【導(dǎo)讀】本文針對(duì)溫/濕度對(duì)彈藥儲(chǔ)存的影響和傳統(tǒng)彈藥庫(kù)溫,濕度監(jiān)控系統(tǒng)的弊端,采用智能傳感器設(shè)計(jì)了一套智能監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。
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(cāng)庫(kù)中。在長(zhǎng)期的儲(chǔ)存過(guò)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(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中,由于溫,濕度的影響。金屬會(huì)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?。溫,濕度還會(huì)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(cāng)庫(kù)條件、我國(guó)的氣候條件和目前倉(cāng)庫(kù)的管理水平.通常規(guī)定最高溫度不超過(guò)30℃.最大濕度不超過(guò)。70%.即通常所說(shuō)的“三七”線。
傳統(tǒng)彈藥倉(cāng)庫(kù)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(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù),適合彈藥倉(cāng)庫(kù)溫,濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
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(duì)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(guò)校準(zhǔn)的相對(duì)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(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及信號(hào)調(diào)理電路,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊和簡(jiǎn)單,SHTl5能在同一位置測(cè)量相對(duì)濕度和溫度。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示
圖1:SHT15內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
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(duì)濕度測(cè)量范圍是0~100%。分辨率達(dá)0.03%,最高精度為+2%RH,溫度測(cè)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。
圖2:SHT15引腳排列圖
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CMOS8位單片機(jī).片內(nèi)含4Kbytes可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM),采用ATmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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)FlashROM;
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(dòng)LED;
3級(jí)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。
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AT89C51和SHT15之間通過(guò)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(cāng)庫(kù)的溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。
圖3:彈藥倉(cāng)庫(kù)溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)
AT89C51循環(huán)實(shí)時(shí)選通多個(gè)SHTl5,使其檢測(cè)溫度值和相對(duì)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(duì)濕度超過(guò)70%時(shí),單片機(jī)控制降濕機(jī)開(kāi)始工作.若相對(duì)濕度低于40%,則增濕機(jī)開(kāi)始工作;當(dāng)溫度超過(guò)30℃時(shí),降溫機(jī)開(kāi)始工作,當(dāng)溫度低于一12℃時(shí),升溫機(jī)開(kāi)始工作,每循環(huán)3次,打印1次溫,濕度值報(bào)表。
系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用MCS一51匯編語(yǔ)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。
圖4:系統(tǒng)程序框圖
由于SHTl5中含有存儲(chǔ)器,所以設(shè)置初始化程序主要是對(duì)單片機(jī)和SHTl5的存儲(chǔ)器中的一些數(shù)據(jù)置初值,同時(shí)對(duì)單片機(jī)的初態(tài)進(jìn)行初始化。該系統(tǒng)是多通道的測(cè)量系統(tǒng).SHTl5上電后經(jīng)過(guò)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(cè)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(duì)各個(gè)傳感器發(fā)出溫,濕度測(cè)量命令,實(shí)現(xiàn)多通道的溫,濕度測(cè)量。SHTl5的命令集如表2所列。
由于SHT15輸出的數(shù)據(jù)與被測(cè)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(duì)讀數(shù)值進(jìn)行非線性補(bǔ)償。對(duì)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(duì)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(duì)濕度傳感器與溫度傳感器輸出值,d1和d2為常數(shù),由電源電壓和溫度數(shù)據(jù)位數(shù)來(lái)確定。
每次測(cè)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(lái),在每次循環(huán)結(jié)束后。要經(jīng)過(guò)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}(cāng)庫(kù)里有很多木制結(jié)構(gòu),揮發(fā)和吸收水分都有一個(gè)過(guò)程,經(jīng)過(guò)一定延時(shí)再進(jìn)行測(cè)量.可以避免傳感器長(zhǎng)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(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。每經(jīng)過(guò)3次(根據(jù)需要可以適當(dāng)選擇)循環(huán)測(cè)量后,單片機(jī)控制打印機(jī)將3次測(cè)量的溫/濕度數(shù)據(jù)打印出來(lái),便于報(bào)表和存檔。
結(jié)束語(yǔ)
筆者設(shè)計(jì)的彈藥倉(cāng)庫(kù)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(wú)外圍電路等特點(diǎn),極大地方便了在嵌入式測(cè)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(jiǎn)單.體積比較小,精度高,克服了傳統(tǒng)彈藥倉(cāng)庫(kù)溫/濕度測(cè)量系統(tǒng)的不足。