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仓库温湿度控制系统设计与实现

来源:《数字技术与应用》 编辑:许燕萍 周一斐 时间:2018-10-15

摘要:本设计基于STC89C52RC单片机,采用DHT11作为温湿度传感器,LCD1602液晶屏进行显示,同时将其与设定值进行对比,如果超出上下限,将进行报警并启动温湿度调节设备。此外,还可以通过独立式键盘对设定的温湿度进行修改。通过设计系统原理图、并做出了实物,证明了该系统的可行性。

关键词:单片机;仓库;温湿度

中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2018)05-0010-03

温度和湿度的控制是物资储备仓库管理中极其重要的环节。无论是在国家仓储还是在企业仓储的相关管理规定中,温湿度的控制都是其中最为重要的一章,而针对不同性质不同储备的仓库,其对仓库的最高最低温度、最高最低湿度以及最佳温度湿度都有相当严格的要求。在传统的仓储管理系统中,其温度和湿度的控制基本是利用人工操作来进行调控的,随着计算机技术以及现代传感技术的发展,目前在仓储管理中的温湿度控制引入智能化、计算机化和全自动化的手段已经是势在必行的。

1 系统总体设计

1.1 系统功能与系统指标

仓库温湿度控制系统,要能够及时、准确地对仓库内的温度、湿度进行采集,将其显示在LCD1602液晶显示器上,然后与设定的上下限值进行比较,如果超出限制则启动温度、湿度控制设备,并通过蜂鸣器报警,直到温湿度回到規定的范围。另外,还要能够通过按键修改设定的上下限。为了能够满足农业生产的需要,此次设计要达到以下指标:

(1)温度采集范围为0~99℃;

(2)温度测量误差:±1℃;

(3)能显示当前的仓库温度和设定温度;

(4)湿度测量误差:±5%RH;

(5)测湿范围:0~100%RH;

(6)可以通过键盘电路修改上下限;

(7)在温湿度超过设定值时,有报警声;

(8)温湿度超限时能够启动温湿度调节设备进行调节。

1.2 总体方案设计

本设计基于STC89C52单片机,主要实现以下几个功能:对温湿度的采集、信号处理和显示、设定温湿度正常范围、声音报警、对环境温湿度的控制。系统的总体框图如图1所示,从图1中可以看出系统主要包括以下几个部分:温湿度采集模块、蜂鸣器报警电路、显示电路模块、键盘输入模块、继电器控制电路。

2 系统硬件电路设计

本设计控制器选择STC89C52RC,完成数据的采集、存储、显示、处理、报警灯功能。温湿度采集采用DHT11传感器,通过在当前环境下检测到的温湿度值传递给单片机完成数据的分析,为了使采集到的数据稳定可靠,每间隔2秒采集一次数据传递给单片机。数据显示模块采用1602液晶显示器,温湿度设定值输入采用独立按键。

2.1 传感器电路的设计

温湿度传感器采用DHT11,它包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,具有很高的可靠性和长期使用的稳定性,有专用的温湿度传感技术和数字模块采集的技术,是温湿度复合传感器,响应快,抗干扰能力强,性价比高,体积小,功耗低,应用广泛, DHT11为4针单排引脚封装,连接方便。

STC89C52RC单片机的P2.0引脚接DHT11的DATA引脚,DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据,从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集,采集数据后转换到低速模式。

值得注意的是,手动焊接时,在最高260℃的温度条件下接触时间少于10秒。

2.2 显示电路设计

测量到的温湿度值将显示到液晶屏LCD1602上,它可以显示2行,每行16个字符。

STC89C52RC单片机P2.1引脚接LCD1602的数据/命令选择端,P2.2引脚接LCD1602的读/写选择端,P2.3接LCD1602的使能信号,P1口接LCD1602的数据端。

2.3 温湿度调节继电器接口电路

当温湿度超出限定值后,单片机将输出控制信号,启动加热、制冷、加湿、除湿设备。继电器是电气控制中常用的控制器件。一般由通电线圈和触点(常开或常闭)构成。当线圈通电时,由于磁场的作用,使开关触点闭合(或打开);当线圈不通电时,则开关触点断开(或闭合)线圈可以用直流低电压控制(9V、12、24V),本设计中采用12V控制线圈的,触点输出部分可以直接与市电相接,虽然继电器本身具有一定的隔离作用,但在与微型计算机接口时还是采用光电隔离器进行隔离。光电隔离器的驱动能力有限,一般电流只能达到30mA左右,不足以驱动继电器,因此再加一个三极管放大电流。

原理如图2所示:图中用了4个继电器输出控制信号,用来启动加热、制冷、加湿、除湿设备,本设计中继电器输出电路全部接的发光二极管用来模拟启动加热、制冷、加湿、除湿设备,当温湿度超限,对应继电器的发光二极管会被点亮。

光电隔离器选用SHARP公司的PC847,它是四路光耦,由单片机直接驱动。分别接STC89C52RC的P3.2,P3.3,P3.4,P3.5引脚。

本设计中用的继电器是普通的电磁继电器。OMRON公司的G5V-2,三极管选用S9012。

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