【導(dǎo)讀】條件、保證糧食品質(zhì)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等已成為糧食倉儲(chǔ)行業(yè)的新課題。設(shè)計(jì)主要是利用高性能、低功耗的ARM處理器進(jìn)行糧食倉庫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。體信號(hào)模塊、主控模塊和顯示模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文；系統(tǒng)硬件電路原理圖；至少一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文；附不少于10篇主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要。相關(guān)氣體的濃度有關(guān)。傳統(tǒng)的倉庫管理模式，缺乏自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，需要值班人員定期用。測(cè)量儀器去多個(gè)區(qū)域進(jìn)行人工測(cè)量。倉儲(chǔ)環(huán)境的狀況，從而不能及時(shí)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致糧食品質(zhì)的下降。報(bào)警裝置來切實(shí)提高儲(chǔ)糧的水平。本設(shè)計(jì)的最大的優(yōu)點(diǎn)在于其自動(dòng)性、準(zhǔn)確性、高效性。以及其所采用的一些相關(guān)的元器件。量糧倉各個(gè)地方的溫濕度情況。此外我們可以在本設(shè)計(jì)之中提前確定相關(guān)被控參數(shù)的設(shè)。本文的控制部分主要用的是ARM部分，它與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比功能更加的強(qiáng)大，這些因素使得ARM與51單片機(jī)相比更加的高性能，低功耗。領(lǐng)域應(yīng)用的更加廣泛。

　　

【正文】 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量工程中可以對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。它不僅能準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)濕度，還能測(cè)量濕度和露點(diǎn)。測(cè)量相對(duì)的范圍是 0100%，分辨率 %RH，測(cè)量溫度的范圍 40℃ — +℃，分辨率為 ℃，測(cè)量露點(diǎn)的精度 +1℃。在測(cè)量濕度、溫度時(shí) A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá) 12位、 14 位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。該芯片廣泛應(yīng)用于冷暖空調(diào)、汽車、消 費(fèi)電子、自動(dòng)控制等域。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、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)；另外 SHT11 芯片內(nèi)部集成了1 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。該芯片在溫濕度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。 SHT11 的主要特性如下： 將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、 I2C 總線接口全部集成于一芯片（ COMensTM 技術(shù)）； 可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出； 帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 I2C 總線數(shù)字輸出接口； 具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能 ； 具有卓越的長期穩(wěn)定性； 濕度值輸出分辨率為 14 位，溫度值輸出分辨率為 12 位； 具有可靠的 CRC 數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能； 片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證 100%互換性； ．電源電壓范圍為 ； 電流消耗，測(cè)量時(shí)為 550uA，休眠時(shí)為 3uA； SHT11 測(cè)量電路圖如 27 所示。 圖 27 SHT11 傳感器電路 SHT11 各引腳功能如下： GND：接地端 DATA：串行數(shù)據(jù)輸出 /輸入端 SCK：串行口時(shí)鐘輸入端 VDD：接電源端 SHT11 工作過程 SHT11 的 DATA 引腳在 SCK 時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時(shí)鐘上升帥鍋： 基于 ARM 的糧食倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 沿后有效，所以，控制器可以在 SCK 高電平時(shí)讀出數(shù)據(jù)，而當(dāng)其向 SHT11 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則必須保證 DATA 上的電平狀態(tài)在 SCK 高電平段穩(wěn)定。在需要輸出高電平時(shí)，控制器將置為高阻狀態(tài)，由外部的上拉電阻將信號(hào)拉至高電平，從而實(shí)現(xiàn)高電平輸出。 SHT11首先由兩個(gè)傳感器分別測(cè)量相對(duì)濕度和溫度信號(hào)，經(jīng)過放大電路放大后分 別送到 14 位的 ADC 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過二線制的串行接口，將相對(duì)濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至控制器中。最后利用 ARM 完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。 SHT11 的濕度檢測(cè)運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式的原有特性外，還可以抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度較高且可得出露點(diǎn)，同時(shí)不產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。 CMOSensTM 技 術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大電路、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn) I2C 總線等電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)。 SHT11 傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在 OTP 內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器與 A/D 轉(zhuǎn)換器相連，可以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線 I2C 總線器件，從而將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合 I2C 總線協(xié)議的串行數(shù)字信號(hào)。 傳輸開始：初始化傳輸時(shí)，應(yīng)首先發(fā)出“傳輸開始”命令，該命令可在 SCK 為高電平時(shí)使 DATA 由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個(gè) SCK 為高時(shí)將 DATA 升高。接下來的命令順序包含三個(gè)地址（目前 只支持“ 000”）和 5 個(gè)命令位，當(dāng) DATA 腳的 SCK 位處于低電平時(shí)，表示 SHT11 正確接收到命令。 連接復(fù)位順序：如果與 SHT11 傳感器的通訊中斷，下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位：即當(dāng) DATA 線處于高電平時(shí)，觸發(fā) SCK9 次以上（含九次），此后接著發(fā)一個(gè)“傳輸開始”命令。 溫濕度測(cè)量時(shí)序：當(dāng)發(fā)出了溫濕度測(cè)量命令后，控制器就要等到測(cè)量完成。使用8/12/14 位的分辨率測(cè)量分別需要大約 11/55/210 毫秒的時(shí)間。為表明測(cè)量完成， SHT11會(huì)使數(shù)據(jù)線為低，此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng) SCK，然后傳送兩字節(jié)的測(cè) 量數(shù)據(jù)與 1 字節(jié)的校驗(yàn)碼?？刂破鞅仨毻ㄟ^使 DATA 為低來確認(rèn)每一個(gè)字節(jié)。通訊在確認(rèn) CRC 數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用校驗(yàn)，則控制器就會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù)后保持 SCK 為高來停止通訊，SHT11 在測(cè)量和通訊完成后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。需要注意的是，為了使 SHT11 的溫升低于 ℃，此時(shí)的工作頻率不能大于標(biāo)定的 15%（如： 12 位精度時(shí)，每秒最多進(jìn)行三次測(cè)量）。 低電壓檢測(cè)， SHT11 工作時(shí)可以自行檢測(cè) VDD 電壓是否低于 ，準(zhǔn)確度為177。 下載校準(zhǔn)系數(shù)：為了節(jié)省能量并提高速度，在每次測(cè)量前都要重新下 載校準(zhǔn)系數(shù)，從而使每一次測(cè)量節(jié)省 的時(shí)間。 測(cè)量分辨率設(shè)定：將測(cè)量分辨率從 14 位（溫度）和 12 位（濕度）分別減到 12 位和 8 位可應(yīng)用于高速或低功耗場(chǎng)合。 由于將傳感器與其它功能電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器芯片的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性。而 A/D 轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)部裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器具有相同的功能，具有 l00%的互換性。 氣 體濃度采集處理模塊 神山口大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 此部分電路主要由信號(hào)的采集電路、放大電路、濾波電路等組成。 氣體信號(hào)的采集用的是 MC113 催化燃燒式氣敏元件。這個(gè)元件在通電加熱的狀態(tài)下，對(duì)可燃?xì)怏w具有吸附、脫附效應(yīng)，使其電導(dǎo)率隨著空氣中的可燃?xì)怏w的濃度增加而增大，使電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。由于輸出的電壓信號(hào)很微弱（ mV 級(jí)），要經(jīng)過放大處理才能進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，這部分由差分放大器和三極管完成，并且差分放大器還能有效的抑制噪聲。處理器 STM32F107 自身還有 A/D 轉(zhuǎn)換功能，所以不用另外的 A/D 轉(zhuǎn)換器了，直接 放大濾波后送至處理器的 PC4 端口進(jìn)行處理。 氣體傳感器 MC113 MC113 根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作：當(dāng)易燃?xì)怏w接觸被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲，使用時(shí)將鉑絲通電，保持 300400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升，通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。如下圖 28 是 MC113 的測(cè)量電路，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件 R R5 配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性 氣體時(shí)檢測(cè)元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增加而成比例增大，補(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用，當(dāng)剛開始測(cè)試之前，就可以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 R9，把初始輸出電壓調(diào)為零，有效的解決了因更換不同的阻值的探頭或因周圍環(huán)境變化導(dǎo)致的初始電壓不為零的初始化的問題。 圖 28 MC113 傳感器測(cè)量電路 該傳感器采用恒壓供電，工作電壓為 (177。 )V，工作電流為 (90177。 10) mA，傳感器輸出線性度 很好， MC113 不僅可以檢測(cè)甲烷 (CH4)，還可以檢測(cè)液化石油氣 (LPG)、氫氣 (H2)，輸出都呈現(xiàn)出一個(gè)良好的線性度。 MC113 的測(cè)量范圍是 (0～ 100) %LEL，其中“ LEL”是指爆炸下限，可燃?xì)怏w在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限一簡稱” LEL”，本設(shè)計(jì)中對(duì)超過 60%LEL 的氣體濃度進(jìn)行報(bào)警。 本設(shè)計(jì)采用的是 5 號(hào)氣敏元件，氣體濃度變化 1%時(shí)，輸出電壓變化 20mV，則可導(dǎo)出輸出電壓與氣體濃度的線性關(guān)系： V= 20 p (公式 21) 其中， V 表示輸出電壓大小，單位為 V； p 表示氣體濃度。這樣就把氣體濃度信號(hào)變成了電壓信號(hào)。 信號(hào)放大電路 放大器選用的是 AD623，它可以采用單電源供電，外接電阻后其增益最高可達(dá) 1000倍，放大倍數(shù)與增益電阻的關(guān)系式為： G=1+100KΩ /R。如圖 29 為 AD623 信號(hào)放大電帥鍋： 基于 ARM 的糧食倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 路， AD623 的輸入端接 R R C C C10 用來濾除無線電頻率的干擾，特別是信號(hào)較弱時(shí)更明顯。因?yàn)?AD623 輸出的信號(hào)將送到 ARM 的 A/D 轉(zhuǎn)換 接口 PC4 端，但是這個(gè)接口最大只能轉(zhuǎn)換 的電壓，所以要求基電壓加上擺動(dòng)電壓不能超過 3. 6V。最終我們選取的是基電壓為 ，供電壓為 +5V，放大倍數(shù)定為 7 倍，這樣可以保證在采樣范圍 0～ 100%LEL 內(nèi)產(chǎn)生的電壓都可以經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換。 圖 29 AD623 信號(hào)放大電路 信號(hào)濾波電路 如圖 210 信號(hào)濾波電路，本電路由兩階濾波電路和同相比例放大電路組成，在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引 入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率 ff0 時(shí)（ f0 為截止頻率），電路的每級(jí) RC 電路的相移趨于 90，兩級(jí)RC 電路的移相到 180，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過電容 C 引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)的作用，使電壓的放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻信號(hào)端信號(hào)通過。其特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。 由公式 22 計(jì)算得出截止頻率為 1592HZ。 二階濾波電路傳遞函數(shù)： 222ccc0wsQwswAsH???）（ （公式 22） 其中 A0 稱為通帶增益 Q=1/(3A0) 稱為等效品質(zhì)因數(shù) Wc=1/RC 稱為特征角頻率 圖 210 信號(hào)濾波電路 神山口大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 顯示電路模塊 顯示設(shè)備是電子系統(tǒng)常見的輸出設(shè)備，在電子系統(tǒng)中占有極其重要的作用，顯示電路主要有兩種顯示方式：數(shù)碼管顯示方式和 LCD 液晶顯示方式。 數(shù)碼管是由 7 段或 8 段發(fā)光二極 管組成，在平面上排成 8 字型，主要有共陰極和共陽極兩種，只要使某些段點(diǎn)亮而另一些段不亮就可以顯示 09， AF 等字型。要使某段點(diǎn)亮必須具備 2 個(gè)條件：一是共陰極管的公共端接地和共陽極管的公共端接電源；二是共陰極管的控制端接電源和共陽極管的控制端接地。此顯示方式具有接口簡單，占用資源少、控制靈活方便等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上主要有 2 位一體， 4 位一體， 8 位一體等數(shù)碼管，價(jià)格也比較便宜。 LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多 垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面，不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖片等，由于 LCD 顯示器通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題，對(duì)于畫面穩(wěn)定、無閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但圖像也很穩(wěn)定， LCD 顯示器還可以通過液晶控制透光度的技術(shù)原理讓底板整體發(fā)光，做到了真正的完全平面。但是相對(duì)于數(shù)碼管顯示器，其價(jià)錢比較其昂貴。由于 LCD 液晶顯示方式相對(duì)于數(shù)碼管顯示方式來說不用考慮不斷刷新等優(yōu)點(diǎn)，所以本課題設(shè)計(jì)利 用 TFTLCD 作為輸出顯示設(shè)備，本課題的 LCD 的驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9320，它采用 16 位數(shù)據(jù)線與外部進(jìn)行連接，利用控制器傳輸控制信號(hào)，在 LCD 上將傳感器的溫濕度、氣體濃度數(shù)據(jù)都顯示出來。其電路連接如圖 211 所示： 圖 211 TFTLCD 電路連接圖 它有如下一些信號(hào)線： CS： TFTLCD 片選信號(hào)。 帥鍋： 基于 ARM 的糧食倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 WR：向 TFTLCD 寫入數(shù)據(jù)。 RD：從 TFTLCD 讀取數(shù)據(jù)。 DB[15:0]： 16 位雙向數(shù)據(jù)線。 RST：硬復(fù)位 TFTLCD。 RS：命令 /數(shù)據(jù)標(biāo)志