摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)溫、濕度監(jiān)測(cè)方法的不足，提出并設(shè)計(jì)了以溫、濕度傳感器作為測(cè)量手段，運(yùn)用單片機(jī)與PC機(jī)對(duì)測(cè)量結(jié)果加以顯示及記錄的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用以實(shí)現(xiàn)在低成本、低消耗、較高精度情況下對(duì)軍械庫(kù)房溫濕度情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而達(dá)成對(duì)庫(kù)存槍械、彈藥有效保管及質(zhì)量保證之目的。

關(guān)鍵詞：槍彈存放；溫濕度；實(shí)時(shí)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一、問題的提出

（一）課題研究的意義及背景

對(duì)于存放槍械彈藥的軍械庫(kù)房而言，時(shí)刻保持對(duì)庫(kù)房溫、濕度的監(jiān)控，確保其處于適宜的范圍，避免因受不符合標(biāo)準(zhǔn)的溫、濕度環(huán)境影響使得庫(kù)存的槍械、彈藥壽命消減乃至變質(zhì)失效一直以來都是軍械庫(kù)房管理工作的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)方法之所以難以取得令人滿意的效果，主要是測(cè)量結(jié)果精度相對(duì)較低、耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，同時(shí)測(cè)量所得數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)地向上反饋，容易導(dǎo)致調(diào)控不及時(shí)，從而造成不必要的損失。因此可以說，傳統(tǒng)的測(cè)量方法，已經(jīng)難以滿足隨著時(shí)代發(fā)展而日益增長(zhǎng)的部隊(duì)軍械庫(kù)房溫、濕度環(huán)境管理需求。

槍械、彈藥一般自生產(chǎn)出廠后到部隊(duì)訓(xùn)練或作戰(zhàn)使用前，均主要存放于軍械庫(kù)房之中。因此，如何在長(zhǎng)期的存儲(chǔ)過程中確保所存儲(chǔ)槍械、彈藥的質(zhì)量，確保其在使用時(shí)能充分發(fā)揮應(yīng)有效能，一直是軍械庫(kù)房管理工作的重要內(nèi)容。通過對(duì)槍械、彈藥質(zhì)量下降原因的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量下降的速度除受到其內(nèi)在因素的影響外，外在因素——軍械庫(kù)房的儲(chǔ)存條件的優(yōu)劣也起著至關(guān)重要的作用。而在諸多影響槍械、彈藥存儲(chǔ)狀況，最終導(dǎo)致其質(zhì)量發(fā)生變化的外界因素之中，軍械庫(kù)房?jī)?nèi)的溫、濕度情況毫無疑問是起決定性作用的關(guān)鍵所在。

對(duì)于主體包括鋼鐵、鋁及其合金材質(zhì)的槍械與主體是包含鋼鐵、銅、鋁及其合金在內(nèi)的各式金屬的彈藥元件而言，因溫、濕度不適所造成的最主要影響是使得金屬銹蝕，從而嚴(yán)重?fù)p害到槍械與彈藥的安全性及其可靠性；而對(duì)于槍械構(gòu)成中的木質(zhì)組件和彈藥中包括火藥、布、紙質(zhì)等在內(nèi)的彈藥部件，在不適宜溫、濕度環(huán)境的影響下造成受潮、霉?fàn)€變質(zhì)等情況，也會(huì)使得槍械及彈藥的安全性以及可靠性遭受到嚴(yán)重?fù)p害。

要優(yōu)化軍械庫(kù)溫、濕度的監(jiān)測(cè)，前提就是要了解和掌握軍械庫(kù)房的適宜溫度及相對(duì)濕度的情況。結(jié)合溫、濕度導(dǎo)致槍械與彈藥質(zhì)量下降的原因并查閱相關(guān)資料，再經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果證明：為保證長(zhǎng)期庫(kù)存的槍械、彈藥能保持良好的技術(shù)狀態(tài)，軍械庫(kù)房應(yīng)保持的適宜溫度為5～20℃，適宜相對(duì)濕度為55%～65%RH。

（二）溫、濕度監(jiān)測(cè)的發(fā)展及趨勢(shì)

對(duì)于溫、濕度測(cè)量的需求，很早就已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生產(chǎn)生活活動(dòng)中。而且，伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的飛速發(fā)展，溫、濕度測(cè)量的方法、手段亦在不斷革新。到了近現(xiàn)代，各式各樣的溫、濕度監(jiān)測(cè)儀器先后得以問世。

早在16世紀(jì)時(shí)，意大利著名科學(xué)家伽利略就利用物體熱脹冷縮的原理，研發(fā)了溫度測(cè)量?jī)x表。到了18—20世紀(jì)，又先后有如華氏溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)以及銷電阻溫度計(jì)等一批測(cè)溫儀器相繼誕生于世。緊隨其后，包含光學(xué)溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)以及晶體管溫度計(jì)，光纖溫度計(jì)在內(nèi)的多種測(cè)溫儀器也先后面世。至21世紀(jì)后，在飛速發(fā)展的電子技術(shù)的推動(dòng)下，各類溫度傳感器逐漸走上了溫度測(cè)量的主舞臺(tái)。

根據(jù)溫度傳感器測(cè)量之時(shí)是否需要保證同被測(cè)物體或介質(zhì)進(jìn)行接觸而劃分為接觸式與非接觸式兩大類：其中相對(duì)較為常見的接觸式測(cè)溫法要求在實(shí)行測(cè)量之時(shí)，傳感器應(yīng)當(dāng)同被測(cè)對(duì)象保證充分接觸，例如：熱色測(cè)溫、膨脹式測(cè)溫以及電量式測(cè)溫等均是所屬于接觸式測(cè)溫方法的其中一員；相應(yīng)的，如：聲波法測(cè)溫、激光干涉式測(cè)溫、光譜法測(cè)溫、輻射式測(cè)溫等則歸屬于非接觸式測(cè)溫法。

（三）傳感器的發(fā)展及趨勢(shì)

傳感器是用以獲取信息的工具，同時(shí)傳感與控制技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)更是被并稱為是信息技術(shù)三大支柱。自工業(yè)革命以來，機(jī)器勞動(dòng)逐漸取代人力勞動(dòng)，為實(shí)時(shí)地測(cè)量并控制機(jī)器，可以將各類被測(cè)信息檢測(cè)并將之轉(zhuǎn)化為便于傳輸、處理、記錄、顯示和控制的各類信號(hào)的傳感器隨之孕育而生。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7665—2005，在《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》一書之中將傳感器定義成：是能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

傳感器組成情況如圖1所示。

傳感器技術(shù)是一門經(jīng)多學(xué)科交叉融合而產(chǎn)生的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，是一門囊括了傳感器設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、檢測(cè)、應(yīng)用等多項(xiàng)活動(dòng)在內(nèi)的綜合性技術(shù)，其具有內(nèi)容的離散性、知識(shí)的密集性、技術(shù)的復(fù)雜性、品種的多樣性以及用途的廣泛性等特點(diǎn)。

對(duì)于大規(guī)模集成電路技術(shù)已然得到飛速發(fā)展同時(shí)高速計(jì)算機(jī)也得以廣泛普及的當(dāng)今時(shí)代，傳感器同樣也擁有了更高的地位與更大的作用。

二、溫濕度監(jiān)測(cè)方法的研究

（一）溫度監(jiān)測(cè)方法及對(duì)比

1.水銀溫度計(jì)

水銀溫度計(jì)是膨脹式溫度計(jì)的一種，常用的水銀溫度計(jì)，一般是由一個(gè)盛裝有水銀在內(nèi)的玻璃泡、溫標(biāo)、刻度和毛細(xì)管所共同組成。受到水銀的物理特性（凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)）影響，其測(cè)量溫度范圍為-39～357℃。它具有使用方便，測(cè)量結(jié)果直觀易懂，且不受外部遠(yuǎn)傳溫度計(jì)誤差影響的優(yōu)點(diǎn)。

使用水銀溫度計(jì)，要注意在事前必須先要認(rèn)清其量程，而后確認(rèn)其最小分度值。據(jù)此結(jié)合被測(cè)量物體預(yù)計(jì)溫度情況，來為之選擇適宜的溫度計(jì)。使用水銀溫度計(jì)測(cè)量溫度，是利用了其具有熱慣性的原理，當(dāng)溫度計(jì)狀態(tài)穩(wěn)定后，以目光直視溫度凸液面最低處切線的方式數(shù)據(jù)。

此外對(duì)于最主要的是依靠如水銀、酒精等作為感應(yīng)液體來進(jìn)行溫度測(cè)量的普通溫度表，其測(cè)量所得的數(shù)據(jù)結(jié)果普遍依靠人工記錄并上報(bào)，難以實(shí)時(shí)地向上傳輸，導(dǎo)致上級(jí)不能得以實(shí)時(shí)回應(yīng)，因而不易做到及時(shí)調(diào)節(jié)、時(shí)刻保證庫(kù)房適宜的溫度環(huán)境。

2. AD590溫度傳感器

AD590溫度傳感器，是一款由美國(guó)亞德諾公司（ADI）所研制開發(fā)的高集成電流型溫度傳感器芯片，在其芯片內(nèi)部即已經(jīng)集成囊括了溫度傳感部分、放大電路、驅(qū)動(dòng)電路以及信號(hào)處理電路等。由于令單片集成兩端感溫電流源，因而芯片絕對(duì)溫度同輸出電流成正比。最終在先完成對(duì)于輸出電流的測(cè)量之后，進(jìn)而便可以據(jù)結(jié)果推算出相應(yīng)溫度值。將絕對(duì)溫度零度（-273℃）作為基準(zhǔn)之時(shí)，其輸出電流計(jì)為0，每當(dāng)其溫度向上升高1℃，對(duì)應(yīng)其輸出電流也將會(huì)隨之增加1μA。

由于AD590測(cè)量所得數(shù)據(jù)需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，要求須與高精度ADC配合使用，且需要校準(zhǔn)，同時(shí)工作電路較為復(fù)雜，成本也相對(duì)較高，精確度相對(duì)較低，并且對(duì)線阻有特定要求，因此使用相對(duì)較為不便，性價(jià)相對(duì)也比較低。

（二）濕度監(jiān)測(cè)方法及對(duì)比

1.干濕球濕度表

擁有著悠久歷史傳承的干濕球測(cè)濕度法早在18世紀(jì)之時(shí)便已經(jīng)服務(wù)于濕度的測(cè)量，時(shí)至今日仍被廣泛使用。其主要原理：因?yàn)闈袂虮砻婕啿忌系乃蛛S時(shí)間流逝而不斷蒸發(fā)，并且在蒸發(fā)的同時(shí)將不停地從周圍環(huán)境中吸收熱量，進(jìn)而造成濕球的溫度也隨之降低?？諝飧稍飼r(shí)，水分蒸發(fā)速度快，同時(shí)吸收的熱量就更多，使得濕球溫度也就越低，干球與濕球溫度的差數(shù)也隨之拉大；反之，周圍空氣濕潤(rùn)時(shí)，濕球表面紗布里水分蒸發(fā)的速度將減慢，吸收的熱量將隨之減少，使得濕球溫度下降幅度變小，干球與濕球溫度的差數(shù)也會(huì)因此減小。唯有在濕球表面空氣所含水汽已經(jīng)達(dá)到了飽和之時(shí)，濕球表面水分會(huì)相對(duì)停止蒸發(fā)（即保持了相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡），在此時(shí)干球與濕球之間的溫差即為零。最終借由干濕球間的溫度差數(shù)，便能夠測(cè)算出此時(shí)空氣中的相對(duì)濕度情況。

2.毛發(fā)濕度表

與干濕球法相似歷史情況的，還有毛發(fā)測(cè)濕法。早在18世紀(jì)80年代初，瑞士人德索修爾便已研發(fā)出了首套毛發(fā)濕度表。其主要利用的是人發(fā)作為感應(yīng)元件：將屬于纖維組織，有許多細(xì)毛孔的人的頭發(fā)，經(jīng)過脫脂處理之后，利用其長(zhǎng)度將會(huì)隨著空氣相對(duì)濕度的變化而變化的性質(zhì)，伴隨著空氣相對(duì)濕度的增大，毛細(xì)孔內(nèi)的水分也跟著增加，最終使得纖維組織也隨之伸長(zhǎng)；反之，在空氣相對(duì)濕度減小的時(shí)侯，纖維組織就將因毛孔內(nèi)水分的減少而收縮。

毛發(fā)濕度計(jì)缺點(diǎn)在于：濕度計(jì)顯示的度數(shù)往往落后于濕度的實(shí)際變化，其滯后系數(shù)受到包括溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速在內(nèi)的諸多因素影響，并非常數(shù)。為減小滯后，毛發(fā)濕度表所用毛發(fā)需要進(jìn)行脫脂與滾壓處理。且存在低濕癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，不宜在低濕情況下長(zhǎng)時(shí)間存放。此外毛發(fā)濕度計(jì)各部位零件均要求保持清潔，毛發(fā)不得用手去觸碰，更不能擦拭。

以上介紹的兩種濕度測(cè)量技術(shù)均有著悠久的歷史，歷經(jīng)實(shí)踐的檢驗(yàn)具有各自的優(yōu)點(diǎn)，至今仍在大量的庫(kù)房濕度測(cè)量中被使用。但是其測(cè)量耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果精度較低，誤差較大，數(shù)據(jù)結(jié)果難以實(shí)時(shí)上傳，無法滿足現(xiàn)代條件下軍械庫(kù)房濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要。

三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

（一）整體硬件結(jié)構(gòu)及聯(lián)接圖

本論文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括以下部分：溫度檢測(cè)（DS18B20溫度傳感器）、濕度檢測(cè)（HS1101濕度傳感器）、單片機(jī)（AT89S52）及其附屬電路、報(bào)警電路、通信串口、PC機(jī)等。

本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體電路圖如圖2所示。

（二）系統(tǒng)部分主要硬件的功能介紹及結(jié)構(gòu)圖

1.單片機(jī)的選擇

經(jīng)過比對(duì)，本系統(tǒng)最終決定選用了由美國(guó)愛特梅爾（ATMEL）公司運(yùn)用了其高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)所制造而成的AT89S52單片機(jī)來作為其主控芯片。AT89S52單片機(jī)是一款性能卓越并且還相當(dāng)節(jié)能的CMOS8位微控制器，其最大運(yùn)行頻率達(dá)到33MHz，此外，還擁有8K字節(jié)的可編程閃存。

其指令同引腳不但與工業(yè)類80C51產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)完全兼容，與此同時(shí)也還能夠與MCS-51系列單片機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)兼容。其片上的Flash允許程序存儲(chǔ)器既能夠適用于常規(guī)編程器，同時(shí)也能夠進(jìn)行在系統(tǒng)可編程。其所具有的靈巧的8位CPU連同在系統(tǒng)可編程Flash一道，最終讓其得以成為了令眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)能夠同時(shí)兼具靈活與有效兩大特性的解決方案之中至關(guān)重要的一環(huán)。

AT89S52單片機(jī)實(shí)物照?qǐng)D如圖3（a）所示，簡(jiǎn)單引腳圖如圖3（b）所示。

AT89S52的工作電壓范圍為4～5.5V，并還擁有著一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，雙數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8k字節(jié)Flash，32個(gè)可編程I/O口線，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，看門狗定時(shí)器，全雙工串行通道，片內(nèi)晶振以及時(shí)鐘電路。除此而外，其不僅能夠進(jìn)行0～33Hz的全靜態(tài)操作，并且還能夠支持一種以上的軟件可選擇節(jié)電模式。

當(dāng)其處于空閑模式之時(shí)，其CPU將會(huì)自動(dòng)地指令其停止工作，然而此時(shí)允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口以及中斷等卻仍將保持繼續(xù)進(jìn)行工作。當(dāng)處于掉電保護(hù)模式之時(shí)，除存儲(chǔ)于RAM內(nèi)的記錄會(huì)得到保存之外，振蕩器將受到凍結(jié)，而單片機(jī)所有的工作也都將陷入到停止?fàn)顟B(tài)下，并就此一直保持至下一次中斷亦或是硬件復(fù)位方才結(jié)束。

2.串口電路

由于電腦的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所用電平（EIA）與單片機(jī)采用電平（TTL）不匹配，為解決其間的電平轉(zhuǎn)換問題，選用美信公司（MAXIM）公司所生產(chǎn)的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。將其同RS-232接口以及AT89S52單片機(jī)相連，令PC機(jī)的COM口與單片機(jī)的串行輸入端以及輸出端得以連接起來。

MAX232與AT89S52單片機(jī)，RS232連接情況分別如圖4與圖5所示。

MAX232的T1 IN引腳與R1 OUT引腳分別與AT89S52的串行輸入口線P3. 1TXD和串行輸入口線P3.0RXD建立連接。MAX232泵電源引腳與電容相連。

3.濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

在整個(gè)電路的構(gòu)成當(dāng)中，HS1101電容傳感器可以被等效視為一只自身的電容值將和所在環(huán)境中相對(duì)濕度成正比的電容器件（即等效濕敏電容）。又為了能夠?qū)⒃撈骷碾娙莸淖兓烤珳?zhǔn)地轉(zhuǎn)化為容易被計(jì)算機(jī)所接收、統(tǒng)計(jì)的電信號(hào)形式，本系統(tǒng)選擇了把這個(gè)等效濕敏電容放置在555振蕩電路當(dāng)中的方法，然后便可以根據(jù)能夠直接為計(jì)算機(jī)所采集的電信號(hào)電壓頻率數(shù)值推算出其相應(yīng)的電容值變化值。

頻率輸出555測(cè)量振蕩電路如圖6所示。

M1（即HS1101濕度傳感器）的充電回路是由等效濕敏電容M1自身同集成電路555定時(shí)器的兩個(gè)外接式電阻R1、R3共同組成。與此同時(shí)，再依靠經(jīng)由定時(shí)器內(nèi)部晶體管所形成對(duì)地短路的7端得以組成對(duì)M1的放電回路。隨后再向片內(nèi)比較器接入相連接的引腳2、6端，從而最終形成一個(gè)方波發(fā)生器。此外，為了保護(hù)振蕩電路，以免因輸出短路造成不必要的損壞，特意設(shè)置R21作為電路的保護(hù)電阻。

555振蕩電路將會(huì)一直在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)間保持不斷輪回，相互交替：首先經(jīng)由外接電阻R1、R3，由電源Vcc向HS1101充電，而在經(jīng)過一段時(shí)間（T1）的充電后，當(dāng)“電容”電壓Uc達(dá)到電源電壓Vcc的三分之二，與此同時(shí)也即是達(dá)到了比較器高觸發(fā)電平之時(shí)，由于正輸入端電壓同負(fù)輸入端電壓相比屬于較小一邊，因而最終得以令比較器的輸出引腳3端從高電平突降成低電平。而后“電容”將經(jīng)由R3進(jìn)行放電，再通過一段時(shí)間（T2）的放電后，Uc下降到Vs的三分之一，也即降至比較器的低觸發(fā)電平之時(shí)，正、負(fù)輸入端電壓大小關(guān)系轉(zhuǎn)變，隨之又使得比較器的輸出引腳3端又由低電平突變成高電平。如此不斷重復(fù)充電、放電、充電……，最終形成方波輸出?？芍?、放電時(shí)間分別為：

充電時(shí)間：T1=C*（R1+R3）*Ln2放電時(shí)間：T2=C*R3*Ln2

所以，可求的輸出方波頻率為：

F=1/（T1+T2）=1/[ C*（R1+2R3）*Ln2]

實(shí)現(xiàn)了通過HS1101濕度傳感器將空氣相對(duì)濕度變化在轉(zhuǎn)換為電容變化之后，再借助555振蕩電路將電容變化轉(zhuǎn)變電壓頻率變化，最終由所得電壓頻率推算出對(duì)應(yīng)空氣相對(duì)濕度的目的。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前軍械庫(kù)房溫濕度監(jiān)測(cè)存在的前述問題，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)利用DS18B20溫度傳感器與HS1101濕度傳感器來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量部隊(duì)軍械庫(kù)房的溫、濕度情況，而后再通過AT89S52單片機(jī)與PC機(jī)間的轉(zhuǎn)換與聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而最終完成對(duì)于軍械庫(kù)房?jī)?nèi)溫濕度情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在低成本、低消耗、較高精度情況下對(duì)相關(guān)部隊(duì)軍械庫(kù)房溫濕度情況達(dá)成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，這對(duì)于有效地降低軍械庫(kù)房槍械、彈藥質(zhì)量下降的速度，進(jìn)一步提高存放于軍械庫(kù)房?jī)?nèi)槍械、彈藥應(yīng)有的效力具有十分積極的作用和意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐壽江.溫濕度對(duì)彈藥質(zhì)量變化的影響研究[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)， 2013（7）：187-188

[2]楊青梅，孫建明.傳感技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[3]何貶.被裝養(yǎng)護(hù)學(xué)[Z].中國(guó)人民解放軍軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院，1987.

（作者簡(jiǎn)介：韋亞旗，武警貴州總隊(duì)助理工程師，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ毯屯ㄐ偶夹g(shù)）