基于智能傳感器的彈藥庫溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
彈藥從出廠到部隊(duì)作戰(zhàn)或訓(xùn)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?fàn)顟B(tài)。但其質(zhì)量不斷發(fā)生變化。這是因?yàn)閺椝幹饕山饘俸脱b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(qiáng)度降低。表面機(jī)械性能變壞，嚴(yán)重影響彈藥的使用．甚至?xí)斐芍卮笫鹿省?，濕度還會使彈藥裝藥的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化．從而使其失去應(yīng)有的戰(zhàn)技要求。因此，溫，濕度是彈藥質(zhì)量發(fā)生變化的主要矛盾。根據(jù)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(guī)定最高溫度不超過30℃．最大濕度不超過。70％．即通常所說的“三七”線。

傳統(tǒng)彈藥倉庫的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是干，濕球濕度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)、濕敏電阻器或由普通的溫，濕度傳感器組成的監(jiān)控系統(tǒng)，通常結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜．系統(tǒng)龐大．準(zhǔn)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(zhǔn)、多功能式智能傳感器．測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，適合彈藥倉庫溫，濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 SHTl5的性能和特點(diǎn)
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(zhuǎn)換器和2線串行接口。能輸出經(jīng)過校準(zhǔn)的相對濕度和溫度的串行數(shù)據(jù),所以系統(tǒng)中不再使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換器及信號調(diào)理電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(dá)0．03％，最高精度為+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(yīng)時(shí)間小于3s。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
該設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由單片機(jī)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。采用的是AT89C51型低電壓和高性能的CMOS 8位單片機(jī)．片內(nèi)含4K bytes可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128 bytes的隨機(jī)存取存儲器(RAM)，采用ATmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)．兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS一51機(jī)指令系統(tǒng)，片內(nèi)還有通用8位中央處理器和Flash存儲單元。功能強(qiáng)大的AT89C51微型計(jì)算機(jī)提供了高性價(jià)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(tǒng)；
4K可反復(fù)擦寫f>1000次)Flash ROM；
32個(gè)雙向I／O口；
可編程UARL通道；
2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；
全靜態(tài)操作0―24MHz；
1個(gè)串行中斷；
128x8bit內(nèi)部RAM；
2個(gè)外部中斷源；
總共6個(gè)中斷源；
可直接驅(qū)動LED；
3級加密位；
低功耗空閑和掉電模式；
軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。

AT89C51和SHT15之間通過串行總線進(jìn)行通信．執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)控制的降溫機(jī)、升溫機(jī)、降濕機(jī)、增濕機(jī)等組成。彈藥倉庫的溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

AT89C51循環(huán)實(shí)時(shí)選通多個(gè)SHTl5，使其檢測溫度值和相對濕度值．然后讀出數(shù)據(jù)值并顯示此時(shí)的數(shù)據(jù)值．當(dāng)相對濕度超過70％時(shí)，單片機(jī)控制降濕機(jī)開始工作．若相對濕度低于40%，則增濕機(jī)開始工作；當(dāng)溫度超過30℃時(shí)，降溫機(jī)開始工作，當(dāng)溫度低于一12℃時(shí)，升溫機(jī)開始工作，每循環(huán)3次，打印1次溫，濕度值報(bào)表。

4 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用MCS一51匯編語言編寫．采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法．主要包括初始化模塊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警、打印等模塊。系統(tǒng)的程序框圖如圖4所示。由于SHTl5中含有存儲器，所以設(shè)置初始化程序主要是對單片機(jī)和SHTl5的存儲器中的一些數(shù)據(jù)置初值，同時(shí)對單片機(jī)的初態(tài)進(jìn)行初始化。該系統(tǒng)是多通道的測量系統(tǒng)．SHTl5上電后經(jīng)過10ms時(shí)間就進(jìn)入休眠狀態(tài),只有當(dāng)單片機(jī)發(fā)出測量命令后，SHTl5才被“喚醒”而進(jìn)行工作，所以．單片機(jī)循環(huán)對各個(gè)傳感器發(fā)出溫，濕度測量命令，實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)與被測值呈非線性關(guān)系，因而，為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，必須對讀數(shù)值進(jìn)行非線性補(bǔ)償。對濕度進(jìn)行非線性補(bǔ)償，8位數(shù)據(jù)通常采用下式進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行非線性補(bǔ)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(shù)，根據(jù)電源電壓和溫度數(shù)據(jù)位數(shù)來確定。

每次測得的數(shù)據(jù)要和規(guī)定值進(jìn)行比較，如果在允許的范圍內(nèi)，則程序進(jìn)行下一步操作，如果不滿足要求．則應(yīng)報(bào)警并將此刻的數(shù)據(jù)值顯示出來，在每次循環(huán)結(jié)束后。要經(jīng)過1個(gè)小時(shí)(可以靈活選用)的延時(shí)．這主要是因?yàn)閺椝巶}庫里有很多木制結(jié)構(gòu)，揮發(fā)和吸收水分都有一個(gè)過程，經(jīng)過一定延時(shí)再進(jìn)行測量．可以避免傳感器長時(shí)間的工作和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反復(fù)啟停，節(jié)約資源,同時(shí)可以延長系統(tǒng)的使用壽命。每經(jīng)過3次(根據(jù)需要可以適當(dāng)選擇)循環(huán)測量后，單片機(jī)控制打印機(jī)將3次測量的溫／濕度數(shù)據(jù)打印出來，便于報(bào)表和存檔。

5 結(jié)束語
筆者設(shè)計(jì)的彈藥倉庫溫，濕度監(jiān)控系統(tǒng)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(shè)計(jì)理念的新型傳感器，實(shí)現(xiàn)了溫，濕度傳感器的數(shù)字式輸出，且具有免調(diào)試、免標(biāo)定、無外圍電路等特點(diǎn)，極大地方便了在嵌入式測控領(lǐng)域的應(yīng)用．它是今后傳感器發(fā)展的方向。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單．體積比較小，精度高，克服了傳統(tǒng)彈藥倉庫溫/濕度測量系統(tǒng)的不足。