一种适合档案馆的温湿度自动监控方法

邹梦君+杨传斌

摘 要 针对一般的温湿度监控系统存在工作效率低、软硬件设备不能够有效地将数据进行及时共享和交互性差等问题，提出一种基于Qt的适合档案馆温湿度自动监控的方法。本嵌入式系统是利用STC89C52RC单片机对档案馆内温湿度参量进行检测，同时通过串口通信将数据进行传输反馈机制，进而实现对温湿度参量的控制。本系统更具智能化，拥有反馈和自动控制功能。

关键词 档案馆；温湿度监控系统；Qt

中图分类号：G278 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）20-0038-03

Abstract In view of the traditional temperature and humidity detec-tion system is a poor level of environmental control， software and hardware resources cannot be shared and poor reliability problem， this paper proposes a suitable for archives of temperature and humidityautomatic monitoring method based on Qt. The embedded system isusing STC89C52RC MCU to test the temperature and humidity para-meter through serial communication data processing， at the same time， realize the control of temperature and humidity parameter， this system more intelligent， each performance index system more accu-rate and stable.

Key words archives； Qt； monitoring of temperature and humidity

1 前言

随着科技的不断进步，越来越多的工业、农业、实验室等领域都要求在严格的环境下完成，因此，温湿度的测量与控制在日常生活中应用十分广泛。国家博物馆、学校的档案馆和图书馆等，作为重要文物、资料和图书等物品的保存、展示或集散的场所，其所处的位置至关重要。以档案馆为例，影响档案材料老化变质的关键因素是馆内温湿度变化，所以做好档案保存的首要工作就是需要合理控制馆内的温度和湿度。为了能够长期保存档案馆的重要资料，根据档案有效保存的相关要求，迫切需要营造科学合理的温湿度环境来阻止档案霉腐菌的生长繁殖。我国对于温湿度测控技术的研究较晚，目前国内该类技术仍较为欠缺，多数场合仍需人工操作进行监测，不能满足档案馆对温湿度实时监测参数且能够自动控制的要求[1]。

针对这一现状，本文结合嵌入式技术、单片机技术以及串口通信技术，提出了一种基于Qt的适合档案馆温湿度自动监控的方法。系统通过嵌入式技术设计的应用和单片机硬件模块相结合，两者通过串口通信，从而实现温湿度自动控制。

2 系统体系结构

基于Qt的适合档案馆的温湿度自动监控系统主要由单片机主控模块、DHT21传感器模块、LCD12864显示屏模块、报警模块、降温除湿执行模块、串口传输模块和Qt用户终端温湿度监测系统等功能模块构成。该系统主要通过STC89C52RC单片机主控模块[2]对被测档案馆的温湿度参数进行实时监测，可设定阈值，以便待超过规定温湿度范围时实时报警，同时启动降温除湿执行模块，达到自动控制的效果。也可通过Qt用户终端温湿度监测系统对检测信息进行实时显示和查询。具体将DHT21传感器采集的温湿度数据经串口传输模块传送到Qt用户终端温湿度监测系统，Qt用户终端温湿度监测系统对数据进行统计分析，做出相应处理。

3 系统硬件设计

系统硬件设计主要包括STC89C52RC主控模块、DHT21传感器模块、LCD12864显示屏模块、报警模块、降温除湿执行模块、串口传输模块。图1是温湿度自动控制系统硬件部分框架图

主控模块系统设计 中央处理器选择的是STC公司的STC89C52单片机[3]，CMOS 8位微控制器具有性能高且低功耗的优点，内带4 K字节EEPROM存储空间，具有8 K系统可编程Flash存储器，并且可直接使用串口下数据。

STC89C52虽然使用的是经典款MCS-51内核，但是因为对它做了较多的改进，所以该芯片比传统51单片机更胜一筹。在单芯片上，它不仅能够在系统可编程Flash，同时拥有灵巧的8位CPU，正是因为它能够提供高灵活、超有效的解决方案，所以大部分嵌入式控制应用系统选择它。并且它的STC和AT的引脚是完全兼容的，硬件连接也基本一样，但STC是增强型，多了一些AT没有的功能，比如储存容量RAM比AT多了256个字节，同时自带的EEPROM存储空间比AT多了2 KB，还有多了Timer3和P4口等。

DHT21传感器模块系统设计 本系统采用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器[4]——DHT21数字温湿度传感器，它是一款高性能的新一代温湿度传感器。与DH11相比较，DH21拥有很多优点，为了确保产品具有极好的可靠性和稳定性，它应用专用的温湿度数据传感技术和数字模块采集技术。

温湿度传感器就是指能将湿度值和温度值转换成方便被检测和处理的电信号装备。该产品具有抗干扰能力强、性价比极高和超快响应等优点。因为该传感器可以与一个高性能8位单片机连接，同时它包括了一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件。不同的传感器分别拥有各自的数值测量方法。之所以它成为各类应用甚至最为苛刻的各应用场合的最佳选择，就是因为它的体积超小、功耗也极低，而且信号传输距离可达20米以上，每个DHT21传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。DHT21为4针单排引脚封装，它的引脚说明如表1所示。

LCD12864液晶显示模块 该液晶显示模块是128×64的内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。它的接口方式多样，有4位/8位并行和2线或3线串行两种。它的字符显示是通过将字符显示的编码写入到该字符显示RAM实现的。该液晶屏上可分别显示HCGROM（ASCII码字库）、CGROM（中文字库）及CGRAM（自定义字形）。3种不同字符和字形的可选择的编码范围是0000～0006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个），显示自定义字形；02H～7FH显示半宽ASCII码字符；A1A0H～F7FFH显示8192种GB2312中文字库字形。字符显示RAM在液晶模块中的地址是80H～9FH。

4 系统软件设计

软件系统主要由3个模块构成，分别是串口数据传输模块、温湿度监控模块和数据存储模块。其中数据存储模块是本系统设计的核心模块。核心模块主要是指SQL数据库查询技术[5]，通过在Qt界面上的数据库功能进行数据查询，利用温湿度监控模块中的各个功能按钮分别控制其他模块，使串口数据传输模块、温湿度监控模块和数据存储模块形成一个稳定运行的系统，进而满足本系统设计的功能需要。串口数据传输模块主要是指将硬件系统中的数据通过串口将数据读取到温湿度监控模块中。通过对串口中各个参数的选择，并由硬件中温湿度传感器模块将最原始的数据值存储到芯片中，即给定需要传输处理的数据，实现数据传输。温湿度监控模块主要用于根据要求正确显示通过串口传输过来的数据，并且可以根据操作者的需求对软件系统及获取到的数据进行处理。图2是软件总体框架。

数据库系统设计及实现 数据库是每个嵌入式系统必不可少的一部分，而在Qt中使用的是QtSql数据库技术。通过Qt的QTable控件来实现数据表单的显示，通过QListView、QComBobox以及QTextEdit等控件进行数据表单的选择、数据输入等，配合PushButton控件实现数据表的创建、删除和数据查询、添加、删除、修改等操作，这样实现数据库系统的基本管理。

本系统利用Qt Designer来实现数据库界面的开发，同时通过调用SQLite的API接口函数来实现数据库功能。新建一个C++项目，在此基础上新建一个窗口部件，在窗口部件上添加一个Table控件作为数据表单的显示界面。在Qt Creator的帮助中查找QtSql Module，可以看到这个模块是一组类的集合，使用这个模块需要加入头文件“#include ”，而在工程文件中需要加入一行代码：QT+=sql。

另根据需要，添加PushButton控件以实现相应的操作。在窗口类下新建一个槽，连接相关按钮信号。

数据库模块不仅可以完整地保存需要的数据，而且可以方便对数据进行查询、删除、更新等操作，是温湿度控制系统中必不可少的一个数据处理模块。

串口数据传输模块 串口是串行接口（serial port）的简称，同时也可称为串行通信接口或COM接口。所谓串口通信就是采用串行通信协议在信号线上将所需要传输的数据一个比特一个比特地进行传输。它是一种通信模式。

在本温湿度控制系统中，先通过温湿度传感器接收数据，然后应用串口将数据传输到上位机温湿度监控系统中。传输过程分为以下几步。

1）添加对象声明“Win_QextSerialPort*myCom”和槽函数声明“void readMyCom（）”；

2）在“mainwindow.cpp”的类的构造函数中存放串口的各个参数；

3）利用open函数以读写方式打开串口；

4）对信号和槽函数进行关联，若串口缓冲区有数据，则进行读串口操作；

5）在“readMyCom（）”函数中对读取到的数据进行处理，首先读取串口缓冲区的所有数据给临时变量temp，同时对显示的数据字体和格式进行设置，最后将串口的数据合理有序地显示在定义的textBrowser窗口的文本浏览器中。

温湿度监控模块 监控模块用户界面用Qt图形设计器设计，Qt图形设计器是一个具有可视化用户接口的设计工具。按照系统需求，控制界面要求简单，可将界面分为多个不同功能的目录。其中主菜单是功能选项，二级子菜单包括状态显示和功能简介等。

5 系统测试

本系统根据设计目标要求做了实验验证，对档案馆温湿度数据进行采集，为到达报警效果，可以变化传感器所处环境的温度，可以用吹风机或者电风扇对温度进行改变，让温度的显示超标，来测试能否达到报警。经过测试，本系统性能良好，能够对温湿度进行自动控制。

6 结语

本文研究设计了基于Qt和单片机的温湿度自动监控系统，完成了硬件和软件部分的设计，并且有效测试了它的工作性能。通过不断地进行在线编程完善和调试，该系统可快速可靠地进行数据采集和处理，效果理想，可以应用在档案馆中。

参考文献

[1]高职富.温室环境控制技术的现状及发展前景[J].中国市场，2007（35）：106-107.

[2]夏志华.基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J].煤炭技术，2013，2（3）：106-110.

[3]郭佳，陈乾君.基于单片机及PC机的温度控制系统设计[J].物联网技术，2013（7）：18-20.

[4]林飞龙，彭诗瑶.基于多传感器的高性能监控系统设计[J].传感器与微系统，2014，33（2）：119-122.

[5]林鸿，蔡坚勇.适用于嵌入式设备的数据库查询技术[J].计算机系统应用，2014（5）：116-119.