基于2051的库房温湿度控制系统设计

0 引 言

目前，国内大中型库房在仓储管理中由于技术和资金上的原因，多数仅限于只对温度进行监测，当温度超标时进行强制通风和翻仓，即使如此，处理不及时或因设备人力条件有限仍会造成大量损失。实现库房储藏物的温升主要是由于湿度引起的，库房储藏物本身的水分过高或连续的高湿天气将导致储藏物新陈代谢加快而放出热量，放热引起的温升又使代谢进一步加剧以至发霉变质。这种恶性循环一旦形成很难进行有效控制。因此，库房在进行温度监测的同时，必须重视对空气湿度的检测，以利于提前采取有效措施控制库房储藏物升温而霉变。本文所介绍的温湿度控制系统以AT89C2051单片机^[1]为控制核心，结合传感器、通讯和数字电子电路技术，实现了温度和湿度检测与库房温度和湿度的有效控制，降低经济损失和劳动强度。

1 系统总体结构

应用户要求对若干个地理位置分散的库房的温湿度进行实时的监测与控制，为了适应对多个测控点的监控与管理，经分析采用了分布式系统的控制方式，即在每个测控点配置能独立工作的从机，多个从机由1个上位机进行监控管理，上下采用主从式监控管理形式，系统总体结构如图1所示。

系统的各个部分功能和关系如下：

1）主机为管理机，完成参数设置、数据存储、处理及管理功能。

2）从机为控制机，采用单片机2051，直接实现各个模块的控制功能，并能在主机关机的条件下实现所有的控制功能。

3） 通讯转换机实现RS232信号和RS485信号的转换，主机通过其向从机发送控制参数，从机将现场采集数据通过其传给主机。

4）数据采集实现对传感器及运行设备的检测。

5）控制器及其设备根据系统输出的信号对现场设备进行控制。

6） 输入输出部分包括输入模块和输出模块，输入模块将采集的信号转换后输入到从机，输出模块将系统的控制信号输出到控制器及其设备。

2 系统工作方式

系统以温湿度监控为核心，温湿度参数和设备运行状态由主机根据用户要求定时向从机查询，各控制模块的设置参数修改时，将新的参数发送到从机。主机可以对从机进行参数设置及控制，从机也可以独立工作。从机通过数据采集装置不间断地采集温湿度数据，根据控制模块的设置参数做出控制决策，驱动设备运行，并随时准备接受主机的指令，当受到询问时，将库房的各项数据编码通过串行通信方式传输到主机。主机接收到数据后，进行数据处理，在监控界面上显示当前的状态信息，并将此信息实时地存储到数据库中，为用户维护和管理准备数据。对数据可以进行查询，也可以将一段时期的数据信息汇集成报表，报表包括各项统计数据，还可以将数据处理绘制成图形曲线，实现对数据的分析与管理。

3 系统硬件组成

控制系统的主机采用一般的PC（64M以上即可），就完全可以满足系统对数据处理、运行速度的要求。从机部分以2051单片机为核心^[2]，外接数据采集输入电路、输出电路、状态监测电路等部分组成。

本系统对多个测控点进行监控，l台主机与多台从机实现主从式通信，通过通讯接口机实现RS485标准总线通讯，系统的数据检测是由各类传感器来承担，图2所示为单片机控制平台1系统原理图。

此控制平台主要实现现场数据采集，并将采集数据处理、存储、发送给主机。2051是控制平台的核心，温湿度数据的采集通过多路传感器获得，采集的信号经ADS1286实现转换。为有效控制多路传感器，在系统设计中使用4051实现扩展，使控制平台可以控制多路传感器，采集的数据存放于24LC04。在控制平台的驱动上，使用CMOS管1120提高2051的驱动能力^[3]，使控制平台每路可以控制多个传感器（主要是提高控制平台对18B20、温湿度采集器的驱动能力）。在与主机通讯时，为达到电平一致，控制平台通过RS485芯片实现2051的引脚RXD、TXD的TTL电平与RS485的引脚A、B的485电平之间的转换。把主机通过通讯接口机送来的RS485标准电平转换为TTL电平传送给2051，把2051送出的TTL电平转换成RS485标准电平通过通讯接口机传送给主机。

图3 单片机控制平台2接口电路

图3所示为单片机控制平台2接口电路，主要实现对现场设备（现场设备主要指通用空调、加/除湿机等）的控制，并将设备状态情况发送给主机。该控制平台的主要部分如下：

1）2051单片机

2051是控制平台的核心。

2）24LC16存储器扩展

24LC16用于存放现场设备的状态数据。

3）遥控

控制平台通过HS0038和红外发光管实现对现场设备的遥控。可根据现场设备的不同，选用HS0038或红外发光管遥控现场设备。

4）RS232通讯

控制平台把80C196的串口引脚RXD、TXD和GND接到光电耦合电路，把8OC196串行口输出的TTL电平转换为RS232标准电平，把其它微机送来的RS232标准电平转换为TTL电平给80C196，并实现RS232电平与TTL电平的隔离，在实现RS232电平与TTL电平转换的同时保护计算机串口。

5）RS485通讯

控制平台通过RS485芯片实现2051的引脚RXD、TXD的TTL电平与RS485的引脚A、B的485电平之间的转换。把主机通过通讯接口机送来的RS485标准电平转换为TTL电平传送给2051，把2051送出的TTL电平转换成RS485标准电平通过通讯接口机传送给主机。

4 系统软件设计

软件系统由两个相对独立的上位机软件和下位机软件部分组成，采用基于Smith-Fuzzy控制器的粮库温湿度测控算法^[5]，上位机监控软件模块结构图如图4所示。

图4 上位机软件模块结构图

上位机监控软件主要实现以下功能：

1）串行通信：完成上位机的通信配置，实现上位机与下位机之间通信。

2）数据显示：提供三维立体图、曲线走势图和表格三种方式显示。

3）数据存储：对实时数据（包括最大值、最小值、平均值）按用户要求存储到数据库的一张历史数据表中；也可导出数据到文件，以文本方式保存到一个文本文件中。

4）数据查询：允许用户根据情况对实时数据、历史数据进行查询或进行走势曲线分析。

5）数据打印：根据用户要求，以表格方式打印实时数据和历史数据，亦可打印走势曲线图。

6）异常报警：当实时温湿度数据超越设定的上下限温湿度数值时，报警铃响。

7）系统设置：为保证用户在任何情况下，都能良好地运行，允许用户对系统的测量时间间隔、温湿度上下限、存盘时间间隔、登录用户名、口令等参数进行设置。

系统的下位机主控模块通过监控模块、人机交互模块和通信模块来完成实时监控与管理任务，并且所有工作又分解在报警处理、控制决策、信息显示、命令处理、参数设置和信息输出子模块来运行。下位机应用软件包括主程序、数据采集子程序、数据处理子程序、发送子程序和显示子程序等五个主要模块。

5 结束语

库房温湿度控制系统，采用数字式的温度传感器和单片机，实现了对库房内温湿度的自动测量和调节，AT89C2051单片机因其指令系统丰富、小巧、低价、灵活易扩展等独特的优点，在所设计的库房温湿度控制系统中使整个系统的性价比得以大幅度的提高。本文所介绍的系统已多次应用在粮库、档案库等行业中，系统运行良好，有广阔的推广前景。

参考文献:

[1] 王宝库. 多功能检测控制系统的设计(J). 微计算机信息，2006，22(4-1)：103-105.
[2] 何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术. 北京：航空航天大学出版社，1990.
[3] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1997.
[4] 赵亮等. 单片机C语言编程与实例. 北京：人民邮电出版社，2003.
[5] 陈卫东等. 基于Smith-Fuzzy控制器的粮库温湿度测控算法(J). 河南工业大学学报(自然科学版)，2006，27(1)：29-31.