基于2051的庫房溫濕度控制系統設計

0 引 言

目前，國內大中型庫房在倉儲管理中由于技術(shù)和資金上的原因，多數僅限于只對溫度進(jìn)行監測，當溫度超標時(shí)進(jìn)行強制通風(fēng)和翻倉，即使如此，處理不及時(shí)或因設備人力條件有限仍會(huì )造成大量損失。實(shí)現庫房儲藏物的溫升主要是由于濕度引起的，庫房?jì)Σ匚锉旧淼乃诌^(guò)高或連續的高濕天氣將導致儲藏物新陳代謝加快而放出熱量，放熱引起的溫升又使代謝進(jìn)一步加劇以至發(fā)霉變質(zhì)。這種惡性循環(huán)一旦形成很難進(jìn)行有效控制。因此，庫房在進(jìn)行溫度監測的同時(shí)，必須重視對空氣濕度的檢測，以利于提前采取有效措施控制庫房?jì)Σ匚锷郎囟棺?。本文所介紹的溫濕度控制系統以AT89C2051單片機^[1]為控制核心，結合傳感器、通訊和數字電子電路技術(shù)，實(shí)現了溫度和濕度檢測與庫房溫度和濕度的有效控制，降低經(jīng)濟損失和勞動(dòng)強度。

1 系統總體結構

應用戶(hù)要求對若干個(gè)地理位置分散的庫房的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測與控制，為了適應對多個(gè)測控點(diǎn)的監控與管理，經(jīng)分析采用了分布式系統的控制方式，即在每個(gè)測控點(diǎn)配置能獨立工作的從機，多個(gè)從機由1個(gè)上位機進(jìn)行監控管理，上下采用主從式監控管理形式，系統總體結構如圖1所示。

系統的各個(gè)部分功能和關(guān)系如下：

1）主機為管理機，完成參數設置、數據存儲、處理及管理功能。

2）從機為控制機，采用單片機2051，直接實(shí)現各個(gè)模塊的控制功能，并能在主機關(guān)機的條件下實(shí)現所有的控制功能。

3） 通訊轉換機實(shí)現RS232信號和RS485信號的轉換，主機通過(guò)其向從機發(fā)送控制參數，從機將現場(chǎng)采集數據通過(guò)其傳給主機。

4）數據采集實(shí)現對傳感器及運行設備的檢測。

5）控制器及其設備根據系統輸出的信號對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制。

6） 輸入輸出部分包括輸入模塊和輸出模塊，輸入模塊將采集的信號轉換后輸入到從機，輸出模塊將系統的控制信號輸出到控制器及其設備。

2 系統工作方式

系統以溫濕度監控為核心，溫濕度參數和設備運行狀態(tài)由主機根據用戶(hù)要求定時(shí)向從機查詢(xún)，各控制模塊的設置參數修改時(shí)，將新的參數發(fā)送到從機。主機可以對從機進(jìn)行參數設置及控制，從機也可以獨立工作。從機通過(guò)數據采集裝置不間斷地采集溫濕度數據，根據控制模塊的設置參數做出控制決策，驅動(dòng)設備運行，并隨時(shí)準備接受主機的指令，當受到詢(xún)問(wèn)時(shí)，將庫房的各項數據編碼通過(guò)串行通信方式傳輸到主機。主機接收到數據后，進(jìn)行數據處理，在監控界面上顯示當前的狀態(tài)信息，并將此信息實(shí)時(shí)地存儲到數據庫中，為用戶(hù)維護和管理準備數據。對數據可以進(jìn)行查詢(xún)，也可以將一段時(shí)期的數據信息匯集成報表，報表包括各項統計數據，還可以將數據處理繪制成圖形曲線(xiàn)，實(shí)現對數據的分析與管理。

3 系統硬件組成

控制系統的主機采用一般的PC（64M以上即可），就完全可以滿(mǎn)足系統對數據處理、運行速度的要求。從機部分以2051單片機為核心^[2]，外接數據采集輸入電路、輸出電路、狀態(tài)監測電路等部分組成。

本系統對多個(gè)測控點(diǎn)進(jìn)行監控，l臺主機與多臺從機實(shí)現主從式通信，通過(guò)通訊接口機實(shí)現RS485標準總線(xiàn)通訊，系統的數據檢測是由各類(lèi)傳感器來(lái)承擔，圖2所示為單片機控制平臺1系統原理圖。

此控制平臺主要實(shí)現現場(chǎng)數據采集，并將采集數據處理、存儲、發(fā)送給主機。2051是控制平臺的核心，溫濕度數據的采集通過(guò)多路傳感器獲得，采集的信號經(jīng)ADS1286實(shí)現轉換。為有效控制多路傳感器，在系統設計中使用4051實(shí)現擴展，使控制平臺可以控制多路傳感器，采集的數據存放于24LC04。在控制平臺的驅動(dòng)上，使用CMOS管1120提高2051的驅動(dòng)能力^[3]，使控制平臺每路可以控制多個(gè)傳感器（主要是提高控制平臺對18B20、溫濕度采集器的驅動(dòng)能力）。在與主機通訊時(shí)，為達到電平一致，控制平臺通過(guò)RS485芯片實(shí)現2051的引腳RXD、TXD的TTL電平與RS485的引腳A、B的485電平之間的轉換。把主機通過(guò)通訊接口機送來(lái)的RS485標準電平轉換為T(mén)TL電平傳送給2051，把2051送出的TTL電平轉換成RS485標準電平通過(guò)通訊接口機傳送給主機。

圖3 單片機控制平臺2接口電路

圖3所示為單片機控制平臺2接口電路，主要實(shí)現對現場(chǎng)設備（現場(chǎng)設備主要指通用空調、加/除濕機等）的控制，并將設備狀態(tài)情況發(fā)送給主機。該控制平臺的主要部分如下：

1）2051單片機

2051是控制平臺的核心。

2）24LC16存儲器擴展

24LC16用于存放現場(chǎng)設備的狀態(tài)數據。

3）遙控

控制平臺通過(guò)HS0038和紅外發(fā)光管實(shí)現對現場(chǎng)設備的遙控?？筛鶕F場(chǎng)設備的不同，選用HS0038或紅外發(fā)光管遙控現場(chǎng)設備。

4）RS232通訊

控制平臺把80C196的串口引腳RXD、TXD和GND接到光電耦合電路，把8OC196串行口輸出的TTL電平轉換為RS232標準電平，把其它微機送來(lái)的RS232標準電平轉換為T(mén)TL電平給80C196，并實(shí)現RS232電平與TTL電平的隔離，在實(shí)現RS232電平與TTL電平轉換的同時(shí)保護計算機串口。

5）RS485通訊

控制平臺通過(guò)RS485芯片實(shí)現2051的引腳RXD、TXD的TTL電平與RS485的引腳A、B的485電平之間的轉換。把主機通過(guò)通訊接口機送來(lái)的RS485標準電平轉換為T(mén)TL電平傳送給2051，把2051送出的TTL電平轉換成RS485標準電平通過(guò)通訊接口機傳送給主機。

4 系統軟件設計

軟件系統由兩個(gè)相對獨立的上位機軟件和下位機軟件部分組成，采用基于Smith-Fuzzy控制器的糧庫溫濕度測控算法^[5]，上位機監控軟件模塊結構圖如圖4所示。

圖4 上位機軟件模塊結構圖

上位機監控軟件主要實(shí)現以下功能：

1）串行通信：完成上位機的通信配置，實(shí)現上位機與下位機之間通信。

2）數據顯示：提供三維立體圖、曲線(xiàn)走勢圖和表格三種方式顯示。

3）數據存儲：對實(shí)時(shí)數據（包括最大值、最小值、平均值）按用戶(hù)要求存儲到數據庫的一張歷史數據表中；也可導出數據到文件，以文本方式保存到一個(gè)文本文件中。

4）數據查詢(xún)：允許用戶(hù)根據情況對實(shí)時(shí)數據、歷史數據進(jìn)行查詢(xún)或進(jìn)行走勢曲線(xiàn)分析。

5）數據打?。焊鶕脩?hù)要求，以表格方式打印實(shí)時(shí)數據和歷史數據，亦可打印走勢曲線(xiàn)圖。

6）異常報警：當實(shí)時(shí)溫濕度數據超越設定的上下限溫濕度數值時(shí)，報警鈴響。

7）系統設置：為保證用戶(hù)在任何情況下，都能良好地運行，允許用戶(hù)對系統的測量時(shí)間間隔、溫濕度上下限、存盤(pán)時(shí)間間隔、登錄用戶(hù)名、口令等參數進(jìn)行設置。

系統的下位機主控模塊通過(guò)監控模塊、人機交互模塊和通信模塊來(lái)完成實(shí)時(shí)監控與管理任務(wù)，并且所有工作又分解在報警處理、控制決策、信息顯示、命令處理、參數設置和信息輸出子模塊來(lái)運行。下位機應用軟件包括主程序、數據采集子程序、數據處理子程序、發(fā)送子程序和顯示子程序等五個(gè)主要模塊。

5 結束語(yǔ)

庫房溫濕度控制系統，采用數字式的溫度傳感器和單片機，實(shí)現了對庫房?jì)葴貪穸鹊淖詣?dòng)測量和調節，AT89C2051單片機因其指令系統豐富、小巧、低價(jià)、靈活易擴展等獨特的優(yōu)點(diǎn)，在所設計的庫房溫濕度控制系統中使整個(gè)系統的性?xún)r(jià)比得以大幅度的提高。本文所介紹的系統已多次應用在糧庫、檔案庫等行業(yè)中，系統運行良好，有廣闊的推廣前景。

參考文獻:

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