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溫、濕度控制廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中，對于農產(chǎn)品種子來(lái)說(shuō)，對環(huán)境溫度與濕度有著(zhù)比較嚴格的要求。人們通常使用溫度計、濕度計來(lái)測量倉庫的溫度和濕度，通過(guò)人工加熱、加濕、通風(fēng)和降溫等方法來(lái)控制倉庫的溫、濕度，這種方法不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強度大。同時(shí)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(fā)芽率，從而帶來(lái)極大的經(jīng)濟及財產(chǎn)損失。因此，保持適宜的倉庫溫度、濕度對保證農產(chǎn)品種子存儲質(zhì)量十分重要。 目前市場(chǎng)上的各種溫度控制設備大多只能根據簡(jiǎn)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(shù)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(shí)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(pán)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(shí)現遠程數據交換， 用以實(shí)現向用戶(hù)發(fā)送信息， 用戶(hù)對設備進(jìn)行操作處理等功能。系統結構如圖1 所示。 
圖1 系統結構圖 本系統可以通過(guò)鍵盤(pán)設定模塊或者上位機下裝模塊進(jìn)行系統給定值的設置來(lái)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(shí)際情況發(fā)出控制信號驅動(dòng)控制模塊進(jìn)行相應操作， 同時(shí)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(guò)設定的范圍上下限時(shí)， 控制器將會(huì )啟動(dòng)或者停止相應設備來(lái)調整環(huán)境濕度和溫度， 同時(shí)將各種調整信息在LCD 上顯示并發(fā)出報警信號�？刂菩畔⑼瑫r(shí)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AT 89S51 主控芯片， 溫、濕度檢測模塊， 輸出控制模塊， 鍵盤(pán)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(guò)光電隔離器傳送信號到繼電器控制各執行電機動(dòng)作來(lái)調節倉庫的溫、濕度。單片機的P2. 0~ P2. 4 接口分別作為驅動(dòng)空調加熱制冷、循環(huán)風(fēng)機、排濕窗風(fēng)門(mén)的I/ O 接口。 在I/ O 接口輸出電平為0 時(shí)， K1 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)， 相應執行電機不工作； 在I/ O接口輸出電平為1 時(shí)， 光電隔離器輸出信號使K1 開(kāi)關(guān)閉合， 相應執行電機工作。鍵盤(pán)和通信模塊采用查詢(xún)方式實(shí)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(shí)調節。如果出現異常情況， 設備將立即通過(guò)RS 485 將事件傳送給遠程主機， 發(fā)出報警信號。 2. 2 溫度檢測模塊 此系統的溫度檢測模塊根據倉庫面積的大小可增加多處檢測點(diǎn)， 而數字溫度傳感器DS18B20就具有支持多點(diǎn)組網(wǎng)的功能， 可將多個(gè)DS18B20 并連在惟一的三線(xiàn)上， 實(shí)現多點(diǎn)溫度檢測， 其測溫范圍為- 55~+ 125 ， 固有測溫分辨率為0. 5 ， 工作電源為DC 3~ 5 V， 測量結果以9~ 12 位數字量的方式串行傳送。其檢測電路如圖2 所示。
圖2 溫度檢測模塊電路 2. 3 濕度檢測模塊濕度測量模塊為了節省控制器I/ O 接口并方便以后的芯片功能擴展， 采用SHT 11 溫、濕度傳感器。 此傳感器是高度集成， 將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/ D 轉換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上， 提供二線(xiàn)數字串行接口SCK 和DAT A， 接口簡(jiǎn)單， 支持CRC 傳輸校驗， 傳輸可靠性高， 測量精確度高， 由于同時(shí)集成溫、濕度傳感器， 可以提供溫度補償的濕度測量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計算功能。SHT 11 可通過(guò)DA TA數據總線(xiàn)直接輸出數字量濕度值。該濕度值稱(chēng)為 相對濕度！， 需要進(jìn)行線(xiàn)性補償和溫度補償后才能得到較為準確的濕度值。由于相對濕度數字輸出特性呈一定的非線(xiàn)性， 因此為了補償濕度傳感器的非線(xiàn)性， 可按下式修正濕度值：
式中： RH linear為經(jīng)過(guò)線(xiàn)性補償后的濕度值； SORH 為相對濕度測量值； C1 ， C2 ， C3 為線(xiàn)性補償系數， 取值如表1所列。 表1 濕度線(xiàn)性補償系數
式中： RH true為經(jīng)過(guò)線(xiàn)性補償和溫度補償后的濕度值； T為測試濕度值時(shí)的溫度（ 單位： ℃ ） ; t1 和t2 為溫度補償系數， 取值如表2 所示。 表2 濕度值溫度補償系數
具體濕度檢測模塊電路如圖3 所示。
圖3 濕度檢測模塊電路 2. 4 輸出驅動(dòng)控制模塊及報警模塊輸出驅動(dòng)控制模塊通過(guò)控制芯片產(chǎn)生電信號， 控制相應的設備運轉或者停止， 實(shí)現倉庫溫度和濕度的自動(dòng)調節。當檢測到的溫度和濕度值大于或小于設定值時(shí)，報警模塊同時(shí)會(huì )發(fā)生報警信號通知用戶(hù)注意當前狀況，必要時(shí)需采取相應人工措施。 3 系統軟件設計 由于溫、濕度變化規律性不強， 被檢測對象的溫、濕度具有非線(xiàn)性、熱慣性、時(shí)變性等特點(diǎn)， 較難建立精確的數學(xué)模型。而模糊控制算法不需要建立精確的數學(xué)模型， 可依據人工實(shí)際操作經(jīng)驗， 將其抽象為一系列的控制算法后通過(guò)計算機完成控制過(guò)程， 具有控制動(dòng)態(tài)響應好、超調小、穩定性強等特點(diǎn)。 控制器可以自動(dòng)檢測晝夜、季節、室內環(huán)境溫、濕度值的變化， 利用模糊算法實(shí)現自動(dòng)控制過(guò)程。倉庫存儲土豆種子的溫度控制在- 1~ + 3℃ 之間， 相對濕度保持在45%~ 70% 較為適宜。 溫、濕度控制程序中， 溫、濕度各有2 個(gè)輸入數據和1 個(gè)輸出數據。e 為溫、濕度偏差；△e 為溫、濕度變化率； u 為輸出控制變量， 其值分別為：
其中： PL 表示負大； PM 表示負中； PS 表示負��； NS 表示正��； NM 表示正中； NL 表示正大。然后根據專(zhuān)家知識和操作人員的經(jīng)驗， 建立模糊控制表。其模糊關(guān)系可以用多個(gè)條件語(yǔ)句表示， 例如： IF e= NL and △e=NL then u= SM; 根據模糊推理進(jìn)行運算， 即可推出控制結果。 在主程序中， 主要負責倉庫中溫、濕度的實(shí)時(shí)顯示，讀取并處理傳感器測量的溫、濕度值， 當實(shí)際值與事先設定的溫、濕度上下限值不同時(shí)， 發(fā)出控制信號， 驅動(dòng)輸出控制單元啟動(dòng)或停止執行控制電機， 同時(shí)發(fā)出報警信號， 通知用戶(hù)當前發(fā)生的狀況并作相應控制日志記錄。 主程序流程圖和溫、濕度采集處理流程圖分別如圖4，圖5所示。
圖4 主程序流程圖
圖5 溫、濕度采集處理框圖 4 結語(yǔ)采用模糊控制算法非常適合大型倉庫中多點(diǎn)溫度和濕度的檢測與控制， 具有可靠性高、成本低廉、能耗低、反應靈敏、以及可擴展性好等特點(diǎn)。該設備具備一定的通用性， 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改進(jìn)， 就能服務(wù)于國防工業(yè)、農業(yè)等生產(chǎn)上的各個(gè)方面。 來(lái)源：電子工程網(wǎng) |
