摘 要：随着计算机技术的迅速发展，单片机、各种传感器的精度日益提高，人们对档案馆自动检测技术有了更高的要求。文中就影响档案存放质量的环境因素，首次提出“馆情”的概念；针对馆内温湿度是严重影响着档案馆存放档案质量的问题，作者又重点介绍了温湿度数据的获取技术和软硬件的设计方法，这为“馆情”自动获取技术方法研究提供技术支持。
关键词：馆情；数据获取；“馆情”指标
Abstract：With the great development of Computer Science, MCU and kinds of precision sensor, People give the high requirement for Archives Automatic Detecting. This paper put forward the concept of “Archives Environment”, Temperature and Humidity being as the main content of “Archives Environment”, affect the quality of file. So，The paper introduces the method of Obtaining temperature and humidity on hardware and software. This method provides the technical support for “Archives Environment”.
Key Words: Archives Environment; Obtaining Data; Archives Environment Index
1 研究的目的及意义
1.1 馆情概念的提出。档案馆库房受着各种环境的影响，包括库房温度、湿度、各种有害气体浓度、有害微生物、虫害、大气污染、尘埃、光照等，其共同作用影响了档案的存放质量。本文把以上环境作用下档案馆存放档案质量的情况称为“馆情”。
1.2 研究的目的及意义。近年来，随着计算机技术的迅速发展，单片机、传感器的精度日益提高，人们对获取信息技术有了更高的要求，及时准确的信息资源正日益成为政府机关及企业单位提高工作效率快速发展、稳步成长的必备条件。信息时代的到来，工作效率日渐提高，同时，也给档案管理部门带来了更大压力。档案部门在及时准确地提供各种参考材料的同时，还要做好档案，特别是纸质档案的保存工作，若无法做到这一点，将成为企业发展、机构运转的瓶颈。本课题正是基于计算机技术、单片机和传感器技术及数据处理理论，来研究档案馆“馆情”的自动获取技术，为档案保护工作提供可靠的参考价值。
档案馆“馆情”的诸多影响因素中，温湿度是其主要原因之一，本文由于篇幅所限，在此处，仅研究“馆情”中温湿度数据的获取方法。
2 “馆情”中温湿度对纸质档案的影响
档案是由承受档案内容的载体材料和反映档案内容的记录材料组成的。尽管信息时代的到来为档案的存放提供了新的载体，但是，就目前而言，我国在今后一个时期内，仍然以纸质档案为主。
温湿度作用因子是档案制成材料老化最主要的因素之一。温度过高，就会加速档案制成材料老化，从而强度降低；湿度过高，使纸张含水量增加，加速纸张的酸性水解反应，也会使水溶性的字迹材料洇化退色；另外，在高湿环境中，还可孳生霉菌，霉菌分泌的各种酶会使纸张黏结成档案砖。[1]
因此，档案库房的温湿度是影响档案存放质量的主要因素，是判断“馆情”质量的重要指标之一。
3 温湿度数据获取方法硬件设计
3.1 系统的总体设计
系统以PC机为上位机主控制器，单片机为下位机分控制检测器，温湿度传感器置于被测点，系统启动后，温湿度数据经A/D模数转换器设备转换成数字信号，再由控制检测器（单片机）接收并经处理后发送至上位PC机，最终，经人机接口显示给用户，系统总体方案如图1所示。
3.2 温度数据的获取。本课题考虑到实际环境及环境的特殊性，采用美国DALLAS公司生产的新型温度传感器――DS18B20。它是一种可组网高精度数字式温度传感器，具有体积小、使用方便、封装形式多样等特点，可适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，经过反复筛选，本文认为DS18B20非常适合馆内的温度测量。[2]
DS18B20为一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，根据档案库房的环境特点，DS18B20完全可以满足实际需求。硬件电路设计图如图2所示。
系统采用外部独立供电方式，传感器探头可以直接与控制器连接，数据端口DQ上接4.7K的上拉电阻，在三根线上可同时并联多个温度传感器，每台分机上可以连接多根电缆，每根电缆上可以并联几十个点，构成串行总线工作方式。由于18B20芯片送出的温度信号是数字信号，简化了A/D转换的设计，提高了测量效率和精度；并且，芯片的ROM中存有其唯一标识码，即不存在相同标识码的DS18B20，特别适合与微处理芯片构成多点温度测控。
3.3 湿度检测模块。在环境参数中，湿度是很难准确测量的一个参数。通过称量烘干前后谷物的质量来求湿度是传统的谷物测湿方法，该方法的缺点是测量速度慢。在近年来的研究中，曾用干湿球湿度计或毛发湿度计的方法来测量谷物的湿度，但由于其精确度不够，已经无法满足现代粮情监控的要求。随着社会的发展、科技的进步及市场需求的增加，国内外在湿度传感器研发方面取得了长足的进步。[3]湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化和数字化检测的方向迅速发展，将湿度测量技术提高到新的水平。
经过筛选，本文选择了盛世瑞恩公司生产的SHT11传感器，即单片智能数字化温湿传感器，其优点是测量范围大，体积小，价格低，精度较高，抗干扰能力强，在各个领域得到了广泛的应用，在本课题中，采用SHT11湿度传感器，完全能满足实际需要。
湿度传感器芯片SHT11采用二线串行数字接口与单片机进行通信，设计非常简单。根据芯片通信协议，软件可采用C语言编写，通过简单的控制协议即可实现单片机对SHT11湿度数据采集工作，连接示意图如图3所示。[4]
4 温湿度数据获取的软件设计
4.1 温度数据获取方法。用DS18B20单总线结构构成多点温度检测系统进行温度采集时，必须有非常严格的时序要求。多个DS18B20共同占用一根总线，必须将它们的64位序列号读出来。在对单个DS18B20操作时，发出匹配命令，再将相应的序列号发到总线上，总线即可识别此次操作是针对哪个DS18B20的。温度数据获取流程如图4所示。
温度获取的初始化是系统设计的关键，涉及传感器非常严格的时序问题，为此，本文设计了精确的初始化时序。初始化包括单片机发送的复位脉冲和器件向单片机返回的存在脉冲。总线在开始时刻，发出一最短为480us的低电平复位脉冲，接着，在该时刻，释放总线并进入接收状态，器件在接收到总线的电平上升沿后，等待15us～60us后，在下一时刻发出60us～240us时延的低电平存在脉冲信号，表明器件已接在总线上。[5]初始化程序如下所示。
void reset() //复位18b20
{ DQ_1820=1;
delay(8);
DQ_1820=0;
delay(80); //延时约540uS(要求>480us)
DQ_1820=1; //主机上拉DQ_1820
delay(14); //延时约60uS
while(!DQ_1820); } //等1820送出0信号
4.2 湿度数据获取方法。SHT11测量过程包括4个部分：启动传输、发送测量命令、等待测量完成和读取测量数据，流程图如图5所示。
首先，对数据传输进行初始化来启动SHT11测量时序，即在第一个SCK时钟高电平时，DATA翻转为低电平，并在第二个SCK时钟高电平时，DATA翻转为高电平，启动命令发送完毕。发送控制命令，控制命令包含3个地址位(目前，只支持“000”)和5个命令位。在第八个SCK时钟的下降沿之后，SHT11将DATA置为低电平(ACK位)，表示已正确地接收到指令；在发送第九个SCK时钟作为命令确认，第九个SCK时钟的下降沿之后，释放DATA恢复高电平。
湿度传感器芯片SHT11采用二线串行数字接口与单片机进行通信，设计非常简单。根据芯片通信协议，软件可采用C语言编写，通过简单的控制协议即可实现单片机对SHT11湿度数据采集工作，连接图与图3类似。
4.3 湿度线性补偿。SHT11的湿度输出具有一定的非线性，很难用线性关系将其表示出来。由上述可知，温度与湿度具有一定的相关性，因而，可在进行线性补偿后，进行温度补偿得到较为准确的湿度值。
为了补偿湿度传感器的非线性，可按下式修正湿度值：
式中 为经过线性补偿后的湿度值，
为相对湿度测量值，C1、C2、C3为线性补偿系数，取值可查阅《温湿度传感器SHT11数据手册》。由于温度对湿度的影响十分明显，而实际温度和测试参考温度25℃有所不同，所以，对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下：
式中，RH为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值，T为测试湿度值时的温度(℃)，t1和t2为温度补偿系数，取值查阅《温湿度传感器SHT11数据手册》。
5 结束语
本文提出了馆情检测技术的总体实现方案，重点讨论了温湿度数据获取技术，为馆情检测提供了实现基础。
本文的研究方法，稍加改进，即可用于其他室内或仓库的温湿度检测，根据不同的应用环境选择合适的传感器探头，系统软硬件修改不大，具有较强的可推广性。
注：本文系2011年河南省档案局科技项目计划――《档案馆馆情自动检测技术研究》，项目编号：2011-X-42。
参考文献：
[1] 李玉虎, 车增亮. 档案纸张酸度检测与分析[J]. 中国造纸，1987(1):44～49.
[2] 陈永利, 张自宾等. 粮食仓库温湿度检测系统[J]. 仪器仪表学报，2003,24(4):305～306.
[3] 翟春艳，岳修正等. 基于单片机的温湿度感测系统的实现[J]. 电子设计工程, 2011,19(12): 95～98.
[4] 郭俊旺, 卫勇等. 基于SHT11温湿传感器的最小温湿采集系统的设计[J]. 天津农学院学报, 2006, 13(3):27～29.
[5] 徐爱群. 档案自动识别与存取技术研究及其自动档案系统设计[D]. 浙江:浙江大学硕士论文, 2003.
（作者单位：开封大学 来稿日期：2011-11-24）