對現有多種傳統溫濕度監控系統進行了研究，發現其多采用RS485傳輸方式，具有控制范圍小和布線繁瑣等局限性。為構建大規模跨地域的溫濕度監控系統，采用將以太網技術與傳統溫濕度監控系統相結合的方法及軟硬件協同設計的思想，研制出了一種模塊化可裁減、基于以太網的分布式智能溫濕度監控系統。實踐證明，該系統控制范圍大且利用現有發達的網絡，不必重新布線，可有效實現遠程溫濕度監控。文中對系統的整體結構和各部分的工作原理進行了詳細的說明。

　　1 引言

　　現在有很多大型企業單位擁有多個庫房分散在不同的地點，不利于統一管理；如何利用已得到廣泛應用的以太網改造傳統的基于RS485總線的溫濕度監控系統，以組建大范圍遠程分布式［1］溫濕度監控系統成為一個迫切需要解決的課題。在此，本文提出了一種便于安裝、不必重新布線、基于現有以太網的遠程分布式溫濕度智能監控系統，文中詳細介紹了系統的整體組成結構和工作原理。該系統采用了模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于多種不同場合的多庫點分布式遠程溫濕度智能監控系統。

　　2 硬件系統的設計與實現

　　2.1 系統整體組成

　　每個溫濕度監控儀由單片機、溫度傳感器、濕度傳感器、DS1302、LED數碼管顯示模塊、地址撥碼模塊、外部存儲器、蜂鳴器、空調機、除濕機、加濕機等組成。128個具有獨立地址的溫濕度監控儀通過RS485總線并聯在一起，再通過一個RS485轉TCP/IP協議轉換器可直接與微機之間進行網絡通訊從而組成一個單元溫濕度監控系統（單元溫濕度監控系統結構圖見圖1）。

　　可根據實際情況由若干單元溫濕度監控系統通過集線器組成一個完整的遠程分布式溫濕度智能監控系統（系統整體結構圖見圖2）。

　　2.2 具體溫濕度監控儀的組成與實現

　　由AT89C52外加時鐘模塊、測溫度模塊、測濕度模塊、LED顯示模塊、外部存儲模塊、地址模塊、空調機、加濕機、除濕機驅動模塊等組成一個具體的溫濕度監控儀。

　　2.2.1 MCU模塊

　　每個溫濕度監控儀采用了美國ATMEL公司的8位單片機AT89C52；片內含8K Bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器和256 Bytes 的隨機存取數據存儲器。

　　2.2.2 時鐘模塊

　　DS1302增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力，以便在主電源掉電的情況下由蓄電池工作能繼續保存時間信息以及數據。DS1302與CPU的連接僅需要三條線，即SCLK、I/O、RST；在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時數據被寫入DS1302，數據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據［2］。

　　2.2.3 測溫度模塊

　　DS18B20［3］是DALLAS公司的最新單線數字溫度傳感器，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理；在本系統中DS18B20的分辨率設定為12位；故實際溫度=溫度整數部分+溫度小數部分*0.0625。

　　2.2.4 測濕度模塊

　　HS1101在電路中等效于一個電容器，其電容隨所測空氣的相對濕度增大而增大；具有極好的線性輸出，在相對濕度為（0-100）%RH的范圍內，其誤差不大于±2%RH；年漂移量0.5%RH/年，響應時間小于5S［4］。

　　將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集［5］。

　　2.2.5 LED顯示模塊

　　由一片SN74LS145N芯片驅動10個LED數碼關組成顯示模塊來同步顯示溫度值、濕度值與當前時間。

　　2.2.6 外部存儲模塊

　　外部存儲模塊采用ATMEL公司的容量為64K字節的24C512芯片，利用I2C總線進行讀寫操作，可存儲6520條歷史數據紀錄。

　　2.2.7 地址模塊

　　由8位撥碼管組成地址撥碼模塊，利用8421編碼的方法來確定每個溫濕度儀的地址。

　　2.3 單元溫濕度監控系統通訊模塊

　　RS485轉TCP/IP協議轉換器主要負責串口數據幀和以太網數據幀之間的相互轉換和發送。處理器接收到以太網數據包后，先按某種排隊規則對數據包排隊，數據按一定順序放在緩沖區中，當到達一定限度時，內部的數據處理芯片開始處理數據幀，然后以串口數據幀的形式發送出去。反之，當有串口數據到達時，轉換器把串口數據幀轉化為以太網數據幀，其處理過程是類似的，兩個處理過程互為逆過程［6］。

　　3 溫濕度監控儀工作原理

　　上電初始化，根據板子的撥碼開關的狀態讀取并保存溫濕度儀地址；讀取存在外存中的上次已設置好的溫濕度上下限的歷史值和保存的采樣間隔歷史值。然后，進入主循環中，根據采樣間隔時間，將溫度、濕度、等數據存入外存，點亮LED數碼管顯示當前時間、溫度、濕度，并根據已設置好的溫濕度上下限值來確定是否驅動蜂鳴器報警且控制空調機、加濕機、除濕機工作進行溫濕度控制調節［7］（溫濕度上下限控制示意圖見圖3）。系統有良好的交互性能，利用中斷可在線隨時設置時間校正值、溫濕度上下限值、采樣間隔時間值、溫濕度校正值并將這些數據存到外存中；可在線提取當前溫濕度數據和溫濕度儀狀態等數據；可由相應指令提取根據采樣間隔已存在外存中的歷史溫濕度數據。

　　微機發送的指令格式為：FF+從機地址+指令碼+數據，而溫濕度控制儀在中斷程序中可根據廣播的從機地址是否與自己的地址匹配來接收指令，并根據指令做相應的動作設置時間校正值、溫濕度上下限值、采樣間隔時間值、溫濕度校正值并將這些數據存到外存中以防斷電遺失。

　　4 PC機軟件設計

　　本溫濕度監控系統軟件部分包括以下五大部分功能模塊：

　　一、系統設置：

　　（1）設置溫濕度上下限、日期、采樣間隔、接口轉換器參數等；

　　（2）用戶密碼修改、系統用戶信息管理；

　　（3）庫房單位管理、溫濕度儀管理。

　　二、提取數據：

　　（1）系統用戶隨時提取溫度、濕度的歷史數據并存入系統數據庫；

　　（2）系統用戶隨時提取溫度、濕度的當前數據和溫濕度當前工作狀態。

　　二、數據采集與分析：

　　（1）對溫度、濕度數據的采集；

　　（2）對當前數據的分析。

　　四、數據查詢與分析：按年、按月、按日對已有數據查詢，并對查詢結果進行分析，以表格或者曲線的方式顯示。

　　五、數據備份與恢復：完成對數據庫中的歷史數據進行備份及恢復操作。

　　5 結束語

　　本系統靈活性、交互性較強，可在線根據需要隨時設置溫濕度上下限值、采樣間隔、校正值等參數；系統設計開發過程中充分運用了軟硬件協同設計的思想，各部分盡量采用模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于多種不同場合的多庫房分布式遠程溫濕度智能監控系統。系統已投入實際運行，穩定可靠、實時性強且充分利用現有網絡，利于傳統的基于RS485溫濕度監控系統快速改造為大范圍分布式遠程溫濕度智能監控系統，取得了較好的社會經濟效益。