【正文】 he multiple granary of temperature and humidity monitoring. Keywords: temperature and humidity measurement。STC89c52 singlechip microputer。 DHT11 digital temperature andhumidity sensor糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 1 1 緒論 課題研究的意義 糧食是我們?nèi)祟惒豢扇鄙俚奈镔|(zhì)物品 ,沒有糧食我們將無(wú)法生存。這些充分說(shuō)明了糧食是非常重要的重要性。糧食儲(chǔ)存在很早以前就存在，以前是為了防止戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期沒有食物 ,確保食品消費(fèi)需求的非農(nóng)業(yè)人口 ,調(diào)整國(guó)內(nèi)食品平衡 ,穩(wěn)定糧食市場(chǎng)價(jià)格 ,和處理重大自然災(zāi)害等突發(fā)事件和采取有效措施 ,因此 ,食品科學(xué)儲(chǔ)藏具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義。一般來(lái)說(shuō) ,食品儲(chǔ)存在筒倉(cāng)、大型糧倉(cāng)可以存款成千上萬(wàn)的食物 ,和食物儲(chǔ)存時(shí)間有長(zhǎng)有短。目前 ,當(dāng)?shù)睾娃r(nóng) 業(yè)領(lǐng)域的各種大型糧倉(cāng)有不同級(jí)別的谷物食品存儲(chǔ)惡化問(wèn)題。在回顧截圖品法律 ,定期抽樣檢驗(yàn)必須糧倉(cāng)糧食的溫度和濕度 ,每個(gè)點(diǎn)為了及時(shí)采取相應(yīng)措施 ,防止變質(zhì)的食物。但大多數(shù)糧倉(cāng)仍采用人工測(cè)量溫度和濕度的方法 ,這不僅使糧倉(cāng)工作人員工作量增加 ,效率低 ,尤其是大型糧倉(cāng)的溫度和濕度測(cè)試任務(wù) ,如不及時(shí)完成 ,可能會(huì)造成大規(guī)模的變質(zhì)食物。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,每年在中國(guó) ,因?yàn)槭称纷冑|(zhì)和損失數(shù)億公斤的谷物 ,直接經(jīng)濟(jì)損失是驚人的。 食物是最重要的因素影響糧食安全的存儲(chǔ)在堆大氣條件 ,即溫度和相對(duì)濕度的日變化和節(jié)日季節(jié)變化和溫度和濕度之間是相互關(guān)聯(lián)的。 為了確保存儲(chǔ)在糧倉(cāng)糧食不會(huì)腐爛壞的壞 ,我們必須保持內(nèi)部的糧倉(cāng)溫度和濕度在一定范圍內(nèi)。 制冷機(jī)的冷是用來(lái)分析自然空氣冷卻和除濕 ,再通過(guò)風(fēng)機(jī)和糧倉(cāng)通過(guò)風(fēng)管冷卻空氣通過(guò)糧食堆后 ,使溫度降至低于 15℃低溫儲(chǔ)糧的儲(chǔ)存食物的科學(xué)和先進(jìn)技術(shù)。使用這種技術(shù)可以使食物冷藏不受氣候條件的影響 ,即使在炎癥可以意識(shí)到炎熱的夏天雨季。目前在西方發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是歐洲國(guó)家被廣泛使用 ,以確保食品質(zhì)量 ,食品安全存儲(chǔ)扮演重要的角色。 國(guó)內(nèi)外交通控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 廣泛應(yīng)用于許多國(guó)家目前最具代表性的方法是控制無(wú)線溫度和濕度 ,使用測(cè)量溫度和濕 度傳感器和單片機(jī)設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,從 1978年開始 ,電阻溫度傳感器、取樣器 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ,倉(cāng)廩報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng) ,它可以對(duì)所有糧庫(kù)溫度測(cè)量電路測(cè)試點(diǎn) ,大大提高檢測(cè)速度、精度、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度 ,但由于低電阻傳感器的靈敏度、糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 2 精度、系統(tǒng)可靠性不夠理想。至 1990年 ,糧情檢測(cè)系統(tǒng)有了很大改進(jìn)和提高 ,對(duì)線路布線系統(tǒng)采用矩陣技術(shù) ,簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集電路的一部分 ,半導(dǎo)體的應(yīng)用的傳感器 ,如熱電偶裝置 。輸電線路上使用的串行傳輸方式 ,從而減少輸電線路的數(shù)量 ,與一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 ,并使用各種各樣的手段來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜋z測(cè) ,通過(guò)軟件和硬件的結(jié)合技術(shù) ,有很大提高檢測(cè)精度和可靠性與以前相比。線性差 ,但系統(tǒng)的溫度傳感器檢測(cè)精度仍不理想 ,沒有大面積推廣。近年來(lái) ,隨著單片機(jī)功能日益強(qiáng)大和廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)、檢測(cè)的準(zhǔn)確性的糧食情況 ,穩(wěn)定 ,需求越來(lái)越高。尋找最佳配置和最好的性能價(jià)格比是成為一個(gè)熱點(diǎn)的糧食形勢(shì)監(jiān)測(cè)研究國(guó)外糧食形勢(shì)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)到了一個(gè)非常成熟 ,高科技數(shù)字傳感器廣泛應(yīng)用于食品檢測(cè)系統(tǒng)。傳感器利用最新技術(shù) ,半導(dǎo)體集成電路和單片機(jī)使用半導(dǎo)體管芯溫度檢測(cè)芯片 ,數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片 ,計(jì)算機(jī)接口芯片、轉(zhuǎn)換、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?。由于?shù)字溫度傳感器直接從數(shù)字 量 ,從而解決和長(zhǎng)距離傳輸溫度信號(hào)傳輸問(wèn)題造成的干擾和衰減過(guò)程中精度降低等問(wèn)題。目前 ,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器產(chǎn)品 ,如遠(yuǎn)程控制模塊、繼電器、插頭、電線等 ,技術(shù)更加成熟。數(shù)字傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)成為當(dāng)今信息技術(shù)的三個(gè)基礎(chǔ) ,計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已成為關(guān)注的熱點(diǎn) 。 研究?jī)?nèi)容 根據(jù)實(shí)際的需求，我們提出了測(cè)溫組件的基本功能，需要說(shuō)明的是，在這里你看不到傳統(tǒng)的溫度顯示功能，因?yàn)閷?shí)際上工作人員根本不可能到現(xiàn)場(chǎng)去記錄溫度的顯示。同時(shí)增加了組件的測(cè)溫點(diǎn)免維護(hù)自由增減功能，以適應(yīng)系統(tǒng)的規(guī)模的自由裁剪。使用機(jī)械制冷的方 法將糧食溫度降至 5 ~ 15℃低溫存儲(chǔ)是一種科學(xué)、先進(jìn)的糧食存儲(chǔ)方式 ,具有以下特點(diǎn) : (1) 與常溫儲(chǔ)存、低溫儲(chǔ)存的谷物呼吸活動(dòng)大大減弱 ,可以延緩衰老的食物 ,保持食物新鮮和減少天然紋理存儲(chǔ)減少了損失。在 10℃存儲(chǔ)糧食 ,干物質(zhì)產(chǎn)生的呼吸質(zhì)量損失比存儲(chǔ)在 20℃和 30℃時(shí)少 4 次 ,分別為 15 倍。 (2) 當(dāng)糧食溫度達(dá)到 13℃ ,昆蟲繁殖和活動(dòng)停止 ,糧食溫度降至 10℃時(shí)完全停止檢查 ,所以低溫存儲(chǔ)可以避免谷物遭受蟲害造成的損失。在一些西歐國(guó)家 ,低溫儲(chǔ)糧已不需要做化學(xué)熏蒸殺蟲 ,從而提高糧倉(cāng)的工人的工作環(huán)境 ,避免殘留藥物危害 人們健康。 (3) 由于模具的嗜熱微生物 ,如低溫儲(chǔ)糧 ,模具的活動(dòng)停止 ,能有效防止糧食霉糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 3 變發(fā)生。 (4) 存儲(chǔ)的過(guò)程中 ,通常是谷物含水率一般在 12%以下的安全狀態(tài) ,不會(huì)產(chǎn)生溫度突變 ,一旦糧倉(cāng)冷凝水 ,如谷物含水率 20%或更多 ,因?yàn)榧Z食受潮受潮 ,胚芽的頭發(fā) ,加速新陳代謝 ,導(dǎo)致呼吸熱 ,使當(dāng)?shù)厥澄餃囟韧蝗簧仙?,必須引起食品“發(fā)燒”和霉菌 ,并可能形成一個(gè)連鎖反應(yīng) ,導(dǎo)致不可挽回的損失。和食品與機(jī)械制冷降溫方法 ,可以有食物時(shí)高于水的安全貯存 ,因此可以提高糧食存儲(chǔ)和處理單元的效率。 對(duì)于大米 ,最合適的地下水是 15%左右 ,但室 溫水 ~存儲(chǔ)安全 14%,在處理之前需要人工加濕 ,容易爆腰 ,讓米粉整米率。如果這個(gè)人冷卻方法 ,大米可以低于15%水安全存儲(chǔ) (見表 ),以便提高稻米的整米率銑、減少水分損失減少糧食存儲(chǔ)在同一時(shí)間。在西班牙碾米機(jī) ,使用機(jī)械制冷增加整米率 20%,低溫儲(chǔ)藏大米。下的 10000噸糧食儲(chǔ)備 ,15%的水儲(chǔ)存 ,可以減少水分損失減少糧食存儲(chǔ)單元 116 ~ 173 噸。 濕程度測(cè)試 ,內(nèi)部溫度和濕度的檢測(cè)和分析食品、機(jī)械通風(fēng)的控制等 ,比以前有很大的進(jìn)步 ,但仍有改善空間?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路和 PC 通信主要采用 RS 485,抗干擾能力差 ,整個(gè)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)糾錯(cuò)能力不強(qiáng) ,增加了節(jié)點(diǎn)。當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)失敗 ,也會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。防潮、防霉、防腐、防爆的糧食是一項(xiàng)重要的日常工作的一部分 ,是一個(gè)重要的指標(biāo)來(lái)衡量糧庫(kù)管理的質(zhì)量。它直接影響庫(kù)存的生活和工作可靠性。 為了確保日常工作順利 ,首要問(wèn)題是加強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控溫度 ,因?yàn)闇囟鹊纳仙?,意味著在糧庫(kù)加強(qiáng)有氧呼吸 ,意味著很快就會(huì)腐爛霉變。所以我們需要一種低成本 ,易于使用和精確的溫度測(cè)量?jī)x器。 在我們的印象中 ,測(cè)量的溫度傳感器、放大器、數(shù)字顯示、報(bào)警和其他單位。但通過(guò)實(shí)際的調(diào)查 ,系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)并不像這樣 :因?yàn)檠羰称方?jīng)常 除了昆蟲和嚙齒動(dòng)物 ,熏蒸劑具有高毒性、高耐蝕性 ,研究者不能接觸到倉(cāng)庫(kù)設(shè)備 ,更不用說(shuō)通過(guò)數(shù)碼管顯示和報(bào)警 ,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常變化的溫度、防爆需求同時(shí) ,在倉(cāng)庫(kù)的內(nèi)部系統(tǒng)中 ,完全密封 ,并充滿了低氧和高氮?dú)?,平時(shí)人員不能及時(shí)進(jìn)入。 糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 4 2 單片機(jī)無(wú)線控制系統(tǒng) 方案 的 設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)思路 整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備是 STC89C52 單片機(jī) ,它是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟” ,它接收濕度信號(hào)和控制每個(gè)功能模塊的正常工作的協(xié)調(diào)。一方面 DHT11 數(shù)字溫度傳感器采集信號(hào) ,完成放大后發(fā)送 A / D 轉(zhuǎn)換器 ,它將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)發(fā)送到 CPU處理 ,在另一方面 ,濕度傳感器、信號(hào)采集的濕度主要定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)直接發(fā)送到處理 ,在單片機(jī)內(nèi)部 ,CPU根據(jù)模擬量和數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ,接收到的數(shù)字量和值的溫度和濕度控制 ,找出合適的溫度和濕度值 ,根據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量濕度的目的。完成液晶顯示部分由輔助單片機(jī)芯片 ,并且可以通過(guò)鍵盤輸入控制指令 ,充分提高單片機(jī)的效率。 該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度和濕度值和溫度測(cè)量范圍 55 ~ + 150。 C,根據(jù)糧倉(cāng)溫度變化的實(shí)際情況 ,設(shè)置的溫度范圍 0 – .衡量濕度測(cè)量范圍 (0 100)% RH,它足以滿足濕度測(cè)量的要求。溫度和濕度的測(cè)量值通過(guò)鍵盤顯示芯片。測(cè)量精度高 ,穩(wěn)定性好 ,整個(gè)系統(tǒng)的性能能夠滿足遠(yuǎn)程測(cè)量溫度和濕度的要求 ,適合檢測(cè)糧倉(cāng)。 本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的。 信號(hào)采集 由 DHT11 數(shù)字溫濕度檢測(cè)、多路開關(guān)組成、 A/D 轉(zhuǎn)換； 信號(hào)分析 由 A/D 轉(zhuǎn)換器、 STC89C52 單片機(jī)基本系統(tǒng)組成； 信號(hào)處理 由 STC89C52 單片機(jī)、串行口 LED 顯示器和報(bào)警系統(tǒng)等組成。 進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī) C51 語(yǔ)言編寫，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究， 了解定時(shí)器，中斷以及延時(shí)原理，總體上完成了軟件的編寫。 方案論證 （ 1）手動(dòng)控制缺點(diǎn)就是需要看守人員的手動(dòng)操作，浪費(fèi)人力，而且一旦出現(xiàn)操作失誤，則后果會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重。 （ 2）以數(shù)字集成電路為主的電路裝置，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，成本低，而系統(tǒng)的不足之處在于靈活性差，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。 糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 5 （ 3） PLC 控制系統(tǒng)方案，功能強(qiáng)大，編程方法點(diǎn)簡(jiǎn)單易學(xué)，容易開發(fā)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)，適用于環(huán)境惡劣的環(huán)景控制場(chǎng)合，有豐富的擴(kuò)展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力，可以做成大型復(fù)雜的糧倉(cāng)控制系統(tǒng)。不足處是價(jià)格昂貴，體積大，功能擴(kuò)展 需要較多的模塊，適合于工作母機(jī)控制和工業(yè)過(guò)程控制 （ 4） 用 STC89C52 單片機(jī)控制溫濕度， STC89C52 單片機(jī)體積小，有強(qiáng)大的模擬量和數(shù)據(jù)處理能力以及采用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)控制功能，價(jià)格便宜功能強(qiáng)大，既可以用于價(jià)格低廉的民用產(chǎn)品也可用于昂貴復(fù)雜的特殊應(yīng)用系統(tǒng)。自帶完善的外圍接口，可直接連接各種外設(shè)，有強(qiáng)大的模擬量和數(shù)據(jù)，綜合而言對(duì)本設(shè)計(jì)有很多優(yōu)勢(shì) 。 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測(cè)控需要而產(chǎn)生的，最能反映其功能及形態(tài)的名稱是在同一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中， Singlechip Microcontroller。 按照測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，單片機(jī)的應(yīng)用可分為單機(jī)應(yīng)用和多機(jī)應(yīng)用的兩大類。我們這次要完成的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)就是它的單機(jī)應(yīng)用，下面在介紹一下單片機(jī)在單機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的主要內(nèi)容。 （ 1）智能產(chǎn)品 單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，購(gòu)成新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前，利用單片機(jī)構(gòu)成的智能產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、工業(yè)設(shè)備等行業(yè)。 （ 2）智能儀表 目前，各種傳感器、變送器、控制儀表已普遍采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它集測(cè)量、處理、控制功能于一體，具有各種智能化功能，如存儲(chǔ) 、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音等功能。 單片機(jī)構(gòu)成的智能儀表，能使儀表具有數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化等優(yōu)點(diǎn)，賦予測(cè)量?jī)x表以嶄新的面貌，使傳統(tǒng)的儀器、儀表發(fā)生根本性的變革，它代表了儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)。 （ 3）測(cè)由許多外部通信、采集、多路分配管理、驅(qū)動(dòng)控制等接口。這些外部設(shè)備與接口如果完全由主機(jī)進(jìn)行管理，勢(shì)必會(huì)造成主機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，運(yùn)行速度降低，接口的管理水平也不可能提高。如果用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)與主機(jī)可并行加工處理，可以大量降低接口的通信密度，極大的提高了接口控糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 6 制管理水平。在一 些通用計(jì)算機(jī)外部設(shè)備上，已實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的鍵盤管理、打印機(jī)控制、繪圖儀控制、硬盤驅(qū)動(dòng)控制等控技術(shù) 用單片機(jī)構(gòu)成的各種工業(yè)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，如爐溫恒溫控制系統(tǒng)、電鍍生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)等。 (4）智能接口 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，除通用外部設(shè)備外，還有內(nèi)部設(shè)備。 單片機(jī)控制電路主要功能特點(diǎn) （ 1）可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。整套裝置開始工作后，無(wú)額外器件加入，可以及時(shí)采集到溫濕度的變化狀況，并通過(guò)溫濕度的變化，進(jìn)行揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒管理人員注意。 （ 2）糧倉(cāng)溫濕度控制系統(tǒng)在偏僻地區(qū)及城鄉(xiāng)結(jié)合部，倉(cāng)庫(kù)有點(diǎn)小，可以充分利用倉(cāng)庫(kù)人員監(jiān)控。 （ 3）溫濕度預(yù)警系統(tǒng)可以采用可在線編程的單片機(jī)，通過(guò)程序的編寫實(shí)現(xiàn)溫濕度變化狀況。 （ 4）報(bào)警電路， DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器收到溫濕度的變化信息后，啟動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警電路工作，并閃爍信號(hào)燈，通知倉(cāng)庫(kù)管理人員，避免事故的發(fā)生。 （ 5）隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， STC89C52 單片機(jī)大大減少了芯片的體積，可以采用等待、睡眠、空閑，節(jié)電工作的方法使單片機(jī)功耗大大的降低。 方案總結(jié) 我國(guó)目前的糧倉(cāng)溫濕度控制系統(tǒng)普遍存在著技 術(shù)落后，可靠性差等特點(diǎn)。本文應(yīng)用的以 STC89C52 單片機(jī)為核心的控制器，從技術(shù)上說(shuō)更為先進(jìn)，實(shí)用性更強(qiáng)，整體可靠性更高。而且 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是先進(jìn)的溫濕度檢測(cè)器，靈敏度非常高。這些設(shè)備都價(jià)格低廉，實(shí)用性高的元器件。用這樣的元器件制作的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的安全性。 糧倉(cāng)溫濕度無(wú)線控制設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 糧倉(cāng)溫濕度控制電路要求 圖 1 溫濕度測(cè)量模塊電路圖 系統(tǒng)主要由 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器和無(wú)線接受、報(bào)警器設(shè)備三個(gè)部分組成。