【正文】 業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用和推廣，國家糧食總產(chǎn)量不斷創(chuàng)造歷史新高。但國家的糧食儲備狀況自建國以來卻沒有得到明顯改善，全國80％左右的糧食仍采用原始的存儲方式。初期，以銅電阻、熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人工一點一點測量，效率低，準確性差。在糧食部門各級領導的關懷和糧食行業(yè)科技主管部門的大力支持下，在糧食行業(yè)內(nèi)、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧食檢測技術不斷完善、提高，并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧倉檢測系統(tǒng)，為安全、科學儲糧起到了積極的作用。在儲藏過程中，糧食受溫度、濕度及其它因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲害等情況。為了減少糧食儲藏過程中的損失，保障糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，首先應該及時準確地掌握糧食儲藏過程中各種物理因素的變化情況，找出其變化規(guī)律。法國儲糧專家Je．Lasseran，D．Berhant采用溫度調(diào)節(jié)器來控制溫度。實驗在一個儲量500噸、高16米的中型倉中進行。研究表明：在低溫氣候下，從夏季到秋季經(jīng)2～3次通風，每次要持續(xù)幾個晚上，每天4～10小時，可將溫度從300C降到SC（在英國氣候條件下）。在冬天糧溫可保持不變，并在春天有所上升，經(jīng)過一年的實踐表明：不僅衛(wèi)生狀況良好，而且糧食的品質(zhì)沒有變化。澳人利弧Gib等專家最近研究了一種以PC機為基礎的可遙控和監(jiān)測通風系統(tǒng)的通風控制器，該控制器包括一臺PC機和相關的軟件、氣象預報臺和糧堆中的靈敏元件，它能靈活地、有效地控制通風系統(tǒng)，減少通風費用，并可以實行聯(lián)網(wǎng)，從而不必依靠倉庫管理人員收集的情況，就能得到通風系統(tǒng)的有關數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運行情況。目前，他們在進一步完善該通風控制系統(tǒng)并建立通風過程中熱量和物質(zhì)水分轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型。1987年我國吳子丹等報道了儲糧機械通風的計算機控制系統(tǒng)，根據(jù)在倉房內(nèi)通風試驗得到的數(shù)據(jù)，建立一個數(shù)學模型表示糧食平衡水分的關系，用該模型編制電算程序，觀察糧食的通風效果，并根據(jù)物理參數(shù)的變化，確定控制通風的有效方式；1988年王善順等報道了機械通風儲糧與自動控制，并介紹了機械通風控制器的試驗情況；2004年湯慶設計了糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)從溫度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸方式、上位機監(jiān)控軟件三個方面入手對糧庫系統(tǒng)加以改進；2005年施偉徉研究了基于CAN總線的糧食監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成了對各倉房的溫濕度的實時巡檢，并通過對采集到數(shù)據(jù)進行處理分析來掌握糧食的儲存情況。現(xiàn)在國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情檢測系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結構各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項?，F(xiàn)代溫濕度傳感器測量系統(tǒng)技術主要以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)，主要類型包括：虛擬儀器、智能儀器、數(shù)字式儀器等等。伴隨著電子科學技術的進一步發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也發(fā)生了日新月異的變化，其整體的性能、實用性方面都有所改進。因此，依托于數(shù)據(jù)采集結構而發(fā)展的溫濕度傳感器測量系統(tǒng)在實際應用中也發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，許多外國大型企業(yè)都很重視傳感器的研發(fā)工作，例如，日本的Figaro公司、芬蘭的Vaisala公司等，都致力于傳感器的發(fā)展和完善，以保障其在整個銷售市場的競爭力。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測量套件和應用于濕度傳感器的測試系統(tǒng)，這些新技術的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進一步發(fā)展。與此同時，國內(nèi)許多機構也在傳感器測試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過采用傳統(tǒng)電子儀器進行設計研發(fā)而成的多種動態(tài)測試系統(tǒng)、氣體傳感器智能測試系統(tǒng)等等，這些成績都體現(xiàn)了我國在傳感器領域取得的成就。當然，隨著科技的進步，傳統(tǒng)的溫濕度測試技術在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)無法滿足市場的需求，因此，針對新一代傳感器的探究顯得尤為重要。 課題的研究目的及內(nèi)容為了使得糧倉內(nèi)糧食一直處于相對適宜的環(huán)境，我們就要隨時對溫濕度進行監(jiān)控，對于不利情況能夠及時地做出顯示及報警，并能夠采取相應的措施提醒用戶進行調(diào)整，以達到最適宜的溫濕度。首先我們必須了解溫濕度控制對于家庭和現(xiàn)在社會的重要性，其次我們才能夠?qū)Υ俗龀龈玫呐袛?，以求更好地滿足用戶的需要。溫濕度的控制是我們研究的主要內(nèi)容。數(shù)字化溫濕度檢測的方法為一旦環(huán)境中的溫濕度發(fā)生變化，溫度傳感器和濕度傳感器隨著溫濕度的變化而變化，然后將變化的電阻通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為與之對應變化的電壓，然后把模擬電壓信號由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入到單片機中，對采集到的信號單片機進行濾波處理并通過查表得到實際測量的溫濕度值，之后通過單片機的各外部接口電路顯示該溫濕度值。本設計溫度檢測的范圍10℃50℃，測溫精度：177。2℃；濕度檢測范圍20%80%RH，測濕精度：177。5％RH。如果溫濕度超過預設值的話，蜂鳴器和發(fā)光二級管都會給出相應報警提醒，用戶即可做出調(diào)整。2 控制系統(tǒng)的硬件電路設計 整體設計方案本設計核心部件為AT89C51，信號采集及處理部分由SHT11構成，進入單片機并且經(jīng)處理后通過LCD1604顯示溫濕度，信號顯示采用的液晶屏為57點陣，一行可顯示16字，四行。其他組成部分為實時時鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生同現(xiàn)在相同的時間和具體日期，通過LCD1604液晶模塊顯示。 在軟件設計部分有對測量的溫濕度進行上下值的設定，當測量超過限定值時，通過超限報警處理電路對其進行處理后分別控制不同的二極管燈亮，蜂鳴器產(chǎn)生長鳴。硬件中包括一個開關，為復位開關。開機后，所有器件初始化，DS1302 產(chǎn)生實時時間和日期，溫濕度傳感器SHT11開始進行溫濕度測量和計算，最后通過兩個LCD液晶顯示器顯示結果。在測量結果中有超過設定的溫濕度上下限的，通過超限模塊作出反應。 整體電路框圖89C51是一種帶4k字節(jié)可編程可擦除的低電壓高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。89C2051是一種帶2K字節(jié)只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且價廉的方案[1]。 微控制器模塊 復位電路設計這種復位電路的工作原理是：單片機的復位電路在剛接通電時，電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V 的電通過電阻給電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短，），RC構成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，89C51將復位。正因為這樣，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即低電平，單片機開始正常工作（這是單片機的上電復位，也叫初始化復位）；當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作（這是手動復位原理）[2]。 手動復位及晶振電路 時鐘電路設計此模塊是為系統(tǒng)時間的實時顯示而設計的，主要由芯片DS1302構成，其中引腳RST、CLK、I/、屬于控制引腳，[3]所示。 實時時鐘電路此模塊產(chǎn)生實時的系統(tǒng)時間和日歷，能對某個確定環(huán)境的實時溫濕度控制起到一定的作用。芯片連接電路簡單，時間日期準確。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒分時日、日期月年的信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線：RES復位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘。時鐘RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信，DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1毫瓦[4]。 DS1302是由DS1202改進而來，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應；Vcc1為可編程涓流充電電源；附加七個字節(jié)存儲器；它廣泛應用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領域。 傳感電路設計此模塊是整個電路設計的信號采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11構成。(1) SHT11 簡介 SHT11 是瑞士Ssirion 公司推出的一款集數(shù)字溫濕度傳感器于一體的傳感器芯片。溫濕度傳感器SHT11集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此采用SHT11 進行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外SHT11 芯片內(nèi)部集成了14位A/D 轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。該芯片已經(jīng)廣泛應用于暖通空調(diào)、汽車、消費電子、自動控制等領域。其主要特點如下：① 高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上；② 提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡單，支持CRC傳輸校驗，傳輸可靠性高；③ 測量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器（分辨率為8～12位，可以通過對芯片內(nèi)部寄存器編程選擇）； ④ 測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和高質(zhì)量的露點計算功能； ⑤ 封裝尺寸超小( mm mm)，測量和通信結束后，自動轉(zhuǎn)入低功耗模式； ⑥ 高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中。 SHT11傳感器電路 (2) SHT11的內(nèi)部結構和工作原理 溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大，然后進入一個14位的A/D 轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。SHT11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校