仓库温度与湿度自动控制系统设计

欧阳俊

摘要：在本文中，为设计仓库温湿度自动控制系统，以PIC18F46K22单片机为基础，借助单总线的温湿度传感器，设计控制系统方案，将最终温湿度数据显示在触摸屏上。

关键词:单片机；仓库；温湿度；自动控制系统设计

引言：仓库是储备物资的重要容器，严格把控仓库的温湿度，可以高效维护仓库环境，保护物资。目前，国家以及企业仓储都已将温湿度控制纳入仓储管理中的重点。需要注意的是，仓库储备性质不同，对最佳温湿度的要求也会存在差异。以往仓库最佳维护温湿度状态，需要依靠人工手动调节和把控，但是现代是信息以及科技高速发展的时代，此种方式已无法迎合现代发展趋势。因此需要将现代智能化、全自动化以及计算机化手段引入到仓库温湿度控制系统中，实现自动化温湿度控制系统的改建。

一、系统设计

（一）系统功能与指标

设置自动仓库温湿度控制系统的主要目的是能够准确地采集仓库内的温度湿度变化数据，然后将数据直观投放于触摸屏中显示，上下限温湿度值是可以通过触摸屏设置界面进行参数修改设置。如果显示数据超出，可通过蜂鸣器或故障指示灯进行报警提示，控制启动温湿度控制设备，将温湿度控制在合理范围内^[1]。

在本文中，所设计的自动控制系统，温湿度采集范畴为0～99℃与0～100%RH之间，测量误差维持在±0.3℃以及±2%RH。与此同时，系统需要精准的显示仓库温湿度，修改上下限可以借助触摸屏进行参数设置，如果所测温湿度数据大于设定值上下限，需要通过相关报警设备进行预警，系统根据警示，调节设备便会自动启动，恢复仓库内温湿度平衡。

（二）设计方案

此次所设计的自动控制系统，是以PIC18F46K22单片机为基础的，设计的目的是为了能够精准的采集处理温湿度，使其以数据的形式显示在屏幕上，此外，还望能够实现自动化控制环境温湿度、设定温湿度正常范围、智能声音报警等系功能。下图便是系统自控拓扑图，其组成模块如下所示：

（三）控制系统方案

1. 末端控制器，可采集该末端的温湿度数据，并能够根据统一的控制指令以及节能算法控制末端风机的启停、末端风柜电加热的启停以及末端管道阀门开度。无需人员值守，可自动调节仓库温湿度，并在保证温湿度的情况下，达到节能减排的目的。同时设置有相应的保护功能包括风压差开关、过载、高温等保护功能。

2. 每层仓库按仓库的建筑格局划分为一块相对独立的区域，每块独立区域配备一台分区控制器（触摸屏）。通过触摸屏将该区域内的所有末端控制器通过RS485通信方式连接起来，读取所有末端控制器的数据，并将整个区域空间作为统一的整体，进行节能算法的控制。

3. 分区控制器（触摸屏）可以通过对所有末端控制器的数据进行分析、故障采集，自动操作执行开关机，记录温湿度曲线，不断调整优化节能控制算法，并将采集到的相关数据信息反馈到集中控制器上。

4. 整个仓库设置一个集中控制器，集中控制器与各个区域的分区控制器通过以太网连接方式组成统一的控制网络。

5. 通过仓库集中控制器可以统一控制各个分区控制器的状态，亦可同步显示各个分区控制器的设备信息。

6. 集中控制器还同时与机房冷源控制器进行通信。通过集中控制器数据分析处理，反向控制联动冷源机房控制器联动冷水主机，精确控制冷源主机的运行负荷。

7. 冷源控制器接受集中控制器下发的参数指令，优化节能控制冷源机房中的多台制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、管道阀门等。

综上所述，仓库温度与湿度节能控制系统，能够自动的对仓库所需的整体温湿度进行节能、高效的控制，确保整个仓库不会出现局部区域温湿度过高、过低的现象。设置好相关参数后可实现无人值守，极大的提高控制的可靠性与经济性。

三、系统硬件电路设计

文中所选用的单片机和传感器为PIC18F46K22单片机以及单总线的温湿度传感器。当传感器检测到仓库内的温湿度之后，会每隔2秒收集一次温湿度值，然后采集的数据会传达给单片机，进行数据分析，最终借助触摸屏显示数据分析模块。其中，触摸屏中可设置输入上下限的温湿度设定值。

（一）传感器电路

电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并一个高性能8为单片机相连组成单总线的温湿度传感器，该种复合传感器采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，因此具有较强的稳定性、超快的响应、可靠性以及抗干扰性，不会产生太大功耗，体积小，实用性强，性价比高。此外，该传感器为3引线（单总线接口），其中传感器的串行数据SDA引脚为三态结构，用于读、写传感器数据。主要连接的是单片机的RE0引脚，连接便捷。

在传感器与微处理器之间进行通讯传输的为单总线通信。一般借助单总线数据格式进行传输，即：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和，在4毫秒的通讯时间内可以输出40bit的数据。

当主机发送开始信号，传感器便会转换自身功耗模式，由休眠模式转换为高速模式。待主机开始信号结束后，传感器便会进行信号采集并从数据总线SDA串行传输40bit数据，先发送字节高位，依次是湿度高位、湿度低位、温度高位、温度低位、校验位，用户可对全部或部分数据进行读取。需要注意的是，传感器收集温湿度数据是以主机信号为准的，主机不传送开始信号，传感器是不会工作的。当数据传输以及采集工作结束后，传感器将会降低自身功耗模式，回到最初的低速运行模式^[2]。

（二）显示电路

经过采集分析的数据会被传输到触摸屏上，该触摸屏也被称为人机界面，可方便实现人机交互。其与单片机之间的连接为：触摸屏自带的RS485口与单片机控制板上的RS485口通信；触摸屏作为分区控制器，采用主从通信方式，即触摸屏作为主站，单片机通过设置从站的站号，实现触摸屏带多个单片机。触摸屏将所有从站的单片机温湿度数据显示出来。方便用户统一集中观察与控制。

（三）温湿度调节继电器接口电路

当设定的上下限值被采集温湿度数据超出后，单片机将会通过控制信号，向加热、除湿等设备发送启动信号。控制电气需要用到继电器器件，其构成包含线圈跟触点。文中使用的控制线圈直流低电压为12V，将市电与触点输出部位连接，放置光电隔离器于微型计算机和继电器的接口处，另外还需要添加一个三极管放大电流用来驱动继电器运行，弥补光电隔离器驱动电流的不足，起到安全的隔离作用。

四、系统软件设计

仓库温湿度程序能够控制温湿度系统工作。为了使系统具有较快的反应速度，运用C语言编写软件程序。软件设计采用的是模块化思想，整个软件程序是由系统程序操作的，其包含系统主程序、输出控制以及键盘扫描模块等。其中主程序起到一个连接其他程序的作用，将其它模块连接为一个整体，从而能够全面管理系统^[3]。

在整个程序当中需要完成的工作包括初始化系统、设置显示屏初始值和定时器工作方式。在对系统进行初始化之后，接下来便需要借助温湿度读取函数对当前温湿度值进行读取。当对温湿度数据读取完毕之后，上传到触摸屏中显示，触摸屏通过对所有单片机控制器的温湿度进行采集分析，并对某一区域内的末端单片机发出控制指令，自动调节区域内的温湿度，同时也可以手动操作，通过在触摸屏中设置模拟按键，可分别控制某一台末端，或者一键全部启动或停止。如需要设置修改用户的上下限温湿度值，需要登入相应的用户等级密码，进入设置界面，设置调节的温湿度上下限值。触摸屏会自动下发到每个单片机末端控制器。并对当前所显示的温湿度值和预设的温湿度值进行比对。超出预设的上限温度值，系统则会自动启动调节温湿度设备，并提示超过温度上限报警。温湿度如处在合理范围之内，则可以继续对当前温湿度值进行有效监控。

5. 结论

该自动系统目前已实际投入在多个项目上使用，借助单片机以及传感器、触摸屏，能够严格把控温湿度阈值，实现无人值守的功能全自动的调节仓库所需的温湿度环境，并能够降低仓库的能耗，为仓库提供良好的恒温环境，保证物资的使用寿命。

参考文献：

[1]黄震宇.温湿度控制系统设计[J].粮食与食品工业,2008,(1):42-44.

[2]刘东文.嵌入式温湿度控制器的研究与设计[D].贵州大学,2008.

[3]薛玲,孙曼,张志会,夏莉丽,魏希文.基于单片机AT89S51的温湿度控制仪[J].化工自动化及仪表,2010,37(7):66-69.