智能温湿度监控系统的实现

文/肖家涛

各种新型自动控制系统越来越多应用于人们的日常生活中，如工业生产，农业等，不仅可以提高劳动生产率，还可以使受控设备操作更加准确，而其工作环境温度和湿度是关键的安全参数，并与人们的生活紧密相连。目前市场上温、湿控系统主要是基于单片机，DSP，PLC等，随着传感器和微控技术发展，温湿控系统也随之推进。它最先使用模拟器件来实现现场数据采集，使用模拟器件来处理和显示。国内从事温度和湿度研究开始相对较晚，主要是实验室，仓库和温室，与发达国家相比，工业化水平低，环境控制水平比较落后。本文运用STC89C52芯片为核心，设计了一款小型适用某些特定场合的环境温度和湿度的监控系统，具有高性能、抗噪性、实用预警且自动调节等功能。

1 系统总体设计

1.1 控制系统框架分析

在该系统中以STC89C52用作微处理器，高性能传感器作采集温度和湿度参数，用于监测温度和湿度。蜂鸣器用来报警，当采集到的信号数据超过设置，蜂鸣器便会鸣叫，液晶显示器用作显示测量的温度和湿度，并有一个相应的指示灯指示哪些数据超出范围，该灯采用双色LED红色表示高，绿色表示低。并使用按钮来更改温度和湿度范围设置，按按钮设置警报和温度警报范围。当温度过高时，模拟冷却装置会自动开启。根据设计系统的整体功能，有功能模块：MCU智能模块、温湿度采集模块，按键模块，LED灯指示，液晶显示，继电器控制模块和报警系统等。整个系统的构建如图1所示。

图1：系统设计总体框图

1.2 继电器控制系统

温湿度控制系统的主要部件是：风扇，加热器，喷枪和干燥器。如果监测到环境不稳定，单片机控制相应的处理器件来调节环境参数。风扇负责冷却系统;加热设备负责加热系统;喷雾设备负责加湿系统；除湿设备负责排空系统。继电器是一个受控器件，当有合适的输入触发继电器开关时，相对应的另一控制端会接通，从而有一端电流控制另一端强电流。它是一种介于控制系统和受控系统中间的联通，连接两个系统，它实际上就算是一段转化器件，在很多电路中，它的出现是为了守护电路的安全功能，给小芯片提供超标的大电流、电压。

图2：继电器控制电路

图3：程序流程图

图4：系统仿真图

本设计使用的是利用磁力的继电器。由电到磁力的转换，当在继电器两端加入电源，会产生电磁感应，吸引起接触簧片，使得接通电路。当断开电源，弹簧片不受吸引复位，使得接通的电路再次断开。继电器模块的电路在图2中所示，由于开关被接通和关断，因为工作线圈的感性特性，会在刚接触的瞬间电压达到数十伏。继电器由5V的电压触发的。电路中有一个反接的二极管，和一个正接的二极管，两者共同保护继电器在极端时刻的过压和过电流。运用这种方法保护元件的原因在于无论正反高电压都不会流过继电器元件。当PNP晶体管接收到的电平变低，三极管由截止到导通，继电器闭合，最后小风扇连接到5V，风扇旋转。

1.3 程序设计分析

系统开始先初始化液晶数据导入设置数值，然后是报警值的初始化。第二步，采集数据并读取，并显示出来采集到的数据值。第三步，程序进入判断，判断数据是否超过系统初设的温度和湿度的最大范围。如果超过设置标准，便会进入报警模块的程序，启动蜂鸣器，灯也会点亮。另外，这里只涉及温度过高是的情况，如果满足可以加入温度过低的情况，若是过高，后面的风扇会开始运行减温。第四步等待按键按下，进入范围设置。设置完后，等待一段时间，即再次进入采集数据的步骤内，如此循环。程序流程图如图3所示。

2 仿真和调试

使用Protues 8.6软件，模拟温度和湿度的变化，在LCD上显示1602，并使用按钮将警报范围设置为超出限制。当任何温度和湿度值超过报警范围时，蜂鸣器将发出警报，LCD显示屏可以实时显示当前的温度和湿度。当温度过高时，过热指示灯亮，由连续操作装置控制风扇开启并发出信号。仿真图如图4所示。

3 小结

温度和湿度在现代工业生产中是非常重要的环境参数，如在很多物理、化学变化实现中都与它有重要关系。本文运用MCU与高性能传感器来设计温湿度监控设计，整体分为硬件部分和软件部分，两者共同协作实现采集数据、数据智能处理、人性化显示、报警等功能。