基于LabVIEW的互聯網監控的倉儲溫濕度控制

鐘灼棋，彭祝亮，丘永洪

(1.超視堺國際科技（廣州）有限公司，廣東廣州，510000；2.廣東省交通城建技師學院，廣東佛山，528000；3.珠海維爾康生物科技有限公司，廣東珠海，519000)

0 引言

倉儲是存放物品的重要場所，倉儲的溫濕度對存放貨物的影響非常大，如果是高溫高濕的環境，倉儲會產生霉菌和一些害蟲，倉儲存放的物品也會損壞。隨著工業的發展，各行各業也越來越重視產品和物品的倉儲保存環節，有些倉儲存放的物質受溫濕度環境影響特別大：如糧食、煙葉、藥材和食品等。為了維護和保證倉儲存放商品的完好率，必須建立基于LabVIEW的互聯網監控的倉儲溫濕度控制，使倉儲的溫度保持在6-20℃，濕度為25%-50%為宜。因此，倉儲的溫濕度是倉儲存放物品質量的一項重要環境因素指標，良好的溫濕度環境能保證商品的使用時間與性能，對倉儲的溫濕度進行實時檢測、互聯網遠程監控與管理顯得非常重要。

1 基于LabVIEW的互聯網監控的倉儲溫濕度控制系統

采用數字式的溫度傳感器DS1820和濕度傳感器HS1101,接入單片機AT89S51對存放物品的倉儲進行溫濕度測量與控制，再通過“USB6009”模數采集模塊及其通信接口將倉儲溫濕度數據傳送給上位機，并將溫濕度通過LabVIEW 2014軟件進行溫濕度實時監控，當監控的溫濕度數據超過上限或者小于下限，監控者可以通過上位機的基于LabVIEW的互聯網監控軟件向下位機設備發出電信號控制風扇運行降溫或者用加熱器提高溫度；保持倉儲庫房溫濕度在合適的范圍。上位機PC機用LabVIEW軟件進行圖形編程、控制、監控與實時顯示等；利用DataSocket技術與服務器進行數據交互,借助Web服務器完成網頁發布，以實現用戶通過瀏覽器遠程完成倉庫溫濕度的測量、顯示和控制，將倉庫測量、顯示和控制應用范圍拓展到整個Internet網上，如圖1所示。

圖1 基于LabVIEW的互聯網監控的倉儲溫濕度控制框圖

2 控制系統硬件電路設計與組成

基于LabVIEW的互聯網監控的倉儲溫濕度控制總共有三部分組成：第一部分是單片機AT89S51的最小系統電路組成；第二部分是溫濕度傳感器通過單片機控制檢測倉儲溫濕度電路組成；第三部分是通過“USB6009”模數采集模塊及其通信接口將倉儲溫濕度數據傳送給上位機進行實時監控、利用DataSocket技術與服務器進行數據交互,借助Web服務器完成網頁發布，形成遠程檢測與控制。

■2.1 AT89S51單片機最小控制系統電路組成

單片機最小控制系統電路組成如圖2所示：由AT89S51單片機、外接復位電路和晶振電路組成。AT89S51單片機的功耗低、性能高的CMOS 8位單片機，片內含有4K Bytes ISP的可反復擦寫1000次的Fiash只讀程序存儲器，兼容標準MCS-51指令系統，片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，40引腳的雙列直插芯片，有P0、P1、P2、P3四個I/O口，都能夠獨立作為輸入或者輸出，故AT89S51單片機在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛的應用。

圖2 單片機最小系統電路

■2.2 溫濕度傳感器檢測電路

如圖3所示，用單總線的數字溫度傳感器與單片機的P1.0連接，用單總線協議與AT89S51單片機實現通信，單總線協議是采用單根信號線，可以傳輸時鐘，也可以傳輸數據，數據傳輸是雙向的，其測量線路簡單，R4是上拉電阻，溫度信號通過單片機的P1.0輸入。

濕度傳感器HS1101的參數要求如下：測量濕度范圍3～99%RH，廣州電壓范圍Ucc=+3.5V～+12V,恢復時間10S，濕度遲滯±1.5%RH，響應時間10S，線性度±1%RH。廣泛應用于辦公場所、車廂空氣質量、倉儲空氣質量和工業控制系統等。

將濕度傳感器HS1101接到NE555時集集成芯片的6腳輸入，NE555時集集成芯片的外接元器件參數為：R1=1K，R2=499K，R3=576K，R4=909K。其中R1起短路保護作用，R4起NE555時集集成芯片的內部溫度補償作用，NE555的輸出腳3經過R1與ADC0809的IN0通道連接，ADC0809芯片的地址選通為DDR0，ADDR1，ADDR2都接地。ADC0809的轉換時鐘由單片機的ALE提供。ADC0809的典型轉換頻率為640kHz，ALE信號頻率與晶振頻率有關，如果晶振頻率取12MHz，則ALE的頻率為2MHz，所以ADC0809的時鐘端CLK與單片機的ALE端相接時，要考慮分頻。AT89S51單片機通過地址線P2.0和讀寫控制線、來控制模擬輸入通常地址鎖存、啟動和輸出允許。

■2.3 繼電器控制電路

圖3 溫濕度傳感器與AT89S51單片機連接電路

如圖4所示，當監控者在PC機上看到倉儲溫度大于上限溫度或者小于下限溫度時，AT89S51單片機的P0.0輸出低電平，三極管Q1導通及其集電極的電平成為高電平，繼電器K1得電，常開觸點閉合，接通蜂鳴器、風扇或者加熱器的電源，讓這些設備工作使倉儲溫度達到合適的范圍。當監控者在PC機上看到倉儲濕度大于上限溫度或者小于下限溫度時，AT89S51單片機的P0.1輸出低電平，三極管Q2導通及其集電極的電平成為高電平，繼電器K2得電，常開觸點閉合，接通抽濕器與蜂鳴器的電源，讓這些設備工作使倉儲濕度達到合適的范圍。如果監控到PC機上看到倉儲溫濕度在合適的范圍，AT89S51單片機的P0.0、P0.1輸出高電平，三極管Q1、Q2都不能工作，從而使繼電器K1、K2不能得電。

圖4 繼電器控制模塊的電路設計電路

■2.4 USB-6009數據采集電路

NI USB-6009數據采集模塊是即插即用的USB接口，電壓范圍：0-5V，有8個模擬量輸入通道，采樣速率48位KS/s，2個模擬輸出通道，采樣速率48位KS/s，12個數字量輸入/輸出通道，1個32位的5Hz的頻率輸入通道。將AT89S51單片機控制的溫度電壓信號接入USB-6009數據采集模塊的AI_0+與GND，單端輸入方式，將AT89S51單片機控制的濕度電壓信號接入USB-6009數據采集模塊的AI_1+與GND，單端輸入方式，將倉儲溫濕度數據傳送給上位機，并將溫濕度通過LabVIEW 2014軟件進行溫濕度實時的互聯網遠程監控，如發現溫濕度異常，可以通過USB-6009數據采集模塊的AO_0與GND輸出電壓，使繼電器K1得電，風扇或者加熱器工作，通過USB-6009數據采集模塊的AO_1與GND輸出電壓使繼電器K2得電，抽濕器工作。

圖5 USB-6009數據采集模塊的接線圖

3 控制系統軟件的設計與實現

■3.1 倉儲溫濕度程序設計

倉儲溫度使用單總線接口的溫度傳感器DS18B20進行測量，在倉儲的上、中、下和東、西、南、北處均放置溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101進行溫濕度采樣測量，溫度傳感器DS18B20有嚴格的通信協議保證各位數據傳輸的正確性和完整性，該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序和寫時序。濕度傳感器HS1101測量設計包括：讀濕度子程序、濕度轉換子程序、計算濕度子程序等。溫濕度測量設計流程圖如圖6所示。

圖6 倉儲溫濕度檢測程序流程框圖

■3.2 互聯網遠程監控溫濕度測量與控制程序設計

LabVIEW是目前發展最快、功能最強大的圖形化編程軟件開發集成環境，被看成一個標準的數據采集和儀器控制軟件，廣泛應用于現代科技的各個領域。提供了大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示和存儲。使得用戶可以完成從數據采集到分析、顯示和存儲的自動化測試測量系統。通過LabVIEW的DataSocket技術、VI服務器和Web服務器技術等，簡化了網絡計算機之間尤其是現場數據的交換。

AT89S51單片機檢測到倉儲的溫濕度通過USB-6009數據采集模塊連接到PC機上，通過PC機的LabVIEW 2014軟件圖形編程后進行數據處理，圖形界面清晰、直觀，監控者可以看到倉儲溫濕度的變化過程。如圖7、8所示，利用DataSocket技術與服務器進行數據交互、能夠向遠程的監控者發數據和接收控制命令。實現互聯網遠程監控的倉儲溫濕度監控，達到實時控制、精準管理，實現倉儲管理的智能控制決策。

圖7 倉儲溫濕度遠程監控服務器程序

圖8 倉儲溫濕度遠程監控客戶端程序

“基于LabVIE的互聯網監控的倉儲溫濕度控制”可以推廣到圖書館、礦井、蔬菜大棚和住宅小區等，在倉儲合適的位置放置溫濕度傳感器進行測量，利用AT89S51單片機、USB-6009數據采集模塊、LabVIEW 2014軟件和DataSocket技術來實現對倉儲24小時實時監控，實現互聯網遠程監控的倉儲溫濕度監控，達到實時控制、精準管理，實現倉儲管理的智能控制決策。