基于智能傳感器的溫/濕度監控系統設計

　　摘要：針對溫/濕度對彈藥儲存的影響和傳統彈藥庫溫，濕度監控系統的弊端，采用SHTl5型智能傳感器設計了一套智能監控系統。對系統的結構原理和軟件設計進行了分析。
　　
　　1、引言
　　
　　彈藥從出廠到*作戰或訓練使用以前主要存放在倉庫中。在長期的儲存過程中，彈藥雖然處于宏觀靜止狀態。但其質量不斷發生變化。這是因為彈藥主要由金屬和裝藥組成．在長期儲存過程中，由于溫，濕度的影響。金屬會銹蝕．從而使金屬部件的強度降低。表面機械性能變壞，嚴重影響彈藥的使用．甚至會造成重大事故。溫，濕度還會使彈藥裝藥的物理和化學性質發生變化．從而使其失去應有的戰技要求。因此，溫，濕度是彈藥質量發生變化的主要矛盾。根據我軍的倉庫條件、我國的氣候條件和目前倉庫的管理水平．通常規定zui高溫度不超過30℃．zui大濕度不超過。70％即通常所說的“三七”線。
　　
　　傳統彈藥倉庫的監控系統采用的是干，濕球濕度計、毛發濕度計、濕敏電阻器或由普通的溫，濕度傳感器組成的監控系統，通常結構比較復雜。系統龐大。準確性差。筆者采用瑞士森斯瑞（Sensirion）公司推出的SHTl5型超小型、自校準、多功能式智能傳感器．測量相對濕度、溫度和露點等參數，適合彈藥倉庫溫，濕度智能監控系統的設計。
　　
　　2、SHTl5的性能和特點
　　
　　SHT15型傳感器是單片、多用途的智能傳感器，其中不僅包含基于濕敏電容器的微型相對濕度傳感器和基于帶隙電路的微型溫度傳感器,而且還有14位的A／D轉換器和2線串行接口。能輸出經過校準的相對濕度和溫度的串行數據,所以系統中不再使用傳統設計需要的多路轉換開關、A／D轉換器及信號調理電路，系統結構比較緊湊和簡單，SHTl5能在同一位置測量相對濕度和溫度。它的內部結構如圖1所示。　　
　　SHT15的引腳比較少．使用方便。其引腳排列如圖2所示。引腳功能如表1所示。SHT15型智能傳感器的相對濕度測量范圍是0~100％。分辨率達0．03％，zui高精度為+2％RH，溫度測量范圍是—40℃一十123．8℃．分辨率為0．1℃．電源電壓范圍是+2．5V一+5．5V．響應時間小于3s。　　
　　3、系統結構及原理
　　
　　該設計系統主要由單片機、傳感器和執行機構組成。采用的是AT89C51型低電壓和高性能的CMOS8位單片機．片內含4Kbytes可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取存儲器（RAM），采用ATmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產．兼容標準MCS一51機指令系統，片內還有通用8位中央處理器和Flash存儲單元。功能強大的AT89C51微型計算機提供了高性價比的解決方案。它的主要功能特性如下：
　　
　　兼容MCS一51指令系統；
　　
　　4K可反復擦寫f>1000次）FlashROM；
　　
　　32個雙向I／O口；
　　
　　可編程UARL通道；
　　
　　2個16位可編程定時/計數器；
　　
　　全靜態操作0—24MHz；
　　
　　1個串行中斷；
　　
　　128x8bit內部RAM；
　　
　　2個外部中斷源；
　　
　　總共6個中斷源；
　　
　　可直接驅動LED；
　　
　　3級加密位；
　　
　　低功耗空閑和掉電模式；
　　
　　軟件設置睡眠和喚醒功能。
　　
　　AT89C51和SHT15之間通過串行總線進行通信．執行機構主要由電機控制的降溫機、升溫機、降濕機、增濕機等組成。彈藥倉庫的溫/濕度監控系統如圖3所示。　　
　　AT89C51循環實時選通多個SHTl5，使其檢測溫度值和相對濕度值．然后讀出數據值并顯示此時的數據值．當相對濕度超過70％時，單片機控制降濕機開始工作．若相對濕度低于40%，則增濕機開始工作；當溫度超過30℃時，降溫機開始工作，當溫度低于一12℃時，升溫機開始工作，每循環3次，打印1次溫，濕度值報表。
　　
　　4、系統的程序設計
　　
　　系統軟件采用MCS一51匯編語言編寫．采用模塊化的程序設計方法．主要包括初始化模塊、數據采集、數據處理、顯示、報警、打印等模塊。系統的程序框圖如圖4所示。　　
　　由于SHTl5中含有存儲器，所以設置初始化程序主要是對單片機和SHTl5的存儲器中的一些數據置初值，同時對單片機的初態進行初始化。該系統是多通道的測量系統．SHTl5上電后經過10ms時間就進入休眠狀態,只有當單片機發出測量命令后，SHTl5才被“喚醒”而進行工作，所以．單片機循環對各個傳感器發出溫，濕度測量命令，實現多通道的溫，濕度測量。SHTl5的命令集如表2所列。　　
　　由于SHT15輸出的數據與被測值呈非線性關系，因而，為了獲得準確的數據，必須對讀數值進行非線性補償。對濕度進行非線性補償，8位數據通常采用下式進行補償：
　　
　　RH=（1．43N一5．127），256（0≤Ⅳ≤107）（1）
　　
　　RH=（1．11N一28．93）/256（108≤N≤255）（2）
　　
　　對于溫度傳感器，通常采用下式進行非線性補償：
　　
　　T=d+d2M（3）
　　
　　式中的N和M分別為相對濕度傳感器與溫度傳感器的輸出值，d1和d2為常數，根據電源電壓和溫度數據位數來確定。
　　
　　每次測得的數據要和規定值進行比較，如果在允許的范圍內，則程序進行下一步操作，如果不滿足要求．則應報警并將此刻的數據值顯示出來，在每次循環結束后。要經過1個小時（可以靈活選用）的延時．這主要是因為彈藥倉庫里有很多木制結構，揮發和吸收水分都有一個過程，經過一定延時再進行測量．可以避免傳感器長時間的工作和執行機構的反復啟停，節約資源,同時可以延長系統的使用壽命。每經過3次（根據需要可以適當選擇）循環測量后，單片機控制打印機將3次測量的溫／濕度數據打印出來，便于報表和存檔。
　　
　　5、結束語
　　
　　筆者設計的彈藥倉庫溫，濕度監控系統是基于SHTl5型智能傳感器完成的，SHT15是全新的基于智能傳感器設計理念的新型傳感器，實現了溫，濕度傳感器的數字式輸出，且具有免調試、免標定、無外圍電路等特點，極大地方便了在嵌入式測控領域的應用．它是今后傳感器發展的方向。系統的結構比較簡單．體積比較小，精度高，克服了傳統彈藥倉庫溫/濕度測量系統的不足。