基于单片机的智能仓库温湿度控制系统

第一章引言

1.1 课题背景

在现代工业现场，随着科技的进步和自动化发展，温、湿度监测系统在某些行业中要求越来越高，特别是在大中型仓库管理系统中，由于温湿度过高或过低引起的仓库储藏物本身的水分过高或连续的高湿天气将导致储藏物新陈代谢加快而放出热量，放热引起的温升又是代谢进一步加剧以至发霉变质，因此仓库必须重视对空气温湿度精确的而又方便的实时监测，长期以来，由于受经济条件限制，我国仓库环境较差，而且管理落后。

仓库管理的重点之一就是要合理布置测温点，经常检查温度变化，以便及时发现储藏物发热点，减少损失。然而，堆积物的热传递又是那样的缓慢，使人感知极差，需要管理人员经常进入闷热、呛人的仓库内观察温、湿度，不断进行翻仓、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。这种繁重的体力劳动，不仅对人体有极大的伤害，而且不科学、不及时。所以，仓库储藏物虫蛀、霉变的情况时有发生。

我国的储藏物现均集中存放在地方或国家的仓库中。按照国家储藏物保护法，必须定期抽样检查粮食的温、湿度，以确保储藏质量。这就迫切需要温湿度监控系统来控制仓库。

本课题即以上述问题为出发点，设计仓库温、湿度监控系统，该系统不仅能采集仓库内的温、湿度值，而且能够迅速做出相应的处理，并将数据及处理结果显示给用户，并储存数据以方便以后的对比研究。

1.2 仓库温、湿度控制技术的国内外研究状况

近年来，由于超大规模集成电路技术、网络通信技术和计算机技术的发展，是监控系统在工农业生产等领域得到广泛引用，因此，仓库温、湿度监控技术的研究在软、硬件等方面都得到了一定的发展。

1.2.1 硬件技术

早期仓库温湿度检测主要采用温度计量算法，它是将温度计放入特定的插杆中，根据经验插入仓库的多个测温点，工作人员定期拔出读数，决定采取相应的措施。这种方法由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢而且精度低，抽样不彻底，局部粮食温度过高不易被及时发现，局部粮食发霉变质引起大面积坏掉的情况时有发生。

随着科技的发展，温、湿度检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路；在传感器方面应用了热电偶、半导体等器件；在数据传输方面减少了传输线的根数，采用串行传输方式，他可对仓库的各个测试点进

行巡回检测，检测的速度、精度大大提高，但由于电阻传感器灵敏度低，使检测精度不够理想。

然后仓库使用单板机进行温、湿度监控，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测的精度和可靠性有较大提高，能满足一般中小型仓库的需要。

近年来，随着网络通信技术和微处理器芯片的发展，为了简化仓库温、湿度监控系统的设计并降低成本，各公司的科研机构开始致力于相关领域的探索，是的仓库温湿度监控系统数字化，网络化成为可能。其中，美国达拉斯公司推出的单总线接口协议采用单根信号线，既可传输数据又可传输时钟，而且数据传输是双向的，因此单总线技术具有线路简单，硬件开销小，便于总线扩展和维护等优点。该公司所生产的单总线器件具有无需另附电源、在测试点直接将模拟信号数字化等特点，一方面减少了系统环节，另一方面也保证了系统的精度。同时各公司开发的可视化软件开发工具，更是向着效率高、功能强大的方向努力，从而为获得良好的用户界面奠定了基础。

国外仓库的监控技术已经发展的很成熟，高科技的数字传感器广泛应用于仓库温、湿度监控系统。这种传感器采用微控制器与半导体集成电路的最新技术，在一个芯片上集成了温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路A/D转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接输出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。

目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如中继器、分线器、插接器、远程控制模块等。数字传感器技术、通信技术、计算机已成为当今计算机技术的三大基础，计算机监控技术已成为人们关注的热点。

1.2.2软件技术

近年来，各种计算机软件开发平台有了很大发展，特别是基于Windows环境下的Delphi、Power Builder、Visual Basic、Visual C++的不断升级，数据功能增强，能够使用ODBC驱动程序访问各种数据系统，并可使用ADO、DAO等各种应用程序开发接口，操纵数据库中的数据，管理数据库，数据库对象与结构方便地对监测系统进行显示、打印、查询、自动控制等操作，为高性能的测控软件设计提供了基础。

1.3 课题设计目标

仓库温湿度控制系统是以AT89C52系列单片机为核心构成的监控系统。本课题提出了一种可以应用于中小型粮仓的温湿度控制系统的设计方案。

系统主要包括输入和输出两个大的模块，每个模块有包括几个小的功能模块。其中，输入模块主要包括电源模块、键盘设定模块、温湿度检测模块；输出模块主要包括LCD 显示模块、报警模块、控制模块及串口通信模块。

第二章系统总体方案设计

2.1 系统功能、组成及工作原理

2.1.1 总体方案

根据设计功能要求，系统可分为以下几个部分：

1）键盘设定模块：设置温度的上限及下限，湿度的上限及下限来调整仓库温湿度控制范围。

2）温湿度检测模块：检测仓库内的温、湿度。

3）报警模块：当温度或湿度越限时报警。

4）控制处理模块：当温度或湿度越限时，采取一定的手段控制。

5）显示模块：LCD显示设定的温度的上限及下限、湿度的上限及下限、测得的温湿度值及各种调整信息。

6）串口通信：将测得的温湿度上传给PC机保存。

7）电源模块：给系统供电。

2.1.2 实施措施

1）键盘设定模块：因为键盘要有输入温湿度的范围、小数点、百分号，复位等功能，所以用4×4矩阵键盘。

2）温湿度检测模块：温湿度传感器的选择见下面的方案论证。

3）报警模块：当温度或湿度越限时声音报警，用蜂鸣器实现。

4）控制处理模块：实际环境温度超过设定的最高温度时，继电器控制空调的加热设备工作；实际环境温度低于设定的最低温度时，继电器控制空调的制冷设备工作；实际环境湿度超过设定的最高温湿度时，继电器控制风机工作降湿；实际环境湿度低于设定的最低湿度时，继电器控制加湿器工作；

5）显示模块：用户输入温湿度的上下限，测得的温湿度值及各种调整信息的显示编程实现。

6）串口通信：用电平转换芯片MAX232实现。

7）电源模块：采用线性直流稳压电源的设计方法。

2.2 温湿度传感器的方案论证和选择

当单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号进入输入通道，由单片机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，除对被控对象状态的信号测试外，还要将测试数据与控制条件对比并实时控制相应执行设备。

传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程中的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。