如圖4所示。

圖4 1602顯示模塊

3 系統軟件設計

圖5 主程序流程圖

系統中的每個模塊系統想要正常工作，都離不開軟件程序。程序對于系統，就是大腦對于人類。系統每個功能的執行，都是調用內部的子程序。本系統的軟件部分主要是針對如何通過單片機監控倉庫溫濕度，以及當溫濕度超出閾值后，系統如何發出警報，自動調節倉庫的溫濕度來設計的。在設定的溫濕度度范圍內，單片機正常監控倉庫庫內的溫濕度；當溫濕度超出閾值，系統就會發出警報信息，接下來再進行溫濕度的自動調節。本設計的系統主程序流程圖如圖5所示。

■3.1 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊工作的過程為：執行每條指令之前首先要確認本模塊的當前工作狀態。當模塊的標志為低電平，則此指令失效，需要顯示字符時，需要將此字符的地址拉高成為高電平輸入。1602液晶顯示模塊能夠與單片機直接接口。軟件流程圖如圖6所示。

圖6 液晶顯示模塊程序流程圖

■3.2 傳感器模塊設計

隨著科技的發展和進步，在各個領域都能見到DH11數字溫濕度傳感器的身影。DHT11傳感器有標準接口，這就使它不再需要外置的ADC。因此，使用起來也更加方便，也能夠更加簡單地設計系統，控制起來也更加方便，更加容易實現。DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如下圖7所示。

4 結語

本文設計了一套基于單片機的倉庫溫濕度監控系統，通過各模塊的設計，能夠完成倉庫溫濕度的檢測、報警和調節功能，并且有液晶顯示屏的實時顯示溫濕度，基本實現了倉庫監控系統的基本功能，能夠對超出溫濕度閾值的情況進行報警，并進行一定的調節控制，但是有些功能和溫濕度監控和調節的精度有待于進一步提高，以后可以通過繼續學習，嘗試更加優化的方法來提高精度和增加一些其他必要的功能。

圖7 DHT11傳感器程序流程圖

參考文獻：

* [1]許鵬，劉昕瑀，包武.基于 Arduino 的智能家居燈控系統設計[J].電子制作，2018，01：29—32.

* [2]張小明.探究基于單片機的溫度控制系統[J].電子制作，2015，01：271—272.

* [3]殷斌.基于單片機的溫度控制系統的研究[J].機電工程，2015，32（06）：887—890.

* [4]孫浩文.基于單片機的溫室溫濕度采集系統設計[J].自動化與儀器儀表，2017，209（03）：198—200.