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傅 恪 彭楚武 袁小坊 李正中 资 刚 刘亚键 张绍朋
温、湿度值是档案保存中需要随时进行控制的两个参数。合适的库房温度与湿度对延长档案的保存时间、提高档案的保存质量有着至关重要的作用。但目前全国绝大多数档案馆还是采用手动开/关空调机、风机、加/去湿机等设备的办法来控制库房温湿度，很难达到最佳控制效果，同时也无法进行温湿度数据的自动记录与管理。由湖南大学电气工程系与长沙华鹏传感技术研究所联合研制成功的温湿度自动监控系统除了能取代人工完成以上功能外，且能对库房的火盗警进行监视及报警。该系统已投入实际中运用。本文主要介绍系统中温湿度控制器(下位机)部分的原理与设计。
1 系统结构
本系统是一个二级计算机测控系统。N台下位机承担各个库房的温湿度实时检测与控制以及火盗警监视报警任务。上位机位于中央控制室，负责对N台下位机的工作进行管理，完成实时数据收集、显示统计、打印报表以及对下位机的工作状态及温湿度给定值的设置等工作。位于保安人员值班室的值班机平时作为电子表运行。当火/盗警发生时，值班机能以声、光报警形式指示报警的库房号和性质。且当上位机关机时，值班机能自动上升为主机代替上位机接管通讯系统向控制器发出火盗警查询控制字。
系统整体结构框图如图1所示。
2 控制器硬件构成及功能
“温湿度控制器”以8031单片机为核心，配以本机地址设定电路、采样电路、数码管及LED显示电路、通信接口电路、声音报警电路、硬件看门狗电路、晶闸管输出电路、按钮输入电路、电源电路及数据和程序存储器组成。
其中，晶闸管输出电路如图2所示。当需要启动加湿机、去湿机、空调机或风机时，8031从P1.4～P1.7口分别送出低电平，经光电耦合后通过晶闸管驱动各设备。
图2 晶闸管输出电路
声音报警电路如图3所示。声音报警电路通过一块声音报警芯片9561产生报警信号，经三极管放大接喇叭产生声音报警。此报警芯片可产生两种不同的报警声：当控制器检测到库房有盗警时，Talert信号为低电平，报警芯片电源接通发出警车报警声；当控制器检测到库房火警时，Talert、Falert信号皆为低电平。Talert信号接通报警芯片电源，Falert信号接通芯片报警声音选择端(Sel)，此时报警芯片发出消防车报警声。
图3 声音报警电路
控制器作为本系统的下位机，主要完成以下几部分功能：
．在自动运行方式下，控制器根据温湿度采样值与温湿度设定值来控制风机、空调、加湿机、去湿机设备的启停。温度控制精度为±1°C，湿度控制精度为±2%RH；
．当有火盗警报警时，控制器用数码管闪动与声音报警两种方式进行报警；
．响应按钮输入，相应地修改控制器温湿度设定值、启停风机或重新热启动控制器；
．当因外部干扰导致控制器的程序“飞掉”发生混乱时，看门狗电路自动复位重新热启动控制器，响应时间≤1.6s；
．与上位机实时通信，接受上位机送来的各类控制字和温湿度给定值，并按要求回送库房温湿度值、设备运行状态及火盗警情况等。
当通信系统出现故障时，本控制器亦可脱离上位机单独运行完成对所在库房的温湿度自动控制及火盗警报警功能。
3 控制器软件设计
控制器软件设计采用模块化结构，主要由主程序、通信中断服务程序、100ms定时器中断服务程序、显示子程序、设定键处理子程序、采样子程序、数字滤波子程序构成。
主程序完成的功能主要有：冷/热启动系统初始化、火盗警查询及报警、温湿度采样及显示、设备的启停控制等。主程序流程图如图4所示。
通信中断服务程序又由接收中断服务子程序、接收处理子程序和发送子程序三部分构成。接收中断服务子程序用来将收到的通讯帧对应地存入接收缓冲区INBUF中。接收处理子程序首先对输入缓冲区INBUF的内容进行累加和校验。校验正确，则针对接收到的控制字作出相应处理：或将要发送的信息送入发送缓冲区OUTBUF中，或将接收到的信息存入相应的存储区供主程序使用；校验有误，则向主机回送“ERR”信息帧。发送子程序的功能是完成一帧数据的发送处理，用来：(1)将温湿度值或火盗警报警信号发送给上位机或值班机；(2)将通讯状态用“ACK”或“ERR”信号回送给主机表示通讯成功与否。
库房当前温湿度采样值显示由显示子程序负责完成。
控制器共使用了六个软件定时器，它们分别是：(1)0.5s基准定时器，以100ms为基准，初值为5，用于火/盗警报警或按下设定键时数码管以1s为频率闪动；(2)0.5s通信定时器，以100ms为基准，初值为5，用于监视通信时是否超时；(3)5s采样定时器，以0.5s为基准，初值为10，用于每5s采样温湿度值送显示缓冲区显示；(4)30s设定键延时定时器，以0.5s为基准，初值为60。当控制器按钮中的设定键按下后，此时控制器进入温/湿度设定值修改状态，显示温度值的数码显示管的十位以1Hz的频率开始闪动。如果30s内还没有其他键按下，则退出设定状态返回到温湿度显示状态；(5)3min定时器①，以5s为基准，初值为36，用于空调机启动时延时3min；(6)3min定时器(2)，以5秒为基准，初值为36，用于加湿机/去湿机启动时延时3min。
本系统已在长沙市档案馆安装使用，实际证明本系统具有操作简单、控制精度高、可靠性高、可扩充性好等优点。本系统还预留有采样端口，接上不同的传感器本系统可进一步推广到食品、烟草等行业中使用。
作者单位：傅 恪 彭楚武 袁小坊 李正中 资 刚 刘亚键 长沙湖南大学电气工程系
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傅 恪 彭楚武 袁小坊 李正中 资 刚 刘亚键 张绍朋
温、湿度值是档案保存中需要随时进行控制的两个参数。合适的库房温度与湿度对延长档案的保存时间、提高档案的保存质量有着至关重要的作用。但目前全国绝大多数档案馆还是采用手动开/关空调机、风机、加/去湿机等设备的办法来控制库房温湿度，很难达到最佳控制效果，同时也无法进行温湿度数据的自动记录与管理。由湖南大学电气工程系与长沙华鹏传感技术研究所联合研制成功的温湿度自动监控系统除了能取代人工完成以上功能外，且能对库房的火盗警进行监视及报警。该系统已投入实际中运用。本文主要介绍系统中温湿度控制器(下位机)部分的原理与设计。
1 系统结构
本系统是一个二级计算机测控系统。N台下位机承担各个库房的温湿度实时检测与控制以及火盗警监视报警任务。上位机位于中央控制室，负责对N台下位机的工作进行管理，完成实时数据收集、显示统计、打印报表以及对下位机的工作状态及温湿度给定值的设置等工作。位于保安人员值班室的值班机平时作为电子表运行。当火/盗警发生时，值班机能以声、光报警形式指示报警的库房号和性质。且当上位机关机时，值班机能自动上升为主机代替上位机接管通讯系统向控制器发出火盗警查询控制字。
系统整体结构框图如图1所示。
2 控制器硬件构成及功能
“温湿度控制器”以8031单片机为核心，配以本机地址设定电路、采样电路、数码管及LED显示电路、通信接口电路、声音报警电路、硬件看门狗电路、晶闸管输出电路、按钮输入电路、电源电路及数据和程序存储器组成。
其中，晶闸管输出电路如图2所示。当需要启动加湿机、去湿机、空调机或风机时，8031从P1.4～P1.7口分别送出低电平，经光电耦合后通过晶闸管驱动各设备。
图2 晶闸管输出电路
声音报警电路如图3所示。声音报警电路通过一块声音报警芯片9561产生报警信号，经三极管放大接喇叭产生声音报警。此报警芯片可产生两种不同的报警声：当控制器检测到库房有盗警时，Talert信号为低电平，报警芯片电源接通发出警车报警声；当控制器检测到库房火警时，Talert、Falert信号皆为低电平。Talert信号接通报警芯片电源，Falert信号接通芯片报警声音选择端(Sel)，此时报警芯片发出消防车报警声。
图3 声音报警电路
控制器作为本系统的下位机，主要完成以下几部分功能：
．在自动运行方式下，控制器根据温湿度采样值与温湿度设定值来控制风机、空调、加湿机、去湿机设备的启停。温度控制精度为±1°C，湿度控制精度为±2%RH；
．当有火盗警报警时，控制器用数码管闪动与声音报警两种方式进行报警；
．响应按钮输入，相应地修改控制器温湿度设定值、启停风机或重新热启动控制器；
．当因外部干扰导致控制器的程序“飞掉”发生混乱时，看门狗电路自动复位重新热启动控制器，响应时间≤1.6s；
．与上位机实时通信，接受上位机送来的各类控制字和温湿度给定值，并按要求回送库房温湿度值、设备运行状态及火盗警情况等。
当通信系统出现故障时，本控制器亦可脱离上位机单独运行完成对所在库房的温湿度自动控制及火盗警报警功能。
3 控制器软件设计
控制器软件设计采用模块化结构，主要由主程序、通信中断服务程序、100ms定时器中断服务程序、显示子程序、设定键处理子程序、采样子程序、数字滤波子程序构成。
主程序完成的功能主要有：冷/热启动系统初始化、火盗警查询及报警、温湿度采样及显示、设备的启停控制等。主程序流程图如图4所示。
通信中断服务程序又由接收中断服务子程序、接收处理子程序和发送子程序三部分构成。接收中断服务子程序用来将收到的通讯帧对应地存入接收缓冲区INBUF中。接收处理子程序首先对输入缓冲区INBUF的内容进行累加和校验。校验正确，则针对接收到的控制字作出相应处理：或将要发送的信息送入发送缓冲区OUTBUF中，或将接收到的信息存入相应的存储区供主程序使用；校验有误，则向主机回送“ERR”信息帧。发送子程序的功能是完成一帧数据的发送处理，用来：(1)将温湿度值或火盗警报警信号发送给上位机或值班机；(2)将通讯状态用“ACK”或“ERR”信号回送给主机表示通讯成功与否。
库房当前温湿度采样值显示由显示子程序负责完成。
控制器共使用了六个软件定时器，它们分别是：(1)0.5s基准定时器，以100ms为基准，初值为5，用于火/盗警报警或按下设定键时数码管以1s为频率闪动；(2)0.5s通信定时器，以100ms为基准，初值为5，用于监视通信时是否超时；(3)5s采样定时器，以0.5s为基准，初值为10，用于每5s采样温湿度值送显示缓冲区显示；(4)30s设定键延时定时器，以0.5s为基准，初值为60。当控制器按钮中的设定键按下后，此时控制器进入温/湿度设定值修改状态，显示温度值的数码显示管的十位以1Hz的频率开始闪动。如果30s内还没有其他键按下，则退出设定状态返回到温湿度显示状态；(5)3min定时器①，以5s为基准，初值为36，用于空调机启动时延时3min；(6)3min定时器(2)，以5秒为基准，初值为36，用于加湿机/去湿机启动时延时3min。
本系统已在长沙市档案馆安装使用，实际证明本系统具有操作简单、控制精度高、可靠性高、可扩充性好等优点。本系统还预留有采样端口，接上不同的传感器本系统可进一步推广到食品、烟草等行业中使用。
作者单位：傅 恪 彭楚武 袁小坊 李正中 资 刚 刘亚键 长沙湖南大学电气工程系