基于單片機的倉庫溫濕度智能控制系統設計

摘要：針對目前農產品種子倉庫存儲自動化程度低且不易大面積管理的現狀，提出采用以Atmel公司的AT89系列單片機為核心的智能溫、濕度控制系統。該系統通過串行通信方式實現上下位機溫、濕度給定值的設定，增強倉庫的智能化，搭建了基于單片機的硬件電路，系統的軟硬件均通過測試，并對該系統的結構圖和工作原理以及軟件模糊控制算法做以簡單介紹，實際使用中效果良好。
關鍵詞：單片機；SHT11；DS1302；溫、濕度控制

0 引言
溫、濕度控制廣泛應用于人們的生產和生活中，對于農產品種子來說，對環境溫度與濕度有著比較嚴格的要求。人們通常使用溫度計、濕度計來測量倉庫的溫度和濕度，通過人工加熱、加濕、通風和降溫等方法來控制倉庫的溫、濕度，這種方法不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。同時溫度與相對濕度的大幅度變化可能導致種子大范圍腐爛或者影響種子的發芽率，從而帶來極大的經濟及財產損失。因此，保持適宜的倉庫溫度、濕度對保證農產品種子存儲質量十分重要。
目前市場上的各種溫度控制設備大多只能根據簡單的溫度變化規律制定控制算法，系統擴展性較差。本系統采集了種子倉庫所在地一年的溫度變化規律，并使用能適應季節變化、節省能源的模糊控制算法，結合AT89S51單片機技術研制了一種穩定性高、成本低的溫、濕度智能控制系統，采用上、下位機控制結構，實現全方位智能化的倉庫管理控制系統。

1 系統結構及工作原理
該系統采用PC機作為上位機監控單元，AT89S51單片機作為下位機控制器，其外圍設備包括溫度、濕度檢測模塊，溫、濕度輸出控制模塊，鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊及上下位機通信模塊、報警模塊等。其中外圍設備采用RS 485串行通信接口方式和上位機實現遠程數據交換，用以實現向用戶發送信息，用戶對設備進行操作處理等功能。系統結構如圖1所示。

本系統可以通過鍵盤設定模塊或者上位機下裝模塊進行系統給定值的設置來調整倉庫溫、濕度控制范圍。溫度、濕度檢測模塊將倉庫內的溫、濕度信息傳到單片機，單片機根據實際情況發出控制信號驅動控制模塊進行相應操作，同時將當前信息存儲到單片機相應內存單元中并上傳數據到上位機顯示及保存。當溫度或者濕度超過設定的范圍上下限時，控制器將會啟動或者停止相應設備來調整環境濕度和溫度，同時將各種調整信息在LCD上顯示并發出報警信號。控制信息同時在上位機顯示并報警，建立控制日志保存。另外還可以設計一些通用接口，為以后設備功能擴展提供方便。

2 系統硬件設計
2．1 控制器的設計
此系統下位機采用模塊化設計，由AT89S51主控芯片，溫、濕度檢測模塊，輸出控制模塊，鍵盤輸入模塊，LCD顯示模塊，上下位機通信模塊等幾部分組成。溫、濕度檢測模塊使用數字溫度傳感器。DS18B20測量倉庫的溫度，使用溫、濕度傳感器SHT11測量濕度。輸出控制模塊的控制信號由單片機控制器提供，通過光電隔離器傳送信號到繼電器控制各執行電機動作來調節倉庫的溫、濕度。單片機的P2．0～P2．4接口分別作為驅動空調加熱制冷、循環風機、排濕窗風門的I／O接口。在I／O接口輸出電平為0時，K1開關斷開，相應執行電機不工作；在I／O接口輸出電平為1時，光電隔離器輸出信號使K1開關閉合，相應執行電機工作。鍵盤和通信模塊采用查詢方式實現對控制系統的設置，從而達到對系統溫、濕度值和其限定范圍的及時調節。如果出現異常情況，設備將立即通過RS 485將事件傳送給遠程主機，發出報警信號。