单片机的档案库房温湿度监控系统设计
本次设计的主要内容是基于单片机的档案库房温湿度监控系统。该监控系统以单片机为控制核心，主要利用传感器技术和无线通信技术，来完成对档案库房中的温湿度采集、传输、显示及环境的调节。该系统由上位机和下位机组成，下位机又分为数据接收终端和数据采集终端两个部分。上位机使用VB软件来开发，主要完成对温湿度的显示与监视；下位机的的设计主要有温湿度数据采集子程序、LCD显示子程序、无线通信子程序、串口通信子程序、声光报警及执行子程序。关键词 档案库房，单片机，温湿度，传感技术，监控
目 录
1 引言 1
1.1 库房温湿度对档案材料保护的影响 1
1.2 档案库房温湿度调节的方法 2
2系统设计方案 3
2.1总体方案 3
3硬件模块 4
3.1单片机 4
3.2温度数据采集模块 6
3.3 湿度数据采集模块 7
3.4液晶显示模块 10
3.5无线传输模块 12
3.6串行通信模块 13
3.7报警电路设计 15
3.8执行机构电路设计 16
4监控系统软件设计 16
4.1系统软件设计整体方案 16
4.2 上位机软件设计 17
5 下位机软件设计 20
5.1 主程序设计 20
5.2 温度测量子程序 21
5.3 湿度测量子程序 23
5.4 液晶显示子程序 25
5.5 无线传输子程序 26
5.6 串口通信子程序 28
6 调试 29
6.1硬件电板的调试 29
6.2软硬件联调 30
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
1 引言
1.1 库房温湿度对档案材料保护的影响
保护档案材料对人类认识历史记录历史起着重要的载体作用。不适合的库房度会对档案造成致命伤害，温湿度太高的情况下，纸张的纤维过多的接触到氧气和水分，这会导致纸张发黄或者变脆，最终无法使用。温度通过热能的产生作用，从各个方面影 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
响载体材料的保存。除了常见的纸质档案，对于一些保存在胶片、磁性载体和光盘中的档案，温度也会对其造成影响。但是库房温度也不是越低越好，只有当档案纸张的含水量保持在一个合适的范围内，纤维素才能保持自身的可塑性，并且会很柔软，含有这种特性的纸张才有足够的强韧性来得到很好的保护。如果库房的温度太低，纸张里含有的水会结晶，使得结构遭到破坏，不能保持纸张内纤维素的强韧，纸张档案会遭到破坏。所以，需要将档案库房的温度控制在一个恰当的范围内。
湿度对档案产生的影响主要表现在水分对纸张性能的影响。其影响表现在两个方面，在物理方面，水分对档案的影响表现在吸湿和解吸方面，在环境湿度大的情况下，档案材料中的含水量变大，这种表现称为吸湿；当环境由高湿变为低湿时，档案材料含水量变小，这种变现称为解吸。在化学方面，由于空气中含有有害气体，尤其是酸性的有害气体对档案材料破坏力极大，此时，如果档案呈吸湿状态，则会产生巨大的变质，导致档案的损毁。因此，将档案库房内的湿度控制在一定的范围内也很重要[1]。
1.2 档案库房温湿度调节的方法
温湿度是衡量一个档案库房能否长时间高效完整得储存档案的重要指标。档案资料库中的档案资料对外界环境具有很高的要求，而满足一定的温度和湿度条件是档案库房对内部环境最基本的要求。
早期用于档案库房温度和湿度的采集、记录和调节的方法，完全基于人工实现，人们采取传统的方法，定时读取档案室内的温度和湿度，并记录到纸上，这样的方法有众多缺陷。但近年来，随着计算机网络、传感器等电子器件的发展，使得人们监控档案库房温度的方法得到大幅度的简化，传感器检测出环境中的温湿度后由系统将检查到的数值预先设置的温湿度上限和下限值进行对比，如果发现检测到的温度或者湿度值不在设置的范围内则发送报警信息来及时提醒管理人员[2]
在通讯技术方面，随着无线通讯技术的发展，短距离的无线传输方式开始渐渐替代复杂的有线传输，这大大地便利了档案库房的温湿度检测。在使用无线传感器来实现数据传输功能的智能控制系统中，用单片机设计数据终端，能够成功实现对档案库房温湿度的实时监控记录以及异常情况的处理，从而成功实现对档案库房温湿度的监控[3]。
2系统设计方案
2.1总体方案
本系统的主体设计思路为：首先用温湿度传感器采集档案库房的温度与湿度，与此同时将温湿度显示在液晶显示屏上，接着用单片机对采集到的数据进行分析，如果当前档案库房的温湿度超过设定的上下限值，则操控执行机构进行相应的动作。所有检测到的数据也会通过无线传输系统发送到数据接收终端，并由接收终端通过串行通信的模式将数据传送到上位机的监控系统中，对采集到的温湿度进行数据存储[4]。
本系统的下位机硬件电路设计包括：温度采集模块电路设计、湿度采集模块电路设计、电源模块电路设计、无线数据传输模块电路设计、串口通讯模块电路设计、LCD液晶显示模块电路设计、声光报警电路电路设计和执行机构的控制电路设计。
软件方面，使用Keil Vision4软件，以C语言为主对各个子模块做出相应的软件设计。软件对应硬件的各个模块分为以下几个部分：
设计温湿度采集子程序，当前档案库房中的温度和湿度进行实时的检测，并将相应的温度和湿度传感器所检测得的数据发送给单片机。如果采集到的量是模拟量，则需编写相应的模/数转换程序，使得单片机接收到更为准确的数字[5]。
设计出相应的显示子程序，能将采集到的当前温度和湿度值通过显示设备显示出来。
编写无线收发子程序，将采集终端采集到的数据发送到接收终端，接收终端进行准确无误的接收。
在接收终端设计出下位机（单片机）与上位机（PC）之间的串口通信子程序，使得接收终端能将测量值发送给上位机，并且上位机能发送相关命令给接收终端。
实现温湿度的实施显示与监控，能将当前采集终端采集到的温湿度数值与设定值比较，并在温湿度发生异常时有声光报警的功能。也能够人为地调整设定值，并在温湿度异常的情况下启动执行机构进行调温调湿。
设计出带有监控功能的上位机，要求上位机能够接收到下位机发送过来的温湿度值，并在界面上显示。上位机还需要能够设定温湿度的正常范围，并且在温湿度值异常时发出提示。
整体框图如图21所示，这个系统由2个STC单片机构成，其中一个单片机用作数据采集终端，另一个用做数据接收终端，整个系统由温度数据检测模块，湿度数据检测模块，无线数据传输模块，液晶显示模块，声光报警模块，上位机模块等组成。
目 录
1 引言 1
1.1 库房温湿度对档案材料保护的影响 1
1.2 档案库房温湿度调节的方法 2
2系统设计方案 3
2.1总体方案 3
3硬件模块 4
3.1单片机 4
3.2温度数据采集模块 6
3.3 湿度数据采集模块 7
3.4液晶显示模块 10
3.5无线传输模块 12
3.6串行通信模块 13
3.7报警电路设计 15
3.8执行机构电路设计 16
4监控系统软件设计 16
4.1系统软件设计整体方案 16
4.2 上位机软件设计 17
5 下位机软件设计 20
5.1 主程序设计 20
5.2 温度测量子程序 21
5.3 湿度测量子程序 23
5.4 液晶显示子程序 25
5.5 无线传输子程序 26
5.6 串口通信子程序 28
6 调试 29
6.1硬件电板的调试 29
6.2软硬件联调 30
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
1 引言
1.1 库房温湿度对档案材料保护的影响
保护档案材料对人类认识历史记录历史起着重要的载体作用。不适合的库房度会对档案造成致命伤害，温湿度太高的情况下，纸张的纤维过多的接触到氧气和水分，这会导致纸张发黄或者变脆，最终无法使用。温度通过热能的产生作用，从各个方面影 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
响载体材料的保存。除了常见的纸质档案，对于一些保存在胶片、磁性载体和光盘中的档案，温度也会对其造成影响。但是库房温度也不是越低越好，只有当档案纸张的含水量保持在一个合适的范围内，纤维素才能保持自身的可塑性，并且会很柔软，含有这种特性的纸张才有足够的强韧性来得到很好的保护。如果库房的温度太低，纸张里含有的水会结晶，使得结构遭到破坏，不能保持纸张内纤维素的强韧，纸张档案会遭到破坏。所以，需要将档案库房的温度控制在一个恰当的范围内。
湿度对档案产生的影响主要表现在水分对纸张性能的影响。其影响表现在两个方面，在物理方面，水分对档案的影响表现在吸湿和解吸方面，在环境湿度大的情况下，档案材料中的含水量变大，这种表现称为吸湿；当环境由高湿变为低湿时，档案材料含水量变小，这种变现称为解吸。在化学方面，由于空气中含有有害气体，尤其是酸性的有害气体对档案材料破坏力极大，此时，如果档案呈吸湿状态，则会产生巨大的变质，导致档案的损毁。因此，将档案库房内的湿度控制在一定的范围内也很重要[1]。
1.2 档案库房温湿度调节的方法
温湿度是衡量一个档案库房能否长时间高效完整得储存档案的重要指标。档案资料库中的档案资料对外界环境具有很高的要求，而满足一定的温度和湿度条件是档案库房对内部环境最基本的要求。
早期用于档案库房温度和湿度的采集、记录和调节的方法，完全基于人工实现，人们采取传统的方法，定时读取档案室内的温度和湿度，并记录到纸上，这样的方法有众多缺陷。但近年来，随着计算机网络、传感器等电子器件的发展，使得人们监控档案库房温度的方法得到大幅度的简化，传感器检测出环境中的温湿度后由系统将检查到的数值预先设置的温湿度上限和下限值进行对比，如果发现检测到的温度或者湿度值不在设置的范围内则发送报警信息来及时提醒管理人员[2]
在通讯技术方面，随着无线通讯技术的发展，短距离的无线传输方式开始渐渐替代复杂的有线传输，这大大地便利了档案库房的温湿度检测。在使用无线传感器来实现数据传输功能的智能控制系统中，用单片机设计数据终端，能够成功实现对档案库房温湿度的实时监控记录以及异常情况的处理，从而成功实现对档案库房温湿度的监控[3]。
2系统设计方案
2.1总体方案
本系统的主体设计思路为：首先用温湿度传感器采集档案库房的温度与湿度，与此同时将温湿度显示在液晶显示屏上，接着用单片机对采集到的数据进行分析，如果当前档案库房的温湿度超过设定的上下限值，则操控执行机构进行相应的动作。所有检测到的数据也会通过无线传输系统发送到数据接收终端，并由接收终端通过串行通信的模式将数据传送到上位机的监控系统中，对采集到的温湿度进行数据存储[4]。
本系统的下位机硬件电路设计包括：温度采集模块电路设计、湿度采集模块电路设计、电源模块电路设计、无线数据传输模块电路设计、串口通讯模块电路设计、LCD液晶显示模块电路设计、声光报警电路电路设计和执行机构的控制电路设计。
软件方面，使用Keil Vision4软件，以C语言为主对各个子模块做出相应的软件设计。软件对应硬件的各个模块分为以下几个部分：
设计温湿度采集子程序，当前档案库房中的温度和湿度进行实时的检测，并将相应的温度和湿度传感器所检测得的数据发送给单片机。如果采集到的量是模拟量，则需编写相应的模/数转换程序，使得单片机接收到更为准确的数字[5]。
设计出相应的显示子程序，能将采集到的当前温度和湿度值通过显示设备显示出来。
编写无线收发子程序，将采集终端采集到的数据发送到接收终端，接收终端进行准确无误的接收。
在接收终端设计出下位机（单片机）与上位机（PC）之间的串口通信子程序，使得接收终端能将测量值发送给上位机，并且上位机能发送相关命令给接收终端。
实现温湿度的实施显示与监控，能将当前采集终端采集到的温湿度数值与设定值比较，并在温湿度发生异常时有声光报警的功能。也能够人为地调整设定值，并在温湿度异常的情况下启动执行机构进行调温调湿。
设计出带有监控功能的上位机，要求上位机能够接收到下位机发送过来的温湿度值，并在界面上显示。上位机还需要能够设定温湿度的正常范围，并且在温湿度值异常时发出提示。
整体框图如图21所示，这个系统由2个STC单片机构成，其中一个单片机用作数据采集终端，另一个用做数据接收终端，整个系统由温度数据检测模块，湿度数据检测模块，无线数据传输模块，液晶显示模块，声光报警模块，上位机模块等组成。
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