基于智能傳感器的彈藥倉(cāng)庫(kù)溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1引言

　　彈藥從出廠到部隊(duì)作戰(zhàn)或訓(xùn)練使用以前主要存放在倉(cāng)庫(kù)中。在長(zhǎng)期的儲(chǔ)存過程中，彈藥雖然處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)。但其質(zhì)量不斷發(fā)生變化。這是因?yàn)閺椝幹饕山饘俸脱b藥組成．在長(zhǎng)期儲(chǔ)存過程中，由于溫，濕度的影響。金屬會(huì)銹蝕．從而使金屬部件的強(qiáng)度降低。表面機(jī)械性能變壞，嚴(yán)重影響彈藥的使用．甚至?xí)斐芍卮笫鹿省?，濕度還會(huì)使彈藥裝藥的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化．從而使其失去應(yīng)有的戰(zhàn)技要求。因此，溫，濕度是彈藥質(zhì)量發(fā)生變化的主要矛盾。根據(jù)我軍的倉(cāng)庫(kù)條件、我國(guó)的氣候條件和目前倉(cāng)庫(kù)的管理水平．通常規(guī)定最高溫度不超過30℃．最大濕度不超過。70％．即通常所說的“三七”線。

　　傳統(tǒng)彈藥倉(cāng)庫(kù)的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是干，濕球濕度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)、濕敏電阻器或由普通的溫，濕度傳感器組成的監(jiān)控系統(tǒng)，通常結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜．系統(tǒng)龐大．準(zhǔn)確性差。筆者采用瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHTl5型超小型、自校準(zhǔn)、多功能式智能傳感器．測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，適合彈藥倉(cāng)庫(kù)溫，濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　2 SHTl5的性能和特點(diǎn)

　　SHT15型傳感器是單片、多用途的智能傳感器，其中不僅包含基于濕敏電容器的微型相對(duì)濕度傳感器和基于帶隙電路的微型溫度傳感器，而且還有14位的A／D轉(zhuǎn)換器和2線串行接口。能輸出經(jīng)過校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度的串行數(shù)據(jù)，所以系統(tǒng)中不再使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換器及信號(hào)調(diào)理電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊和簡(jiǎn)單，SHTl5能在同一位置測(cè)量相對(duì)濕度和溫度。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　SHT15的引腳比較少．使用方便。其引腳排列如圖2所示。引腳功能如表1所示。SHT15型智能傳感器的相對(duì)濕度測(cè)量范圍是0~100％。分辨率達(dá)0．03％，最高精度為+2％RH，溫度測(cè)量范圍是—40℃一十123．8℃．分辨率為0．1℃．電源電壓范圍是+2．5V一+5．5V．響應(yīng)時(shí)間小于3s。

　　3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

　　該設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由單片機(jī)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。采用的是AT89C51型低電壓和高性能的CMOS8位單片機(jī)．片內(nèi)含4Kbytes可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，采用ATmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)．兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS一51機(jī)指令系統(tǒng)，片內(nèi)還有通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大的AT89C51微型計(jì)算機(jī)提供了高性價(jià)比的解決方案。它的主要功能特性如下：

　　兼容MCS一51指令系統(tǒng)；

　　4K可反復(fù)擦寫f>1000次)FlashROM；

　　32個(gè)雙向I／O口；

　　可編程UARL通道；

　　2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；

　　全靜態(tài)操作0—24MHz；

　　1個(gè)串行中斷；

　　128x8bit內(nèi)部RAM；

　　2個(gè)外部中斷源；

　　總共6個(gè)中斷源；

　　可直接驅(qū)動(dòng)LED；

　　3級(jí)加密位；

　　低功耗空閑和掉電模式；

　　軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。

　　AT89C51和SHT15之間通過串行總線進(jìn)行通信．執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)控制的降溫機(jī)、升溫機(jī)、降濕機(jī)、增濕機(jī)等組成。彈藥倉(cāng)庫(kù)的溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

　　AT89C51循環(huán)實(shí)時(shí)選通多個(gè)SHTl5，使其檢測(cè)溫度值和相對(duì)濕度值．然后讀出數(shù)據(jù)值并顯示此時(shí)的數(shù)據(jù)值．當(dāng)相對(duì)濕度超過70％時(shí)，單片機(jī)控制降濕機(jī)開始工作．若相對(duì)濕度低于40%，則增濕機(jī)開始工作；當(dāng)溫度超過30℃時(shí)，降溫機(jī)開始工作，當(dāng)溫度低于一12℃時(shí)，升溫機(jī)開始工作，每循環(huán)3次，打印1次溫，濕度值報(bào)表。

　　4系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件采用MCS一51匯編語言編寫．采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法．主要包括初始化模塊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警、打印等模塊。系統(tǒng)的程序框圖如圖4所示。

　　由于SHTl5中含有存儲(chǔ)器，所以設(shè)置初始化程序主要是對(duì)單片機(jī)和SHTl5的存儲(chǔ)器中的一些數(shù)據(jù)置初值，同時(shí)對(duì)單片機(jī)的初態(tài)進(jìn)行初始化。該系統(tǒng)是多通道的測(cè)量系統(tǒng)．SHTl5上電后經(jīng)過10ms時(shí)間就進(jìn)入休眠狀態(tài)，只有當(dāng)單片機(jī)發(fā)出測(cè)量命令后，SHTl5才被“喚醒”而進(jìn)行工作，所以．單片機(jī)循環(huán)對(duì)各個(gè)傳感器發(fā)出溫，濕度測(cè)量命令，實(shí)現(xiàn)多通道的溫，濕度測(cè)量。SHTl5的命令集如表2所列。

　　由于SHT15輸出的數(shù)據(jù)與被測(cè)值呈非線性關(guān)系，因而，為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，必須對(duì)讀數(shù)值進(jìn)行非線性補(bǔ)償。對(duì)濕度進(jìn)行非線性補(bǔ)償，8位數(shù)據(jù)通常采用下式進(jìn)行補(bǔ)償：

　　RH=(1．43N一5．127)，256(0≤Ⅳ≤107)(1)

　　RH=(1．11N一28．93)/256(108≤N≤255)(2)

　　對(duì)于溫度傳感器，通常采用下式進(jìn)行非線性補(bǔ)償：

　　T=d+d2M(3)

　　式中的N和M分別為相對(duì)濕度傳感器與溫度傳感器的輸出值，d1和d2為常數(shù)，根據(jù)電源電壓和溫度數(shù)據(jù)位數(shù)來確定。

　　每次測(cè)得的數(shù)據(jù)要和規(guī)定值進(jìn)行比較，如果在允許的范圍內(nèi)，則程序進(jìn)行下一步操作，如果不滿足要求．則應(yīng)報(bào)警并將此刻的數(shù)據(jù)值顯示出來，在每次循環(huán)結(jié)束后。要經(jīng)過1個(gè)小時(shí)(可以靈活選用)的延時(shí)．這主要是因?yàn)閺椝巶}(cāng)庫(kù)里有很多木制結(jié)構(gòu)，揮發(fā)和吸收水分都有一個(gè)過程，經(jīng)過一定延時(shí)再進(jìn)行測(cè)量．可以避免傳感器長(zhǎng)時(shí)間的工作和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反復(fù)啟停，節(jié)約資源，同時(shí)可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。每經(jīng)過3次(根據(jù)需要可以適當(dāng)選擇)循環(huán)測(cè)量后，單片機(jī)控制打印機(jī)將3次測(cè)量的溫／濕度數(shù)據(jù)打印出來，便于報(bào)表和存檔。

　　5結(jié)束語

　　筆者設(shè)計(jì)的彈藥倉(cāng)庫(kù)溫，濕度監(jiān)控系統(tǒng)是基于SHTl5型智能傳感器完成的，SHT15是全新的基于智能傳感器設(shè)計(jì)理念的新型傳感器，實(shí)現(xiàn)了溫，濕度傳感器的數(shù)字式輸出，且具有免調(diào)試、免標(biāo)定、無外圍電路等特點(diǎn)，極大地方便了在嵌入式測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用．它是今后傳感器發(fā)展的方向。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單．體積比較小，精度高，克服了傳統(tǒng)彈藥倉(cāng)庫(kù)溫/濕度測(cè)量系統(tǒng)的不足。