【正文】 業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣，國(guó)家糧食總產(chǎn)量不斷創(chuàng)造歷史新高。但國(guó)家的糧食儲(chǔ)備狀況自建國(guó)以來(lái)卻沒(méi)有得到明顯改善，全國(guó)80％左右的糧食仍采用原始的存儲(chǔ)方式。初期，以銅電阻、熱敏電阻作為傳感器件，通過(guò)檢測(cè)電阻的變化來(lái)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(diǎn)一點(diǎn)測(cè)量，效率低，準(zhǔn)確性差。在糧食部門各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)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(cè)技術(shù)不斷完善、提高，并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧倉(cāng)檢測(cè)系統(tǒng)，為安全、科學(xué)儲(chǔ)糧起到了積極的作用。在儲(chǔ)藏過(guò)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(chóng)害等情況。為了減少糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中的損失，保障糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，首先應(yīng)該及時(shí)準(zhǔn)確地掌握糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中各種物理因素的變化情況，找出其變化規(guī)律。法國(guó)儲(chǔ)糧專家Je．Lasseran，D．Berhant采用溫度調(diào)節(jié)器來(lái)控制溫度。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)儲(chǔ)量500噸、高16米的中型倉(cāng)中進(jìn)行。研究表明：在低溫氣候下，從夏季到秋季經(jīng)2～3次通風(fēng)，每次要持續(xù)幾個(gè)晚上，每天4～10小時(shí)，可將溫度從300C降到SC（在英國(guó)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(guò)一年的實(shí)踐表明：不僅衛(wèi)生狀況良好，而且糧食的品質(zhì)沒(méi)有變化。澳人利弧Gib等專家最近研究了一種以PC機(jī)為基礎(chǔ)的可遙控和監(jiān)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)控制器，該控制器包括一臺(tái)PC機(jī)和相關(guān)的軟件、氣象預(yù)報(bào)臺(tái)和糧堆中的靈敏元件，它能靈活地、有效地控制通風(fēng)系統(tǒng)，減少通風(fēng)費(fèi)用，并可以實(shí)行聯(lián)網(wǎng)，從而不必依靠倉(cāng)庫(kù)管理人員收集的情況，就能得到通風(fēng)系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行情況。目前，他們?cè)谶M(jìn)一步完善該通風(fēng)控制系統(tǒng)并建立通風(fēng)過(guò)程中熱量和物質(zhì)水分轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型。1987年我國(guó)吳子丹等報(bào)道了儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)在倉(cāng)房?jī)?nèi)通風(fēng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型表示糧食平衡水分的關(guān)系，用該模型編制電算程序，觀察糧食的通風(fēng)效果，并根據(jù)物理參數(shù)的變化，確定控制通風(fēng)的有效方式；1988年王善順等報(bào)道了機(jī)械通風(fēng)儲(chǔ)糧與自動(dòng)控制，并介紹了機(jī)械通風(fēng)控制器的試驗(yàn)情況；2004年湯慶設(shè)計(jì)了糧庫(kù)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(jī)監(jiān)控軟件三個(gè)方面入手對(duì)糧庫(kù)系統(tǒng)加以改進(jìn)；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(duì)各倉(cāng)房的溫濕度的實(shí)時(shí)巡檢，并通過(guò)對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析來(lái)掌握糧食的儲(chǔ)存情況?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無(wú)外乎糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等幾項(xiàng)?，F(xiàn)代溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)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(xué)技術(shù)的進(jìn)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(shí)用性方面都有所改進(jìn)。因此，依托于數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)而發(fā)展的溫濕度傳感器測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前，許多外國(guó)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(gè)銷售市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在九十年代，先后出現(xiàn)了集成溫度濕度測(cè)量套件和應(yīng)用于濕度傳感器的測(cè)試系統(tǒng)，這些新技術(shù)的產(chǎn)生都大大刺激了傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)許多機(jī)構(gòu)也在傳感器測(cè)試裝置的研發(fā)上不斷探索、研發(fā)。例如通過(guò)采用傳統(tǒng)電子儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)而成的多種動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)、氣體傳感器智能測(cè)試系統(tǒng)等等，這些成績(jī)都體現(xiàn)了我國(guó)在傳感器領(lǐng)域取得的成就。當(dāng)然，隨著科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)試技術(shù)在穩(wěn)定性、精度等方面已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求，因此，針對(duì)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(cāng)內(nèi)糧食一直處于相對(duì)適宜的環(huán)境，我們就要隨時(shí)對(duì)溫濕度進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于不利情況能夠及時(shí)地做出顯示及報(bào)警，并能夠采取相應(yīng)的措施提醒用戶進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最適宜的溫濕度。首先我們必須了解溫濕度控制對(duì)于家庭和現(xiàn)在社會(huì)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(cè)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(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)變化的電壓，然后把模擬電壓信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入到單片機(jī)中，對(duì)采集到的信號(hào)單片機(jī)進(jìn)行濾波處理并通過(guò)查表得到實(shí)際測(cè)量的溫濕度值，之后通過(guò)單片機(jī)的各外部接口電路顯示該溫濕度值。本設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)的范圍10℃50℃，測(cè)溫精度：177。2℃；濕度檢測(cè)范圍20%80%RH，測(cè)濕精度：177。5％RH。如果溫濕度超過(guò)預(yù)設(shè)值的話，蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管都會(huì)給出相應(yīng)報(bào)警提醒，用戶即可做出調(diào)整。2 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 整體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)核心部件為AT89C51，信號(hào)采集及處理部分由SHT11構(gòu)成，進(jìn)入單片機(jī)并且經(jīng)處理后通過(guò)LCD1604顯示溫濕度，信號(hào)顯示采用的液晶屏為57點(diǎn)陣，一行可顯示16字，四行。其他組成部分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生同現(xiàn)在相同的時(shí)間和具體日期，通過(guò)LCD1604液晶模塊顯示。 在軟件設(shè)計(jì)部分有對(duì)測(cè)量的溫濕度進(jìn)行上下值的設(shè)定，當(dāng)測(cè)量超過(guò)限定值時(shí)，通過(guò)超限報(bào)警處理電路對(duì)其進(jìn)行處理后分別控制不同的二極管燈亮，蜂鳴器產(chǎn)生長(zhǎng)鳴。硬件中包括一個(gè)開(kāi)關(guān)，為復(fù)位開(kāi)關(guān)。開(kāi)機(jī)后，所有器件初始化，DS1302 產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)間和日期，溫濕度傳感器SHT11開(kāi)始進(jìn)行溫濕度測(cè)量和計(jì)算，最后通過(guò)兩個(gè)LCD液晶顯示器顯示結(jié)果。在測(cè)量結(jié)果中有超過(guò)設(shè)定的溫濕度上下限的，通過(guò)超限模塊作出反應(yīng)。 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(jī)。89C2051是一種帶2K字節(jié)只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且價(jià)廉的方案[1]。 微控制器模塊 復(fù)位電路設(shè)計(jì)這種復(fù)位電路的工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，電容是沒(méi)有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V 的電通過(guò)電阻給電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短，），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，89C51將復(fù)位。正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)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(jī)開(kāi)始正常工作（這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作（這是手動(dòng)復(fù)位原理）[2]。 手動(dòng)復(fù)位及晶振電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)此模塊是為系統(tǒng)時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示而設(shè)計(jì)的，主要由芯片DS1302構(gòu)成，其中引腳RST、CLK、I/、屬于控制引腳，[3]所示。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路此模塊產(chǎn)生實(shí)時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間和日歷，能對(duì)某個(gè)確定環(huán)境的實(shí)時(shí)溫濕度控制起到一定的作用。芯片連接電路簡(jiǎn)單，時(shí)間日期準(zhǔn)確。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日、日期月年的信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線：RES復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線、SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘RAM的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信，DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1毫瓦[4]。 DS1302是由DS1202改進(jìn)而來(lái)，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(yīng)；Vcc1為可編程涓流充電電源；附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器；它廣泛應(yīng)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(lǐng)域。 傳感電路設(shè)計(jì)此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號(hào)采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11構(gòu)成。(1) SHT11 簡(jiǎn)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(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；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(hào)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(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：① 高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；② 提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高；③ 測(cè)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(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程選擇）； ④ 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； ⑤ 封裝尺寸超小( mm mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式； ⑥ 高可靠性，采用CMOSens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。 SHT11傳感器電路 (2) SHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 溫濕度傳感器SHT11將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)入一個(gè)14位的A/D 轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境中進(jìn)行校準(zhǔn)，校