大空间温湿度监测系统应用研究现状

查 东

(华东交通大学机电工程学院,南昌 330013)

随着人们生活质量的不断提高，性能可靠、智能化程度高的温湿度监测系统具有更高的社会、经济价值和更强的实用性[1]。在某些具有一定危险的作业空间或家居生活、仓库管理、大棚农作物培养及开矿等过程中，都要对环境的温湿度状况进行定量监测，而国内外传统的温度计及湿度计等人工测量存在耗费人力、效率低下及测量全面性欠缺等问题。笔者对大空间环境的温湿度监测系统的应用研究现状进行了综述，并给出紧随当下科技水平的温湿度监测系统的发展方向。

1 工业大空间中温湿度监测系统的应用

1.1 矿井空间

根据规定，矿井的开采工作环境温度不可高于26℃，机械装备所处的环境温度不可高于30℃；当矿井开采工作的环境温度高于30℃或机械装备所处环境温度高于34℃时，必须停止矿井生产工作。这可以有效避免矿井出现高温热害进而引发矿工的身体健康问题，能避免生产效率大幅降低，也能有效减少开采装备出现故障的几率。因此有必要及时对矿井下的温湿度进行监测，并通过调整主通风机的工作流量对矿井相应的环境进行改善。耿涛等将STC89C52单片机和DHT11传感器结合的温湿度监测系统，引入到矿井温湿度监测中，该系统结合了嵌入式技术和单片机的虚拟仿真，能够高效地对温湿度系统进行软硬件的结合设计[2]，系统的软件工作流程如图1所示。

图1 系统软件工作流程

1.2 纺织工厂

传统的纺织工业中，厂房内的温湿度对纺织品的质量以及相关的机器性能都有很大的影响，这将直接影响生产进度和经济效益。高玉萍针对纺织工艺对工厂空间温湿度的严格控制要求，设计了以PLC为控制核心的纺织厂温湿度监测系统[3]，如图2所示。该监测系统运行稳定，人机界面操作方便，抗干扰性强，各项测试性能指标皆能满足工厂需求。

图2 基于PLC的纺织厂温湿度监测系统

2 农业大空间中温湿度监测系统的应用

2.1 粮食仓库

我国居住人口众多，每天都要消耗大量的粮食，因而粮食的保鲜储备工作非常重要。生鲜农产品保鲜期较短且易腐烂，温湿度是直接影响其保鲜度和品质的重要因素。吴卓葵和张文峰提出了一种基于WiFi的生鲜农产品仓储温湿度监测系统[4]，能够及时准确地监测仓库内的温湿度变化状况，掌握粮库中粮食的质量，进而进行相应的温湿度控制，延长粮食的存储时间，使粮食不腐败变质从而保证粮食的质量。曹昌勇和贾伟建利用AT89C52单片机及DHT11传感器等设计了一种粮库温湿度监测系统[5]，如图3所示。

图3 粮库温湿度监测系统

该温湿度监测系统主要包括DHT11数据采集模块、LED显示、键盘输入、复位模块、时钟模块和报警模块。由DHT11单总线温湿度传感器实时监测温湿度数据，经过AT89C52调整处理后，送至LED模块进行显示，显示过程如果出现溢出情况，报警模块就发出声光报警信息。经现场测试，该监测系统在现场的应用效果能够达到预期，且响应速度快、实时性好。

2.2 农业大棚

为了满足人们对各季作物的需求，同时保证农作物的生长环境，温湿度是农业大棚中一个重要的控制因素。沈建明研究了一种基于ZigBee的农业温室大棚的温湿度监测系统[6]，如图4所示。ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4协议的无线通信技术，具有短距离信号传输及功耗低等特点，适用于温室大棚中的温湿度监测系统。温室大棚中布置的传感器节点数较多，因此选用SOC解决方案来进行传感器节点设计。

图4 基于ZigBee的农业温室大棚

首先由ZigBee网络节点上的传感器模块测出温室大棚中各数据采集点的温湿度数据，然后通过ZigBee协议将测得的实时数据无线传输至CC2530单片机上，进而传到专用路由器或协调器。CC2591芯片用来扩大数据无线传输距离。工作人员能够在远处实现监控，实时了解大棚温湿度状况是否利于农作物的生长，工作高效、准确、成本低。

孟祥莲和孙平利用智能化控制的理念，将手机操作系统Android4.3.1加入到室内农业大棚的温湿度监控系统中[7]，如图5所示。

图5 基于Android的大棚温湿度监控系统

该系统使用客户机/服务器模式，通过Android系统开发客户机模块，使用SQLite数据库存储数据，结合Socket实现网络通信。该系统包括底层模块(内含温湿度测量和控制模块)、远程监测和Android手机客户端3大模块。底层模块选用STM32作为CPU，ZigBee的收发模块选择CC2430，作为农作物大棚内的温湿度和土壤湿度的数据采集。利用ZigBee协议，用无线收发模块将数据传送至特定的服务器，利用无线网将服务器模块与Android手机建立网络通信，Android手机就可以实现与服务器的数据直接交互、对数据的管理及网络通信等。

2.3 食品饮料存储

食品及饮料等货物存储仓库中，需要谨防货物受潮、发生霉变及腐坏等，因此各类货物所处的环境温湿度需要进行不同的设置。韩兆福提出了一种基于CAN总线的货物仓库温湿度监测系统[8]，如图6所示。该系统采用不同的分机对不同的分类仓库进行统一管理。实际运行表明，该系统的监测能力和报警性能良好，但是通过CAN总线建立的系统较为复杂、组成部分较为庞大。

图6 基于CAN总线的货物仓库温湿度监测系统

3 家居空间中温湿度监测系统的应用

经济水平的不断提升，使得人们对生活舒适度的要求不断提高，因此智能家居备受关注。居住空间的温湿度状况直接影响智能家居体验的舒适性。李德路和侯文宝针对室内温湿度监测，将DHT11温湿度传感器和STC89C52单片机结合设计了室内温湿度监测系统[9]，如图7所示。

将DHT11传感器连接到STC89C52单片机上，每隔一个预设时间间隔，STC89C52单片机就向DHT11发出起始信号，整理、校验监测到的温湿度数据之后，将数据实时显示到液晶屏上，比较

图7 智能家居温湿度监测系统

实时温湿度数值和预设的上下限值。根据比较得出的结果，控制继电器让空气调节设备运行达到预定的要求，LED灯显示作为状态指示灯。该系统控制效果精准，成本较低，是智能家居中对温湿度控制的良好选择。

4 结束语

通过对矿井空间、纺织工厂、粮食仓库和农业大棚及家居空间等大空间温湿度监测系统应用研究现状的分析，对比出各系统的应用特点。大空间温湿度监测系统功能集成化、远程无线传输、智能化是其发展趋势，结合时下流行的Android系统和WiFi技术的温湿度监测系统必将被广泛推广应用。

[1] 赵科,李常贤，张彤.基于STM32的无线温湿度控制器[J].化工自动化及仪表,2015,42(6):629～633.

[2] 耿涛,刘军良,刘冬明.一种矿用数字式温度湿度监测系统的设计[J].煤矿机电,2013,(5):42～44.

[3] 高玉萍.基于西门子PLC的纺织厂温湿度监控系统设计[J].中国高新技术企业,2009,(20):44～45.

[4] 吴卓葵，张文峰.基于WiFi的生鲜农产品仓储温湿度监测系统设计[J].测控技术,2015,34(5):27～30.

[5] 曹昌勇,贾伟建.基于AT89C52和DHT11数字式粮库温湿度监控系统设计[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2014,30(1):31～34.

[6] 沈建明.基于ZigBee的温室大棚的温湿度检测系统[D].西安:西安工业大学,2013.

[7] 孟祥莲,孙平.基于Android平台的农业大棚温湿度监控系统设计[J].数字技术与应用,2014,(6):169,171.

[8] 韩兆福.基于CAN总线的仓库温度湿度自动测试系统[J].计量与测试技术,2001,(3):14～15.

[9] 李德路,侯文宝.基于DHT11室内温/湿度监控系统设计[J].智能建筑与城市信息,2013,(11):62～64.