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和資金上的原因，多數僅限于只對溫度進行監測，當溫度超標時進行強制通風和翻倉，即使如此，處理不及時或因設備人力條件有限仍會造成大量損失。實現庫房儲藏物的溫升主要是由于濕度引起的，庫房儲藏物本身的水分過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一步加劇以至發霉變質。這種惡性循環一旦形成很難進行有效控制。因此，庫房在進行溫度監測的同時，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儲藏物升溫而霉變。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，實現了溫度和濕度檢測與庫房溫度和濕度的有效控制，降低經濟損失和勞動強度。

1 系統總體結構

應用戶要求對若干個地理位置分散的庫房的溫濕度進行實時的監測與控制，為了適應對多個測控點的監控與管理，經分析采用了分布式系統的控制方式，即在每個測控點配置能獨立工作的從機，多個從機由1個上位機進行監控管理，上下采用主從式監控管理形式，系統總體結構如圖1所示。

系統的各個部分功能和關系如下：

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，直接實現各個模塊的控制功能，并能在主機關機的條件下實現所有的控制功能。

3） 通訊轉換機實現RS232信號和RS485信號的轉換，主機通過其向從機發送控制參數，從機將現場采集數據通過其傳給主機。

4）數據采集實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設備進行控制。

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由主機根據用戶要求定時向從機查詢，各控制模塊的設置參數修改時，將新的參數發送到從機。主機可以對從機進行參數設置及控制，從機也可以獨立工作。從機通過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，驅動設備運行，并隨時準備接受主機的指令，當受到詢問時，將庫房的各項數據編碼通過串行通信方式傳輸到主機。主機接收到數據后，進行數據處理，在監控界面上顯示當前的狀態信息，并將此信息實時地存儲到數據庫中，為用戶維護和管理準備數據。對數據可以進行查詢，也可以將一段時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，實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、狀態監測電路等部分組成。

本系統對多個測控點進行監控，l臺主機與多臺從機實現主從式通信，通過通訊接口機實現RS485標準總線通訊，系統的數據檢測是由各類傳感器來承擔，圖2所示為單片機控制平臺1系統原理圖。

此控制平臺主要實現現場數據采集，并將采集數據處理、存儲、發送給主機。2051是控制平臺的核心，溫濕度數據的采集通過多路傳感器獲得，采集的信號經ADS1286實現轉換。為有效控制多路傳感器，在系統設計中使用4051實現擴展，使控制平臺可以控制多路傳感器，采集的數據存放于24LC04。在控制平臺的驅動上，使用CMOS管1120提高2051的驅動能力^[3]，使控制平臺每路可以控制多個傳感器（主要是提高控制平臺對18B20、溫濕度采集器的驅動能力）。在與主機通訊時，為達到電平一致，控制平臺通過RS485芯片實現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。把主機通過通訊接口機送來的RS485標準電平轉換為TTL電平傳送給2051，把2051送出的TTL電平轉換成RS485標準電平通過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，主要實現對現場設備（現場設備主要指通用空調、加/除濕機等）的控制，并將設備狀態情況發送給主機。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用于存放現場設備的狀態數據。

3）遙控

控制平臺通過HS0038和紅外發光管實現對現場設備的遙控。可根據現場設備的不同，選用HS0038或紅外發光管遙控現場設備。

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，把其它微機送來的RS232標準電平轉換為TTL電平給80C196，并實現RS232電平與TTL電平的隔離，在實現RS232電平與TTL電平轉換的同時保護計算機串口。

5）RS485通訊

控制平臺通過RS485芯片實現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。把主機通過通訊接口機送來的RS485標準電平轉換為TTL電平傳送給2051，把2051送出的TTL電平轉換成RS485標準電平通過通訊接口機傳送給主機。

4 系統軟件設計

軟件系統由兩個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現以下功能：

1）串行通信：完成上位機的通信配置，實現上位機與下位機之間通信。

2）數據顯示：提供三維立體圖、曲線走勢圖和表格三種方式顯示。

3）數據存儲：對實時數據（包括最大值、最小值、平均值）按用戶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文本文件中。

4）數據查詢：允許用戶根據情況對實時數據、歷史數據進行查詢或進行走勢曲線分析。

5）數據打印：根據用戶要求，以表格方式打印實時數據和歷史數據，亦可打印走勢曲線圖。

6）異常報警：當實時溫濕度數據超越設定的上下限溫濕度數值時，報警鈴響。

7）系統設置：為保證用戶在任何情況下，都能良好地運行，允許用戶對系統的測量時間間隔、溫濕度上下限、存盤時間間隔、登錄用戶名、口令等參數進行設置。

系統的下位機主控模塊通過監控模塊、人機交互模塊和通信模塊來完成實時監控與管理任務，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、發送子程序和顯示子程序等五個主要模塊。

5 結束語

庫房溫濕度控制系統，采用數字式的溫度傳感器和單片機，實現了對庫房內溫濕度的自動測量和調節，AT89C2051單片機因其指令系統豐富、小巧、低價、靈活易擴展等獨特的優點，在所設計的庫房溫濕度控制系統中使整個系統的性價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、檔案庫等行業中，系統運行良好，有廣闊的推廣前景。

參考文獻:

[1] 王寶庫. 多功能檢測控制系統的設計(J). 微計算機信息，2006，22(4-1)：103-105.
[2] 何立民. MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術. 北京：航空航天大學出版社，1990.
[3] 閻石. 數字電子技術基礎. 北京：高等教育出版社，1997.
[4] 趙亮等. 單片機C語言編程與實例. 北京：人民郵電出版社，2003.
[5] 陳衛東等. 基于Smith-Fuzzy控制器的糧庫溫濕度測控算法(J). 河南工業大學學報(自然科學版)，2006，27(1)：29-31.