徐德明 楊清志
(毫州職業(yè)技術學院電子與電氣工程系 安徽毫州 236800)
基于AT89S52中藥材倉庫溫濕度自動監(jiān)控與調節(jié)系統的設計
徐德明楊清志
(毫州職業(yè)技術學院電子與電氣工程系安徽毫州236800)
中藥材的存儲對環(huán)境的溫濕度要求非常高,需24小時不間斷的監(jiān)測與自動調節(jié)。目前市場上常見的家用溫濕度計只能進行溫濕度測量,不能實現自動調節(jié),而成套的監(jiān)控系統不夠靈活,且價格昂貴。針對這種現狀,設計了一套低功耗、低成本的基于AT89S52單片機的中藥材倉庫溫濕度自動監(jiān)控與調節(jié)系統。測試結果表明,系統工作穩(wěn)定可靠,使用方便,能夠實現對中藥材倉庫溫濕度連續(xù)的自動監(jiān)控與調節(jié),具有研究與應用價值。
溫濕度;監(jiān)控與調節(jié);SHT21;AT89S52
藥品質量關系到人體健康與生命安全,環(huán)境溫濕度過高或過低都會影響藥效,甚至變質。按國家食品藥品監(jiān)督管理總局于2015年6月25日頒布實施的《藥品經營質量管理規(guī)范》(2015第13號令)規(guī)定,儲存藥品的庫房必須配備能有效監(jiān)測和調控溫濕度的設備[1]。由于中藥材一般不采用密封包裝,更容易受溫濕度影響,不同性狀的中藥材對溫濕度要求也不一樣,因此對中藥材倉庫的溫濕度監(jiān)測與調節(jié)要求更高,需要不間斷監(jiān)測與自動調節(jié)。雖然市場上有成套的溫濕度監(jiān)控與調節(jié)系統,但由于價格昂貴,使用不靈活,一般還是用人工調節(jié)溫濕度,可靠性不高。
基于以上現狀,我們設計了一種基于AT89S52單片機和SHT21溫濕度傳感器的中藥材溫濕度自動監(jiān)控與調節(jié)系統,能夠實現對環(huán)境溫濕度進行24小時連續(xù)監(jiān)測與自動調節(jié)。與同類產品相比,本系統設計成本較低使用靈活,且易于進行功能擴展[2]。
本系統設計方案如圖1,由溫濕度傳感器SHT21、參數設定鍵盤、單片機AT89S52、LCD1602顯示器、報警與驅動電路及電源模塊等組成[3]。具體工作過程是:溫濕度傳感器SHT21首先進行溫濕度測量,將測量數據送入單片機AT89S52,單片機通過顯示器把測量結果顯示出來,同時與通過鍵盤設定的溫濕度允許值進行比較,一旦測量結果超限,立即啟動聲光報警,并接通驅動電路實現溫濕度自動調節(jié)。
圖1 系統結構圖
需要指出的是,一般的存儲倉庫只要求低溫干燥而不需要加熱和加濕,但由于中藥材的特殊性,溫濕度過高或過低都會破壞其活性從而降低藥效。按《藥品經營質量管理規(guī)范》第八十五條規(guī)定,藥品存儲應按包裝標示的溫度,相對濕度為35%~75%[1]。因此本設計中的自動調節(jié),包括制冷、除濕和加熱、加濕,而且為了增加可靠性,用四個電路分開控制。
(一)溫濕度傳感器。系統設計主要目的是溫濕度自動監(jiān)控與調節(jié),對倉庫中溫濕度檢測精度要求不高,但必須保證工作的可靠性與穩(wěn)定性。經查閱并研究相關技術資料,本設計的溫濕度傳感器選用SHT21溫濕度傳感器。通過查閱其技術資料(見參考文獻[4])可知,該傳感器是低功耗數字傳感器,測量范圍-40℃~125℃,0~100%RH,精度±0.5℃,±2% RH,典型特點就是具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性,非常適合本設計使用。
(二)電源模塊電路設計。系統設計中的溫濕度傳感器SHT21和輸入鍵盤、報警與驅動電路工作電壓為3.3V,而單片機AT89S52和顯示器LCD1602工作電壓為5V。由于本設計采用的都是低功耗器件,為了使用方便,采用兩節(jié)3V的紐扣電池供電,通過AMS1117模塊把電源輸入的6V電壓轉化為3.3V,再對SHT21和報警與驅動電路等供電,其電源電路如圖2所示[5]。通過LM1086IS-5.0模塊,把輸入電壓轉化為5V電壓對單片機和顯示器等供電,電源電路如圖3所示。
圖2 3.3V電壓電路設計
圖3 5V電壓電路設計
(三)鍵盤電路設計??紤]到不同中藥材對溫濕度要求不同,系統設計需要一個輸入鍵盤,用于設定驅動與報警電路的溫濕度上下限。鍵盤設計見圖4,S1用于溫濕度切換,S2/S3用于上下翻,S4用于確認。
圖4 鍵盤電路設計
(四)單片機及其外圍器件。由于系統設計選用的溫濕度傳感器是數字傳感器,單片機無需作復雜處理和運算,因此選用價格低廉而工作可靠的AT89S52單片機,該單片機技術成熟抗干擾強,能滿足系統設計需要[6]。與單片機相連的LCD1602液晶顯示器等外圍電路如圖5所示。
圖5 AT89S52單片機及LCD1602等外圍電路
(五)報警與驅動電路設計。電路設計如圖6,溫濕度在設定范圍之內時Q1截止,報警與驅動電路不工作。當溫濕度超限時單片機AT89S52會根據程序設定向給三極管Q1的基極一個低電平使其導通,從而接通光電耦合器件MOC3041,驅動電路開始工作(系統的加熱、制冷、加濕、除濕四個控制電路的驅動設計相同,此處不再重復)。
另外,為了防止誤判以加強工作的可靠性,設計中加了一個與發(fā)光二極管串聯的蜂鳴器,一旦溫濕度超限啟動調節(jié)設備時,蜂鳴器也同時啟動報警,以提醒值班人員注意。
圖6 聲光報警與驅動電路設計
本系統設計的主程序如圖7,工作流程是:系統上電工作后首先讀取存儲程序和鍵盤輸入的參數設置(為了使用方便,系統默認溫度范圍2℃~20℃;濕度范圍35%RH~75% RH),然后通過溫濕度傳感器獲取溫濕度數據,并與設定值進行比較,如果測量數據在設定范圍之內,則返回繼續(xù)監(jiān)控,而顯示器、報警與驅動電路等處于休眠狀態(tài),以實現低功耗。如果監(jiān)測到數據超限,則立即喚醒電路顯示結果,啟動聲光報警和驅動電路,進行相應的溫濕度自動調節(jié)。
圖7 溫濕度自動監(jiān)控與調節(jié)流程圖
系統試驗內容是溫濕度測量精確度和報警與驅動的可靠性,試驗數據如表1所示(按系統默認設置:溫度范圍2℃~20℃;濕度范圍35%RH~75%RH)。結果表明,系統誤報/誤動為零,工作可靠。測量誤差隨溫濕度增大而有所增大,但不超過±0.3℃,±2.2%RH,精度符合要求。
表1 溫濕度監(jiān)控與調節(jié)測試數據
系統設計采用單片機、傳感器等器件實現溫濕度自動監(jiān)測與調節(jié),價格低廉容易實現。由于單片機具有存儲功能,能儲存近期監(jiān)測數據,因此還便于調取數據進行環(huán)境質量檢測。另外,系統設計功耗低體積小使用靈活,也適用于其他需要進行溫濕度監(jiān)測和自動調節(jié)的場合。
[1]國家食品藥品監(jiān)督管理總局.藥品經營質量管理規(guī)范[R].2015-06-25.
[2]齊鐵,李欣,王志國,等.基于LabVIEW的智能溫濕度自動控制系統的研究[J].綏化學院學報,2014(3):158-160.
[3]孫姍姍,李欣.基于STC89C51單片機的智能報警系統的設計與實現[J].綏化學院學報,2014(5):155.
[4]SHT21溫濕度傳感器[EB/OL].http://www.sensirion.com. cn/products/humidity-temperature/humidity-sensor-sht21/.
[5]楊清志,張喜紅.基于STC89C52輸液監(jiān)測報警系統的設計與實現[J].廊坊師范學院學報(自然科學版),2015(6):54.
[6]張祥.基于單片機的藥品倉庫溫濕度短信報警系統設計與實現[D].大連:大連海事大學,2013.
[責任編輯鄭麗娟]
TP277
A
2095-0438(2016)09-0158-03
2016-04-24
徐德明(1971-),男,安徽廬江人,亳州職業(yè)技術學院電子與電氣工程系講師,碩士,研究方向:電工電子教學與研究。
安徽省教育廳重點教研項目(2015jyxm535);安徽省高等教育振興計劃項目(2013cgtg040)