【正文】 智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘 要為了實現(xiàn)對糧庫糧食計量以及溫濕度的智能化監(jiān)控，設計由上位控制主機和多點下位監(jiān)測從機兩部分組成的無線監(jiān)控系統(tǒng)。從機由溫濕度傳感模塊、超聲波模塊、無線傳輸模塊和單片機等組成，主機由單片機、按鍵模塊、無線傳輸模塊和報警模塊等組成。從機通過測量糧倉內溫濕度、糧食體積，經(jīng)過無線傳輸模塊將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至上位主機，并在顯示器上顯示出該監(jiān)測節(jié)點的節(jié)點號和該監(jiān)測點當前溫濕度測量值、糧食體積，并對溫濕度超值具有報警功能，以便倉庫管理人員能實時地了解倉庫的各項數(shù)據(jù),并對特殊情況進行及時的處理。關鍵詞：糧食計量，溫濕度，傳感器，無線傳輸，超值報警Intelligent Grain Temperature and Humidity Measurement and Control System Design and ImplementationABSTRACTIn order to realize the grain measurement and intelligent temperature and humidity monitoring, design by under the upper control host and multipoint monitoring wireless monitoring system posed of two parts from the machine. From the machine by the temperature and humidity sensor module, ultrasonic module, wireless transmission module and microcontroller, etc, the host by single chip microputer, the key module, wireless transmission module and alarm module, etc. From the machine, through the measurement of temperature and humidity in the granary, grain size, through the wireless transmission module will monitor data transfer first host, and that on the screen display the node number of the monitoring node and the current temperature and humidity of the monitoring measurements, grain size, and the temperature and humidity value has alarm function, so that warehouse management personnel can realtime understanding of the data warehouse and the special circumstances and timely processing.KEY WORDS: Grain measurement, temperature and humidity sensor, wireless transmission, value alarm目 錄前 言 1第1章 緒論 2 課題設計的背景、目的及意義 2 國內外研究現(xiàn)狀 3 設計內容及要求 4第2章 系統(tǒng)總體方案功能分析 6 系統(tǒng)組成框圖 6 系統(tǒng)各硬件模塊的功能分析 7第3章 系統(tǒng)硬件電路設計及實現(xiàn) 8 電源模塊的設計及實現(xiàn) 8 溫濕度采集模塊的設計及實現(xiàn) 9 溫濕度采集 9 計量采集的設計及實現(xiàn) 10 單片機控制模塊的選用 12 時鐘電路設計及實現(xiàn) 12 復位電路設計及實現(xiàn) 13 無線傳輸模塊的選用 14 按鍵模塊的設計及實現(xiàn) 15 顯示模塊的選用及和單片機的連接 16 報警模塊的設計及實現(xiàn) 19 蜂鳴器 19 報警電路設計及實現(xiàn) 19 系統(tǒng)總體硬件設計及實現(xiàn) 20第4章 系統(tǒng)程序設計 22 主機程序設計 22 主機程序設計思路 22 主機程序流程 22 無線模塊程序設計 22 從機程序設計 22 從機程序設計思路 22 從機程序流程 22 溫濕度測量程序設計 22 超聲波測距模塊程序設計 22第5章 系統(tǒng)調試與數(shù)據(jù)分析 22 硬件電路的實現(xiàn)和調試 22 軟硬件功能分析 22 軟硬件的功能實現(xiàn) 22 軟硬件的不足之處 22 測試結果分析 22結 論 22謝 辭 22參考文獻 22附 錄 22外文資料譯文 22前 言我國是一個人口大國、農業(yè)大國，糧食的存儲對穩(wěn)定國民經(jīng)濟發(fā)展和保障民生起著至關重要的作用。糧倉內糧食的溫濕度、數(shù)量如果不能實時的監(jiān)控和統(tǒng)計，就可能會發(fā)生糧食變質、偷盜的情況，因此糧倉糧食計量和溫濕度的實時監(jiān)控是關系著我國的糧食安全的重要環(huán)節(jié)。隨著單片機技術、傳感器技術和無線傳輸技術的不斷發(fā)展。以這些技術為基礎的無線監(jiān)測系統(tǒng)越來越多的運用到我國的糧倉管理中。為了能實時對糧倉糧食進行計量、溫濕度進行監(jiān)控，本課題設計了一套智能化監(jiān)控系統(tǒng)——智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能測量糧倉的溫濕度，還具有以往監(jiān)控系統(tǒng)所不具備的計量功能。同時該系統(tǒng)還能對溫濕度超值報警，以便管理人員能夠及時采取措施保障糧食安全，對于保障我國糧食安全能起到重要作用。 第1章 緒論 課題設計的背景、目的及意義糧食產(chǎn)量和質量的保障，是一個國家經(jīng)濟的重要來源，它將推動著國家其它經(jīng)濟的快速發(fā)展。在我們這個農業(yè)大國中，要做好糧食增收和保量、保質的工作。這項工作的好與壞，將涉及到我國其它方面。因此，做好糧食的保護管理工作；這為促進促進我國社會和諧與穩(wěn)定的發(fā)展，有著積極的推動作用[13]。在我國當今科學技術快速發(fā)展的情況下，像以往那種干旱、害蟲等不利糧食增產(chǎn)的情況，都可以用科學技術手段來解決。從而使得這些不利影響不存在；同時，也解決了與糧食相聯(lián)系的其它行業(yè)有好的保障[45]。但是，近年來由于各種原因，有關單位忽視了糧食倉儲設施的現(xiàn)代化建設，忽視了糧食儲備的重要性，出現(xiàn)國有糧食倉儲流失現(xiàn)象。同時，糧食的質量也存在問題。在對國內部分糧庫檢查過程中，甚至還存在著偷糧、盜糧等不法現(xiàn)象。例如，現(xiàn)存在有些地方自己通過非法手段拿取糧食，對國家和人民造成很大的影響。同時，這些弊端也波及到我國的其它方面。為了應對上述等不良現(xiàn)象，國家已經(jīng)在對糧食的存儲量和糧食質量等方面采取了相應的措施。但是，目前國內糧食管理局還是無法將糧食的計量與糧食溫濕度結合在一起，進行有效的檢測。不能很好的有效的對糧食進行管理保護，保證糧食的穩(wěn)定增產(chǎn)和糧食質量的優(yōu)質[67]。因此，針對當前糧庫存糧過程中存在的這些問題（糧食的偷盜、潮濕、干燥等）。應采取相應的技術措施，提高糧食局的管理水平[8]。其一就是分析清楚自然環(huán)境對糧食造成的影響，這些影響可能會對糧食造成哪些不利因素。其次，分析糧食數(shù)量的非正常減少，這其中的漏洞問題。本系統(tǒng)就是采用通信技術、傳感技術、單片機技術，構建了一整套完備的監(jiān)控系統(tǒng)，來應對當前存在的這些問題[9]。綜上所述，目前迫切需要一套能夠隨時進行糧庫各個糧倉實際庫存計量、溫濕度檢測為一體監(jiān)控系統(tǒng)，以技術手段消除可能存在的監(jiān)守自盜等丑惡現(xiàn)象和確保糧食質量安全。從而提高糧食監(jiān)管部門的監(jiān)管能力和技術手段，克服長期以來一直困擾糧食倉貯監(jiān)糧食計量與保質的難題[10]。 國內外研究現(xiàn)狀對于智能化糧庫糧食的計量與糧情監(jiān)控管理系統(tǒng)，以前僅是依靠操作人員的手工檢測，其中投入了大量的人力、物力；同時，檢測誤差很大，工作可靠性也不高。近年來，糧食管理局開始采用先進的傳感檢測技術與數(shù)據(jù)采集技術等手段[11]。其中在糧食數(shù)量的檢測方面，采取的主要檢測方式有： 基于流量計的庫存計量方法。它是在糧食入庫/出庫時，在提升機傳輸帶上面了安裝流量計。以此來獲取糧食入庫/出庫時的數(shù)量，根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來確定糧倉的庫存數(shù)據(jù)。這種計量手段可以在糧食入庫/出庫的過程中來獲取數(shù)據(jù)，這種方式的特點是誤差小，操作簡單、管理方便。根據(jù)裝運糧食車輛固有的載重系統(tǒng)的標準數(shù)據(jù)來確定糧食的庫存數(shù)量。這種檢測方式是以車的本身承受的重量，批次、數(shù)量、結合糧食入庫/出庫操作，以及糧食上一次出庫或者入庫操作完成后的存儲數(shù)據(jù)，進而獲得的相應的存儲數(shù)據(jù)。糧庫容量計量方法。它是囊括了電子秤的工作原理，應用工作可靠性高的電子元件制成檢測儀。它是通過相應的處理所檢測的物理量，把其用相應的工作設備變化成所識別的數(shù)據(jù)，然后把它發(fā)至 MCU 有相應的加工就能完成系統(tǒng)的預期目標。然后，根據(jù)糧倉的底面積和糧食的密度就可以確定倉內糧食的存儲量。在以上這三種檢測方法中，基于流量計的庫存計量方法雖然檢測精確度很高，操作簡單、管理方便。但是，這種方法不能實時得知測量結果，只能查看歷史數(shù)據(jù)，中間糧食的數(shù)量出現(xiàn)什么變故也不得而知。與上述方法相比較而言，第二種方法計算量大、測量過程過于麻煩，而且所測得的數(shù)據(jù)真實性不強，測量誤差也很大。同時，也存在著第一種測量方法存在的缺點。與前兩種測量方法相比較，第三種測量方法能夠克服上述缺點。但是考慮到庫內糧食的影響因素太多，所檢測的數(shù)據(jù)很難直接得到，其中存在的自然因素、糧堆的模型和糧食的物理因素，這些都制約著測量的可行性。所以，設計非接觸式的在線工作模塊是當前迫切需求的[12]。在糧情檢測與控制方面，糧食的溫度、濕度檢測是糧庫糧食管理的一個重要方面。當今世界和我國的科學水平有了很好的基礎，已經(jīng)擺脫了以前的那些落后的局面。單片機技術的更新?lián)Q代，使得單片機技術、數(shù)據(jù)采集與通信技術被廣泛應用在智能化糧庫糧食的計量與糧情監(jiān)控管理系統(tǒng)。最開始是采用熱導電片、銅作為傳感檢測元件，以熱導電片、銅電阻的熱反應變化來得知糧情的變化。然而像這種工作模式仍是依靠人工去工作。它的缺點是：可靠性不好；同時，它的精度也不高。面對這種難題的困擾，我國的一些技術工作者在多年來的設計研究下，取得了很大的進步。傳感檢測裝置的自動化、數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集技術日益完善，速度快、準確度高的特點。從而使得我們在糧食管理方面，有逐步完善的檢測系統(tǒng)。我國在糧庫管理方面所用的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，已經(jīng)進入智能化、信息化和數(shù)字化的時代。在本系統(tǒng)采用的硬件檢測裝置中，用到的是溫濕度、計量等方面的檢測設備。在數(shù)據(jù)采集模塊上，有計量、溫濕度等糧情的預設置接口，還有集成設計電路板上專屬的多個芯片，來完成系統(tǒng)預先設定的功能。除了可以檢測上述數(shù)據(jù)外，還留有計量報警、溫濕度報警和數(shù)據(jù)轉換等功能。采取這些設備組成的管理模塊所具備的功能，其特點：系統(tǒng)的結構布局簡單、容易安裝和維護，還有就是檢測采集數(shù)據(jù)的實時性、準確度高等優(yōu)點。不足之處，就是在這些選購的設備中，溫濕度傳感器雖然克服了傳統(tǒng)的測溫測濕系統(tǒng)中的不便。這種檢測設備以更直觀、更準確的給出了檢測數(shù)值，但是投入的成本較高。相比較而言，世界上發(fā)達國家在這方面的研究技術已經(jīng)遠遠的走在了我們的前邊。在糧食管理技術方面，國內與國外在這方面已經(jīng)有了一定的差距。國外，在這方面所采用的已是全數(shù)字、多功能。 設計內容及要求本次畢業(yè)設計以單片機STC89C52為核心，能夠綜合測量多點溫濕度并對糧食計量，通過無線收發(fā)信號，具有報警系統(tǒng)和顯示功能。具體設計內容如下：1. 選擇合適的傳感器，并分析它們的使用方法。2. 實現(xiàn)傳感器與單片機的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。3. 設計多個采集從機子系統(tǒng)，編號為AN，能滿足對溫濕度、計量的測量。4. 從機采集數(shù)據(jù)后經(jīng)無線模塊發(fā)送至主機，并在主機顯示各個節(jié)點的信息，主機通過按鍵設置溫濕度上下限，對于溫濕度超值進行報警。5. 搭建硬件電路，編寫相應的軟件程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的軟硬件功能，進行系統(tǒng)調試和測試數(shù)據(jù)綜合分析。第2章 系統(tǒng)總體方案功能分析 系統(tǒng)組成框圖根據(jù)本次課題的內容及課題任務的要求，智能化糧庫糧食計量與溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要由計量、溫濕度檢測電路、下位機控制電路、無線傳輸電路、上位機控制電路四個主要模塊組成。系統(tǒng)設計了兩個下位監(jiān)測從機，其總體原理框圖，如圖21所示。圖21 總體原理框圖根據(jù)原理框圖，設計方案：采用數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11和HCSR04超聲波模塊組成數(shù)據(jù)采集端，上位機和下位機采用單片機STC89C52, 利用NRF905作為無線傳輸模塊,LCD12864顯示測量結果。系統(tǒng)組成框圖如圖22所示。圖22 系統(tǒng)模塊組成圖 系統(tǒng)各硬件模塊的功能分析1. 電源模塊功能分析系統(tǒng)有無線模塊、單片機模塊、采集模塊、按鍵模塊、報警模塊等等，無線模塊需要提供+，其他模塊提供+，綜合分析需要電源模塊提供++，以滿足各模塊的工作電壓需求。2. 采集模塊功能分析采集模塊包括溫濕度的采集和計量采集。為了了解糧倉的實時情況，采集模塊一定要選好采樣點并保證數(shù)據(jù)的準確性。3. 單片機控制模塊功能分析單片機控制模塊，它的晶振控制著單片機的工作節(jié)奏，I/O口控制著外圍電路的工作情況，主要是控制糧食計量、溫濕度的測量、NRF905接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、報警模塊的工作等等。4. 無線傳輸模塊功能分析上位監(jiān)測主機和下位監(jiān)測機都需要連接無線傳輸模塊，根據(jù)上位監(jiān)測主機和下位監(jiān)測從機的功能要求，處于等待接收模式或發(fā)送模式。上位監(jiān)測主機首先是發(fā)送模式，然后等待接收；下位監(jiān)測從機首先等待接收數(shù)據(jù)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)。5. 按鍵模塊功能分析按鍵模塊用來設置溫濕度的報警上下限。6. 顯示模塊功能分析顯示模塊由帶字庫的12864組成，用來顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)。7. 報警模塊功能分析上位機接收到的溫濕度數(shù)值不在給定范圍內時，就驅動蜂鳴器。第3章 系統(tǒng)硬件電路設計及實現(xiàn)