基于2051的庫房溫濕度控制系統(tǒng)設計
【關鍵詞】AT89C2051單片機；控制芯片；溫濕度控制
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(jiān)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(xiàn)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(xù)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(fā)霉變質。這種惡性循環(huán)一旦形成很難進行有效控制。因此，庫房在進行溫度監(jiān)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(jiān)測與控制，為了適應對多個測控點的監(jiān)控與管理，經分析采用了分布式系統(tǒng)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(jiān)控管理，上下采用主從式監(jiān)控管理形式，系統(tǒng)總體結構如圖1所示。
系統(tǒng)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(xiàn)各個模塊的控制功能，并能在主機關機的條件下實現(xiàn)所有的控制功能。
3） 通訊轉換機實現(xiàn)RS232信號和RS485信號的轉換，主機通過其向從機發(fā)送控制參數，從機將現(xiàn)場采集數據通過其傳給主機。
4）數據采集實現(xiàn)對傳感器及運行設備的檢測。
5）控制器及其設備根據系統(tǒng)輸出的信號對現(xiàn)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(tǒng)的控制信號輸出到控制器及其設備。
2 系統(tǒng)工作方式
系統(tǒng)以溫濕度監(jiān)控為核心，溫濕度參數和設備運行狀態(tài)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(fā)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(jiān)控界面上顯示當前的狀態(tài)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(tǒng)計數據，還可以將數據處理繪制成圖形曲線，實現(xiàn)對數據的分析與管理。
3 系統(tǒng)硬件組成
控制系統(tǒng)的主機采用一般的PC（64M以上即可），就完全可以滿足系統(tǒng)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(jiān)測電路等部分組成。
本系統(tǒng)對多個測控點進行監(jiān)控，l臺主機與多臺從機實現(xiàn)主從式通信，通過通訊接口機實現(xiàn)RS485標準總線通訊，系統(tǒng)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(tǒng)原理圖。
此控制平臺主要實現(xiàn)現(xiàn)場數據采集，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多路傳感器獲得，采集的信號經ADS1286實現(xiàn)轉換。為有效控制多路傳感器，在系統(tǒng)設計中使用4051實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)對現(xiàn)場設備（現(xiàn)場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(xiàn)場設備的狀態(tài)數據。
3）遙控
控制平臺通過HS0038和紅外發(fā)光管實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的遙控?？筛鶕F(xiàn)場設備的不同，選用HS0038或紅外發(fā)光管遙控現(xiàn)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(xiàn)RS232電平與TTL電平的隔離，在實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)軟件設計
軟件系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控軟件主要實現(xiàn)以下功能：
1）串行通信：完成上位機的通信配置，實現(xiàn)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?。焊鶕脩粢?，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的下位機主控模塊通過監(jiān)控模塊、人機交互模塊和通信模塊來完成實時監(jiān)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(fā)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(tǒng)，采用數字式的溫度傳感器和單片機，實現(xiàn)了對庫房內溫濕度的自動測量和調節(jié)，AT89C2051單片機因其指令系統(tǒng)豐富、小巧、低價、靈活易擴展等獨特的優(yōu)點，在所設計的庫房溫濕度控制系統(tǒng)中使整個系統(tǒng)的性價比得以大幅度的提高。本文所介紹的系統(tǒng)已多次應用在糧庫、檔案庫等行業(yè)中，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設計系統(tǒng)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(wèi)東等. 基于Smith-Fuzzy控制器的糧庫溫濕度測控算法(J). 河南工業(yè)大學學報(自然科學版)，2006，27(1)：29-31.
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