智能溫濕度監控系統的實現

文/肖家濤

各種新型自動控制系統越來越多應用于人們的日常生活中，如工業生產，農業等，不僅可以提高勞動生產率，還可以使受控設備操作更加準確，而其工作環境溫度和濕度是關鍵的安全參數，并與人們的生活緊密相連。目前市場上溫、濕控系統主要是基于單片機，DSP，PLC等，隨著傳感器和微控技術發展，溫濕控系統也隨之推進。它最先使用模擬器件來實現現場數據采集，使用模擬器件來處理和顯示。國內從事溫度和濕度研究開始相對較晚，主要是實驗室，倉庫和溫室，與發達國家相比，工業化水平低，環境控制水平比較落后。本文運用STC89C52芯片為核心，設計了一款小型適用某些特定場合的環境溫度和濕度的監控系統，具有高性能、抗噪性、實用預警且自動調節等功能。

1 系統總體設計

1.1 控制系統框架分析

在該系統中以STC89C52用作微處理器，高性能傳感器作采集溫度和濕度參數，用于監測溫度和濕度。蜂鳴器用來報警，當采集到的信號數據超過設置，蜂鳴器便會鳴叫，液晶顯示器用作顯示測量的溫度和濕度，并有一個相應的指示燈指示哪些數據超出范圍，該燈采用雙色LED紅色表示高，綠色表示低。并使用按鈕來更改溫度和濕度范圍設置，按按鈕設置警報和溫度警報范圍。當溫度過高時，模擬冷卻裝置會自動開啟。根據設計系統的整體功能，有功能模塊：MCU智能模塊、溫濕度采集模塊，按鍵模塊，LED燈指示，液晶顯示，繼電器控制模塊和報警系統等。整個系統的構建如圖1所示。

圖1：系統設計總體框圖

1.2 繼電器控制系統

溫濕度控制系統的主要部件是：風扇，加熱器，噴槍和干燥器。如果監測到環境不穩定，單片機控制相應的處理器件來調節環境參數。風扇負責冷卻系統;加熱設備負責加熱系統;噴霧設備負責加濕系統；除濕設備負責排空系統。繼電器是一個受控器件，當有合適的輸入觸發繼電器開關時，相對應的另一控制端會接通，從而有一端電流控制另一端強電流。它是一種介于控制系統和受控系統中間的聯通，連接兩個系統，它實際上就算是一段轉化器件，在很多電路中，它的出現是為了守護電路的安全功能，給小芯片提供超標的大電流、電壓。

圖2：繼電器控制電路

圖3：程序流程圖

圖4：系統仿真圖

本設計使用的是利用磁力的繼電器。由電到磁力的轉換，當在繼電器兩端加入電源，會產生電磁感應，吸引起接觸簧片，使得接通電路。當斷開電源，彈簧片不受吸引復位，使得接通的電路再次斷開。繼電器模塊的電路在圖2中所示，由于開關被接通和關斷，因為工作線圈的感性特性，會在剛接觸的瞬間電壓達到數十伏。繼電器由5V的電壓觸發的。電路中有一個反接的二極管，和一個正接的二極管，兩者共同保護繼電器在極端時刻的過壓和過電流。運用這種方法保護元件的原因在于無論正反高電壓都不會流過繼電器元件。當PNP晶體管接收到的電平變低，三極管由截止到導通，繼電器閉合，最后小風扇連接到5V，風扇旋轉。

1.3 程序設計分析

系統開始先初始化液晶數據導入設置數值，然后是報警值的初始化。第二步，采集數據并讀取，并顯示出來采集到的數據值。第三步，程序進入判斷，判斷數據是否超過系統初設的溫度和濕度的最大范圍。如果超過設置標準，便會進入報警模塊的程序，啟動蜂鳴器，燈也會點亮。另外，這里只涉及溫度過高是的情況，如果滿足可以加入溫度過低的情況，若是過高，后面的風扇會開始運行減溫。第四步等待按鍵按下，進入范圍設置。設置完后，等待一段時間，即再次進入采集數據的步驟內，如此循環。程序流程圖如圖3所示。

2 仿真和調試

使用Protues 8.6軟件，模擬溫度和濕度的變化，在LCD上顯示1602，并使用按鈕將警報范圍設置為超出限制。當任何溫度和濕度值超過報警范圍時，蜂鳴器將發出警報，LCD顯示屏可以實時顯示當前的溫度和濕度。當溫度過高時，過熱指示燈亮，由連續操作裝置控制風扇開啟并發出信號。仿真圖如圖4所示。

3 小結

溫度和濕度在現代工業生產中是非常重要的環境參數，如在很多物理、化學變化實現中都與它有重要關系。本文運用MCU與高性能傳感器來設計溫濕度監控設計，整體分為硬件部分和軟件部分，兩者共同協作實現采集數據、數據智能處理、人性化顯示、報警等功能。