溫濕度智能監控方案設計.

　1 引言

　　現在有很多大型企業(yè)單位擁有多個(gè)庫房分散在不同的地點(diǎn)，不利于統一管理；如何利用已得到廣泛應用的以太網(wǎng)改造傳統的基于RS485總線(xiàn)的溫濕度監控系統，以組建大范圍遠程分布式[1]溫濕度監控系統成為一個(gè)迫切需要解決的課題。在此，本文提出了一種便于安裝、不必重新布線(xiàn)、基于現有以太網(wǎng)的遠程分布式溫濕度智能監控系統，文中詳細介紹了系統的整體組成結構和工作原理。該系統采用了模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于多種不同場(chǎng)合的多庫點(diǎn)分布式遠程溫濕度智能監控系統。

　　2 硬件系統的設計與實(shí)現

　　2.1 系統整體組成

　　每個(gè)溫濕度監控儀由單片機、溫度傳感器、濕度傳感器、DS1302、LED數碼管顯示模塊、地址撥碼模塊、外部存儲器、蜂鳴器、空調機、除濕機、加濕機等組成。128個(gè)具有獨立地址的溫濕度監控儀通過(guò)RS485總線(xiàn)并聯(lián)在一起，再通過(guò)一個(gè)RS485轉TCP/IP協(xié)議轉換器可直接與微機之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊從而組成一個(gè)單元溫濕度監控系統（單元溫濕度監控系統結構圖見(jiàn)圖1）。

　　可根據實(shí)際情況由若干單元溫濕度監控系統通過(guò)集線(xiàn)器組成一個(gè)完整的遠程分布式溫濕度智能監控系統（系統整體結構圖見(jiàn)圖2）。

　　2.2 具體溫濕度監控儀的組成與實(shí)現

　　由AT89C52外加時(shí)鐘模塊、測溫度模塊、測濕度模塊、LED顯示模塊、外部存儲模塊、地址模塊、空調機、加濕機、除濕機驅動(dòng)模塊等組成一個(gè)具體的溫濕度監控儀。

　　2.2.1 MCU模塊

　　每個(gè)溫濕度監控儀采用了美國ATMEL公司的8位單片機AT89C52;片內含8K Bytes的可反復擦寫(xiě)的只讀程序存儲器和256 Bytes 的隨機存取數據存儲器。

　　2.2.2 時(shí)鐘模塊

　　DS1302增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后備電源進(jìn)行涓細電流充電的能力，以便在主電源掉電的情況下由蓄電池工作能繼續保存時(shí)間信息以及數據。DS1302與CPU的連接僅需要三條線(xiàn)，即SCLK、I/O、RST;在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)數據被寫(xiě)入DS1302,數據輸入從低位即位0開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據[2].

　　2.2.3 測溫度模塊

　　DS18B20[3]是DALLAS公司的最新單線(xiàn)數字溫度傳感器，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理；在本系統中DS18B20的分辨率設定為12位；故實(shí)際溫度=溫度整數部分+溫度小數部分*0.0625.

　　2.2.4 測濕度模塊

　　HS1101在電路中等效于一個(gè)電容器，其電容隨所測空氣的相對濕度增大而增大；具有極好的線(xiàn)性輸出，在相對濕度為（0-100）%RH的范圍內，其誤差不大于±2%RH;年漂移量0.5%RH/年，響應時(shí)間小于5S[4].

　　將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集[5].

　　2.2.5 LED顯示模塊

　　由一片SN74LS145N芯片驅動(dòng)10個(gè)LED數碼關(guān)組成顯示模塊來(lái)同步顯示溫度值、濕度值與當前時(shí)間。

　　2.2.6 外部存儲模塊

　　外部存儲模塊采用ATMEL公司的容量為64K字節的24C512芯片，利用I2C總線(xiàn)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，可存儲6520條歷史數據紀錄。

　　2.2.7 地址模塊

　　由8位撥碼管組成地址撥碼模塊，利用8421編碼的方法來(lái)確定每個(gè)溫濕度儀的地址。

　　2.3 單元溫濕度監控系統通訊模塊

　　RS485轉TCP/IP協(xié)議轉換器主要負責串口數據幀和以太網(wǎng)數據幀之間的相互轉換和發(fā)送。處理器接收到以太網(wǎng)數據包后，先按某種排隊規則對數據包排隊，數據按一定順序放在緩沖區中，當到達一定限度時(shí)，內部的數據處理芯片開(kāi)始處理數據幀，然后以串口數據幀的形式發(fā)送出去。反之，當有串口數據到達時(shí)，轉換器把串口數據幀轉化為以太網(wǎng)數據幀，其處理過(guò)程是類(lèi)似的，兩個(gè)處理過(guò)程互為逆過(guò)程[6].

　　3 溫濕度監控儀工作原理

　　上電初始化，根據板子的撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)讀取并保存溫濕度儀地址；讀取存在外存中的上次已設置好的溫濕度上下限的歷史值和保存的采樣間隔歷史值。然后，進(jìn)入主循環(huán)中，根據采樣間隔時(shí)間，將溫度、濕度、等數據存入外存，點(diǎn)亮LED數碼管顯示當前時(shí)間、溫度、濕度，并根據已設置好的溫濕度上下限值來(lái)確定是否驅動(dòng)蜂鳴器報警且控制空調機、加濕機、除濕機工作進(jìn)行溫濕度控制調節[7]（溫濕度上下限控制示意圖見(jiàn)圖3）。系統有良好的交互性能，利用中斷可在線(xiàn)隨時(shí)設置時(shí)間校正值、溫濕度上下限值、采樣間隔時(shí)間值、溫濕度校正值并將這些數據存到外存中；可在線(xiàn)提取當前溫濕度數據和溫濕度儀狀態(tài)等數據；可由相應指令提取根據采樣間隔已存在外存中的歷史溫濕度數據。

　　微機發(fā)送的指令格式為：FF+從機地址+指令碼+數據，而溫濕度控制儀在中斷程序中可根據廣播的從機地址是否與自己的地址匹配來(lái)接收指令，并根據指令做相應的動(dòng)作設置時(shí)間校正值、溫濕度上下限值、采樣間隔時(shí)間值、溫濕度校正值并將這些數據存到外存中以防斷電遺失。

　　4 PC機軟件設計

　　本溫濕度監控系統軟件部分包括以下五大部分功能模塊：

　　一、系統設置：
　　（1）設置溫濕度上下限、日期、采樣間隔、接口轉換器參數等；
　　（2）用戶(hù)密碼修改、系統用戶(hù)信息管理；
　　（3）庫房單位管理、溫濕度儀管理。

　　二、提取數據：
　　（1）系統用戶(hù)隨時(shí)提取溫度、濕度的歷史數據并存入系統數據庫；
　　（2）系統用戶(hù)隨時(shí)提取溫度、濕度的當前數據和溫濕度當前工作狀態(tài)。

　　二、數據采集與分析：
　　（1）對溫度、濕度數據的采集；
　　（2）對當前數據的分析。

　　四、數據查詢(xún)與分析：按年、按月、按日對已有數據查詢(xún)，并對查詢(xún)結果進(jìn)行分析，以表格或者曲線(xiàn)的方式顯示。

　　五、數據備份與恢復：完成對數據庫中的歷史數據進(jìn)行備份及恢復操作。

　　5 結束語(yǔ)

　　本系統靈活性、交互性較強，可在線(xiàn)根據需要隨時(shí)設置溫濕度上下限值、采樣間隔、校正值等參數；系統設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分運用了軟硬件協(xié)同設計的思想，各部分盡量采用模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于多種不同場(chǎng)合的多庫房分布式遠程溫濕度智能監控系統。系統已投入實(shí)際運行，穩定可靠、實(shí)時(shí)性強且充分利用現有網(wǎng)絡(luò )，利于傳統的基于RS485溫濕度監控系統快速改造為大范圍分布式遠程溫濕度智能監控系統，取得了較好的社會(huì )經(jīng)濟效益。

溫濕度智能監控方案設計