【正文】 7 連接數(shù)據(jù)采集電路 ， P00、 P01 、 P02 以 及 P03 連接 CAN 總線通信模塊 ， P P1 P12 以及 P2 口連接 LCD， P1 P14 和 P15 連接 DS1302， P0 P0 P0 P32 以及 P33 連接鍵盤電路 ， P34 連接聲光報警電路 ， P35 連接輸出控制電路 ， P36 和 P37 連接掉 電保護(hù)電路，STC89C52 的最小系統(tǒng)如圖 所示。本系統(tǒng)設(shè)計時，采用了 12M 的 時 鐘頻率，用 T0 產(chǎn)生 PWM 脈沖，用 WDT 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 開始 初始化 讀取溫濕度標(biāo)值 向 CGRAM 寫字符 設(shè)定狀態(tài)？ 否 是 清看門狗寄存器 否 上位機(jī)允許？ 是 發(fā)送到 can 總線 設(shè)定并顯示設(shè)定值 聲光報警處理 存儲溫濕度設(shè)定值 PWM 控制輸出 數(shù)字濾波 接收 can 總線數(shù)據(jù) 顯示前數(shù)據(jù)處理 否 發(fā)向本節(jié)點(diǎn)？ 否 顯示溫濕度？ 是 算出溫濕度設(shè)定值 是 顯示實時溫濕度 存儲溫濕度設(shè)定值 讀取實時時間 讀取實時溫濕度 顯示實時時間 圖 下 位 機(jī) 主程 序 流程圖 3 系統(tǒng)硬 件 設(shè)計 STC89C52 簡介 STC89C52 是 STC 公 司 推出的 8 位單片機(jī) ， 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ，超強(qiáng)的加 密功能，極高的擦寫次數(shù)（大于 100000） 。系統(tǒng)控制原理框圖如圖 所示。 圖 智 能 節(jié) 點(diǎn) 的 原 理框 圖 因為固態(tài)繼電器的輸入控制屬于兩位控 制 ， 只有開或關(guān)兩個狀態(tài) ， 不能進(jìn)行線性控 制 ， 所以其控制算法采用 PWM 控制 。 圖 智 能 節(jié) 點(diǎn) 原 理 圖 東 北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 智能節(jié)點(diǎn)由 STC89C52 最小系統(tǒng)和 DHT21 溫 濕度測量電路，鍵盤輸入電路 ， LCD 液晶顯示電路 ， 聲光報警電路 ， 掉電保護(hù)電路 ， 實時時鐘電路 ， 輸出控制電路以及 CAN 總線通信模塊構(gòu)成 ， 能完成對一個糧倉內(nèi)多點(diǎn)溫濕 度 數(shù)據(jù)采集 ， 溫濕度控制 ， 能輸入所 要控制到的溫濕度值，能顯示 出 溫濕度值和實時時間，能超限報警 ， 有掉電保護(hù)功能， 還能通過 CAN 總線接口與 CAN 總線通信。 作為信號傳輸層的 USB 轉(zhuǎn) CAN 總線模塊是連接 上位監(jiān)控機(jī)和智能節(jié)點(diǎn)的橋梁 ， 上位監(jiān)控機(jī)發(fā)出的控制信號 ， 以及智能節(jié)點(diǎn)的反饋信號 都是通過它 傳 遞的。 圖 系 統(tǒng) 總 體 結(jié) 構(gòu) 原理 圖 本系統(tǒng)以糧倉的溫濕度為監(jiān)測 對 象，主要由 PC 機(jī)、 USB 轉(zhuǎn) CAN 總 線模塊和智能 節(jié)點(diǎn)三部分組成。 由于現(xiàn)場環(huán)境有 干 擾，為了保證系統(tǒng) 可靠工作，采用自帶看門狗的單片機(jī) STC89C52，保證有干擾時，程序能夠自動復(fù)位并 開始正常工作。 根據(jù)糧倉溫 濕 度范圍 和控制精度要 求 ，采用 數(shù) 字溫濕 度 復(fù) 合 傳感 器 DHT21。按照目標(biāo) 要求，現(xiàn)場控制器完成的功能如下： ? 采集現(xiàn)場溫濕度并傳給上位機(jī) ， 根據(jù)設(shè)定溫濕度進(jìn)行實時控制 ， 滿足控制要求； ? 通過 CAN 總線與上位機(jī)機(jī)進(jìn)行通信； ? 顯示當(dāng)前的溫濕度測量值、設(shè)定值、實時時間； ? 可通過鍵 盤 設(shè)定溫濕度理想值； ? 在溫濕度超限時實現(xiàn)聲光報警； ? 能實現(xiàn)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的掉電保 護(hù) 。現(xiàn) 場 控制器只有 在 接收到 上 位主控計算 機(jī) 的指令 時 才進(jìn)行其相應(yīng) 操 作，其他時間單獨(dú)工作，并不斷向上位機(jī)發(fā)送測量數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)如下： ? 當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故 障 時，現(xiàn)場控制器可以繼續(xù)工作，不會影響控制功能； ? 溫濕度控制器的工作狀態(tài)由現(xiàn)場控制器獨(dú)立控制； ? 當(dāng)某一臺現(xiàn)場控制器 出 現(xiàn)故障時，可以立即 利 用備用的現(xiàn)場控制器替 換， 不 會 影響其他糧倉溫濕度的控制，保證控制質(zhì)量。 DHT21 輸出數(shù)字量已經(jīng)過校準(zhǔn) ， 傳感器包括電容式感濕元件和 一 個 NTC 測 溫元件 ， 并與一個高性能 8 位單片機(jī)相連接 ， 無需額外部件 ， 只有一根信號線 ， 便于擴(kuò) 展，性能穩(wěn)定，并 且 比同類產(chǎn)品要便宜的多，所以用在這里是我們理想的選 擇 。 本系統(tǒng)中， 我 采用集溫度、濕度測 量 于一體 的 數(shù)字傳感 器 DHT21， 溫度傳感器濕 度傳感器合二為一 ， 避免了溫度和濕度在同時測量或讀取時引起的沖突 ， 簡單方便 ， 快 速高效 ， 經(jīng)濟(jì)耐用 。為提高測量精 度 ， 需增加系統(tǒng)成本和花費(fèi)大量的時間進(jìn) 行 硬件電路及軟件的調(diào)試 。 傳統(tǒng)的現(xiàn)場溫 濕 度檢測大都采用模擬溫濕度傳感器經(jīng)前端放大 、 信號調(diào)理 、 A/D 變 換和數(shù)據(jù)線性修正等過程來完成 。 這 些參數(shù)并不是要求越高越好 ， 因為要求越高不僅會帶來成本的提高 ， 也會帶來信號處理 的難度 ， 噪音等問題 。 在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器 ， 然后再考慮傳感器的具體性 能指標(biāo) 。 溫濕度傳感器的選取 要考慮用何種原理的傳感器 ， 首 先 要看所進(jìn)行的具體測量工作 ， 這需要分析多方面 的因素之后才能確定 。 相對濕度測量主要用于要求保持一定濕度氣氛的紡織 、 薄膜生產(chǎn)等行 業(yè) ， 武器 裝備封存、倉儲等場 所 ，防止材料的腐蝕、霉變主要依賴于相對濕度控制。 但是這兩種方法都難以用于 自動化測控系統(tǒng)的現(xiàn)場傳感測 量 ， 工程技術(shù)中常采用絕對濕度 、相對濕度和露 點(diǎn) 溫度表 示法和相應(yīng)的測量技術(shù)。由于受物體的發(fā)射率、被測對象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他的 介 質(zhì)的 影 響， 這 種方 法一般 測 溫誤 差 較大 。 非接觸式測溫法的 特 點(diǎn)是感溫元件不與 被 測對象相接觸，而 是 通過輻射進(jìn)行 熱交換，故可以避免接觸式測溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測溫上限。 接觸式測溫法的特 點(diǎn) 是測溫元件直接與 被 測對象接觸，兩者 之 間進(jìn)行充分的 熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對 象 的溫 度 值 。 溫濕度的測量方法 ? 溫度的測量方法 溫度不能直接測定 ， 它的測定是采用間接的手段 ，通過觀察另一種物 質(zhì) ， 即所謂測 溫介 質(zhì) 的 物 理 特 性 變化 的方 法 來 確 定 。 所以 ， 通常我們說的糧倉濕度大小 ， 都是指糧食的相對濕 度大小。 但是 ， 糧食的水分到底有多少則與相對濕度的大小直接有 關(guān) ， 相對濕度 小 ， 說明空氣所含水蒸汽量 還 遠(yuǎn)沒有接近飽和量 ， 也就是說還能容納 更 多的水分 ， 相對 濕度大 ， 說明空氣所含水蒸汽量己接近飽和量不能再容納更多的水分 ， 反而會吸收空氣 中的水分 。隨著溫度的增高空氣中可以含的水就越多，也就是說，在同樣多的水蒸氣的 情 況下 溫 度升 高 相對 濕 度就 會 降低 。 –水 的 氣體 常 數(shù) =(kg K) T – 溫度 ， 單 位 是 開 爾 文 m – 在 空 氣中溶 解 的 水 的質(zhì) 量 ，單 位 是 克 V – 空 氣的 體 積，單 位 是立 方 米 相對濕度 （ RH）是絕對濕度與 最 高濕度之間的比，它 的值顯示水蒸氣的 飽 和 度 有多 高 ， 其 計算的 見 公 式 （ ） 。高 度 不同 絕 對濕 度 也 不 同 ，因 為 隨著 高度的 變 化空 氣 的 體 積 變化。絕對濕度的 最 大 限 度是飽和狀態(tài) 下 的 最高濕度?？諝獾?干 濕程 度 叫 做“ 濕度 ” ， 在 此意義下 ， 常用絕對濕度 、 相對濕度 、 比較濕度 、 混合比 、 飽和差以及露點(diǎn)等物理量來 表示。 整個世界這么精彩就是因 為 這些 不 同的 分 子 、 原 子在 不 同的 溫度下 變 化而 來 的 。 溫度是分子平 均 動 能 的標(biāo)志，它決定一 個 系統(tǒng)是否與其它系 統(tǒng) 處于熱平 衡 狀 態(tài)，它的基本特征在于一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度 。 目 前 國 際 上 用 得 較多 的 溫 標(biāo) 有 華 氏 溫 標(biāo) (℉ )、 攝氏 溫 標(biāo) （ 176。 溫度只能通過物體 隨 溫度變化的某些特 性 來間接測量，而用 來 量度物體溫度 數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。 分子運(yùn)動愈快，物體愈熱， 即 溫度愈高；分子運(yùn)動愈慢，物 體愈冷，即溫度愈低 。 第七、八、九章，分別為致謝，參考文獻(xiàn)和附錄。 (4) 設(shè)計基于 CAN 總線的遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)及基于 VB 的人機(jī)界面。 (2) 設(shè)計溫濕度測量系統(tǒng)，使之具有多點(diǎn)測量及 實時顯示的功能。 利用監(jiān)控室的上位機(jī)對糧倉進(jìn)行監(jiān)控 ， 用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室 ， 管理人員不需要深入現(xiàn)場 ， 就可以按 照所需的溫濕度要求對糧倉內(nèi)的溫 濕 度情況進(jìn)行控制 ， 還可以查看歷史數(shù)據(jù) ， 優(yōu)化現(xiàn)場 作業(yè) ， 提高了生產(chǎn)效率 ， 增強(qiáng)了國家糧食儲備安全水平 ， 以獲得實時糧倉管理 ， 實現(xiàn)自 動化、智能化，為實現(xiàn)我國糧倉管理現(xiàn)代化更近了一 步 。 該系統(tǒng)具有可靠性和高性價 比，而且操作維修簡便，具有檢測、數(shù)顯、控制等諸多功能。 在綜合研究國內(nèi)糧倉管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下 ， 吸 收了國內(nèi)多種糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗后 ， 我們設(shè)計了自己的糧倉溫濕度監(jiān)控系 統(tǒng)。 影響儲糧安全的最主要因素是糧堆內(nèi)的溫度和濕度 ， 因此這就要求有一種經(jīng)濟(jì)實用 的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時監(jiān)測糧倉 溫 度和濕度分布，準(zhǔn)確分析糧倉溫濕度變化， 并及時采取相應(yīng)控制措施，使得管理人員能夠方便有效地進(jìn)行監(jiān)控操作。 現(xiàn) 在 ， 我 國在 糧 倉 建 設(shè)上 己 經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)范化 ， 但是監(jiān)測手段一直未能實現(xiàn)同步現(xiàn)代化 。 設(shè)計的目的及意義 科學(xué)儲糧是糧食生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié) ， 若管理不當(dāng) ， 糧食發(fā)霉或生蟲會造成極大浪 費(fèi) ， 而糧倉管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中溫度和濕度的變化 。 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于控制環(huán)境空間的溫度和相對濕度 ， 從系統(tǒng)控制的角度來 看 ， 屬于純滯后控制 ， 而這一技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟 。 （ 2）構(gòu)成系統(tǒng)整體 的 測控技術(shù)和管理，無 論 是硬件還是軟件，都 已 普遍采用相應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)模塊集成，并且早已實現(xiàn)組態(tài)。 當(dāng)某一通信節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障 時 ， 還會影響 整個系統(tǒng)。 目前 ， 國內(nèi)生產(chǎn)的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)品種繁 多 ， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異 ， 在糧倉內(nèi)外溫濕 度檢測 、 糧食內(nèi)部溫濕度檢測及分析 、 通風(fēng)機(jī)械的控制等方面 ，比之前有了不少進(jìn)步但 仍有進(jìn)步空間 。 采用人工測 量 與人工抄錄 、管理相結(jié)合的傳統(tǒng)方 法 ， 并且用人工的辦法對糧食進(jìn)行晾曬 ， 通風(fēng) ， 噴灑藥劑防止因存儲不當(dāng)引起的溫濕度 異常及蟲害 ， 消耗了大量的人力和財力 ， 效率較低 ， 然而往往由于判斷失誤和管理不 力 ， 效果不佳，發(fā)霉變質(zhì)等現(xiàn)象大量存在 。 表 糧溫為 10℃時糧食水分與安全儲藏 期 的 關(guān) 系 糧食 水 分 (%) 糧食 安 全 儲 藏期 (月 ) 12. 0 15. 5 8 12 15. 5 17. 5 6 10 17. 5 18. 5 4 6 18. 5 20. 0 1 4 20. 0 23. 0 0. 5 2 23. 0 25. 0 0. 25 0. 5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 隨著傳感器技術(shù) 、 計算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 、 超大規(guī)模集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展， 監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，在此同時，糧倉溫濕度監(jiān)控技術(shù)的研究在軟、 硬件等方面都有了一定的進(jìn)展。 在西班牙的一個碾米廠 ， 采用機(jī)械制冷低溫儲藏稻谷 后提高整米率 20 %。 對于稻谷 ， 最適合的碾磨水分 是 15 %左右 ， 但 常溫下稻谷儲藏的安 全 水分是 ～ 14 %，加工前需進(jìn) 行 人工增 濕 ， 使稻谷易于產(chǎn)生爆腰，碾磨的整米率下降。 （ 4） 糧 食 在 通常 儲藏 過程中 ， 含 水 量一 般 在 12%以 下 為 安 全狀 態(tài)， 不會產(chǎn) 生 溫 度 突變 ， 一旦糧倉進(jìn)水 、 結(jié)露等使糧食的含水量達(dá) 到 20%以上時 ，由于糧粒受潮 ， 胚芽萌 發(fā) ， 新陳代謝加快而產(chǎn)生呼吸熱 ， 使局部糧食溫度突然升高 ， 必然引起糧 食 “ 發(fā)燒 ” 和 霉變 ， 并可能形成連鎖反應(yīng) ， 從而造成不可挽回的損失 。 在一些西歐國 家 ， 低溫儲糧已 不需要進(jìn)行化學(xué)藥劑熏蒸殺 蟲 ， 從而改善了糧倉工人的工作環(huán)境 ， 避免殘留