一種溫濕度與火盜警自動監(jiān)控系統(tǒng)控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

   傅　恪　彭楚武　袁小坊　李正中　資　剛　劉亞鍵　張紹朋

    溫、濕度值是檔案保存中需要隨時進行控制的兩個參數(shù)。合適的庫房溫度與濕度對延長檔案的保存時間、提案的保存質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。但目前全國絕大多數(shù)檔案館還是采用手動開/關(guān)空調(diào)機、風(fēng)機、加/去濕機等設(shè)備的辦法來控制庫房溫濕度，很難達到控制效果，同時也無法進行溫濕度數(shù)據(jù)的自動記錄與管理。由湖南大學(xué)電氣工程系與長沙華鵬傳感技術(shù)研究所聯(lián)合研制成功的溫濕度自動監(jiān)控系統(tǒng)除了能取代人工完成以上功能外，且能對庫房的火盜警進行監(jiān)視及報警。該系統(tǒng)已投入實際中運用。本文主要介紹系統(tǒng)中溫濕度控制器(下位機)部分的原理與設(shè)計。
1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)是一個二級計算機測控系統(tǒng)。N臺下位機承擔(dān)各個庫房的溫濕度實時檢測與控制以及火盜警監(jiān)視報警任務(wù)。上位機位于中央控制室，負責(zé)對N臺下位機的工作進行管理，完成實時數(shù)據(jù)收集、顯示統(tǒng)計、打印報表以及對下位機的工作狀態(tài)及溫濕度給定值的設(shè)置等工作。位于保安人員值班室的值班機平時作為電子表運行。當(dāng)火/盜警發(fā)生時，值班機能以聲、光報警形式指示報警的庫房號和性質(zhì)。且當(dāng)上位機關(guān)機時，值班機能自動上升為主機代替上位機接管通訊系統(tǒng)向控制器發(fā)出火盜警查詢控制字。
　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2　控制器硬件構(gòu)成及功能
　　“溫濕度控制器”以8031單片機為，配以本機地址設(shè)定電路、采樣電路、數(shù)碼管及LED顯示電路、通信接口電路、聲音報警電路、硬件看門狗電路、晶閘管輸出電路、按鈕輸入電路、電源電路及數(shù)據(jù)和程序存儲器組成。
　　其中，晶閘管輸出電路如圖2所示。當(dāng)需要啟動加濕機、去濕機、空調(diào)機或風(fēng)機時，8031從P1.4～P1.7口分別送出低電平，經(jīng)光電耦合后通過晶閘管驅(qū)動各設(shè)備。

圖2　晶閘管輸出電路
    聲音報警電路如圖3所示。聲音報警電路通過一塊聲音報警芯片9561產(chǎn)生報警信號，經(jīng)三極管放大接喇叭產(chǎn)生聲音報警。此報警芯片可產(chǎn)生兩種不同的報警聲：當(dāng)控制器檢測到庫房有盜警時，Talert信號為低電平，報警芯片電源接通發(fā)出警車報警聲；當(dāng)控制器檢測到庫房火警時，Talert、Falert信號皆為低電平。Talert信號接通報警芯片電源，F(xiàn)alert信號接通芯片報警聲音選擇端(Sel)，此時報警芯片發(fā)出消防車報警聲。

圖3　聲音報警電路
      控制器作為本系統(tǒng)的下位機，主要完成以下幾部分功能：
　　．在自動運行方式下，控制器根據(jù)溫濕度采樣值與溫濕度設(shè)定值來控制風(fēng)機、空調(diào)、加濕機、去濕機設(shè)備的啟停。溫度控制為±1°C，濕度控制為±2%RH；
　　．當(dāng)有火盜警報警時，控制器用數(shù)碼管閃動與聲音報警兩種方式進行報警；
　?。憫?yīng)按鈕輸入，相應(yīng)地修改控制器溫濕度設(shè)定值、啟停風(fēng)機或重新熱啟動控制器；
　?。?dāng)因外部干擾導(dǎo)致控制器的程序“飛掉”發(fā)生混亂時，看門狗電路自動復(fù)位重新熱啟動控制器，響應(yīng)時間≤1.6s；
　?。c上位機實時通信，接受上位機送來的各類控制字和溫濕度給定值，并按要求回送庫房溫濕度值、設(shè)備運行狀態(tài)及火盜警情況等。
　　當(dāng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，本控制器亦可脫離上位機單獨運行完成對所在庫房的溫濕度自動控制及火盜警報警功能。
3　控制器軟件設(shè)計
　　控制器軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由主程序、通信中斷服務(wù)程序、100ms定時器中斷服務(wù)程序、顯示子程序、設(shè)定鍵處理子程序、采樣子程序、數(shù)字濾波子程序構(gòu)成。
　　主程序完成的功能主要有：冷/熱啟動系統(tǒng)初始化、火盜警查詢及報警、溫濕度采樣及顯示、設(shè)備的啟?？刂频取Ｖ鞒绦蛄鞒虉D如圖4所示。

    通信中斷服務(wù)程序又由接收中斷服務(wù)子程序、接收處理子程序和發(fā)送子程序三部分構(gòu)成。接收中斷服務(wù)子程序用來將收到的通訊幀對應(yīng)地存入接收緩沖區(qū)INBUF中。接收處理子程序首先對輸入緩沖區(qū)INBUF的內(nèi)容進行累加和校驗。校驗正確，則針對接收到的控制字作出相應(yīng)處理：或?qū)⒁l(fā)送的信息送入發(fā)送緩沖區(qū)OUTBUF中，或?qū)⒔邮盏降男畔⒋嫒胂鄳?yīng)的存儲區(qū)供主程序使用；校驗有誤，則向主機回送“ERR”信息幀。發(fā)送子程序的功能是完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送處理，用來：(1)將溫濕度值或火盜警報警信號發(fā)送給上位機或值班機；(2)將通訊狀態(tài)用“ACK”或“ERR”信號回送給主機表示通訊成功與否。
　　庫房當(dāng)前溫濕度采樣值顯示由顯示子程序負責(zé)完成。
　　控制器共使用了六個軟件定時器，它們分別是：(1)0.5s基準(zhǔn)定時器，以100ms為基準(zhǔn)，初值為5，用于火/盜警報警或按下設(shè)定鍵時數(shù)碼管以1s為頻率閃動；(2)0.5s通信定時器，以100ms為基準(zhǔn)，初值為5，用于監(jiān)視通信時是否超時；(3)5s采樣定時器，以0.5s為基準(zhǔn)，初值為10，用于每5s采樣溫濕度值送顯示緩沖區(qū)顯示；(4)30s設(shè)定鍵延時定時器，以0.5s為基準(zhǔn)，初值為60。當(dāng)控制器按鈕中的設(shè)定鍵按下后，此時控制器進入溫/濕度設(shè)定值修改狀態(tài)，顯示溫度值的數(shù)碼顯示管的十位以1Hz的頻率開始閃動。如果30s內(nèi)還沒有其他鍵按下，則退出設(shè)定狀態(tài)返回到溫濕度顯示狀態(tài)；(5)3min定時器①，以5s為基準(zhǔn)，初值為36，用于空調(diào)機啟動時延時3min；(6)3min定時器(2)，以5秒為基準(zhǔn)，初值為36，用于加濕機/去濕機啟動時延時3min。
　　本系統(tǒng)已在長沙市檔案館安裝使用，實際證明本系統(tǒng)具有操作簡單、控制高、可靠性高、可擴充性好等優(yōu)點。本系統(tǒng)還預(yù)留有采樣端口，接上不同的傳感器本系統(tǒng)可進一步推廣到食品、煙草等行業(yè)中使用。
作者單位：傅　恪　彭楚武　袁小坊　李正中　資　剛　劉亞鍵　　長沙湖南大學(xué)電氣工程系