【正文】 便報警和切斷控制電機。各個模塊的劃分如圖 22 所示。其中，數據處理是關鍵，根據濕度檢測儀器的特點，本文用取最大值再求均方差算法處理數據。 ⑶ 糧食進倉濕度自動檢測系統的軟件設計。 以 AT89C51 單片機為中心的數據處理，數據顯示，數據通訊部分。 通過調查與研究目前各種糧食進倉濕度自動檢測系統的評價方法及現有的檢測手段及檢測方 法，選擇合適的濕度傳感器，把非電信號（濕度）轉換成模擬電信號（如電壓，電流等）。本文的主要研究內容將集中在該儀器電子部分的設計和研究，整個系統的框圖如圖 21 所示。本系統是通過安裝在輸送安裝架上的濕度檢測系統對通過傳送帶進倉的糧食濕度進行實時的檢測，并對濕度進行顯示和分析，根據分析結果報警提示工作人員并切斷電機使輸送帶停 止，防止高濕度的糧食進倉。該系統的設計要求具有實時顯示檢測的數據和實時上傳檢測數據的功能，同時當濕度超過設定的 75%以上時，系統將會啟動報警系統報警通知檢測人員對糧食進行檢測，同時控制系統將運輸線停止。 ⑶ 系統軟件設計：主要包括單片機部分的 LED 顯示、數據采樣程序設計和串口通信程序等。因此本課題的研究內容有以下幾個方面： ⑴ 系統整體方案設計 ：根據系統功能要求并且考慮產品的性價比，采用濕度傳感器，并采用模塊化設計方法，以方便系統的調試和后期開發(fā)。 西南石油大學提出了一種基于 AT89C51 的單片機的濕度檢測與控制的方案，對被測對象濕度在不同變化范圍需要不同的 PID 參數的特點，根據檢測濕度自動選擇合適的一組 PID 參數進行控制的設計方案，整個設計簡明清晰 [9]。該方法克服了以往測量前需對待測物采樣定標所帶來的不便 , 拓展了微波的應用范圍 [8]。 ⑵ 用于檢測糧食內部相對含水量的理論模型。它采用了微波技術，測試深度可達 30cm，可測試建筑材料 的濕度，快速輕便。 國內研究概況 國內也有一些研究機構提出濕度檢測方案，主要有如下幾種： ⑴ 手持式微波糧食測試儀。 ⑶ 一種用微波 來監(jiān)測田間糧食作物子粒濕度的儀器系統。同時由于 MEMS 技術的使用，使得該儀器整體電路簡單可靠，而且體積小，攜帶方便 [4]。 ⑵ 基于 MEMS（ MicroElectroMechanical Systems，微機電系統）的濕度檢測儀。 多通道智能溫濕度檢測儀是以 51 單片機為基礎，選用瑞士盛世瑞恩的 SHT11 數字溫濕度傳感器，該傳感器內部經過溫度補償和濕度全量程標定，輸出標準數字信號，且提供應用程序，使用非常 方便，縮短開發(fā)時間，降低成本，通過 485 總線可實現對糧食濕度的多點測量。近年來，糧食進倉時濕度越來越受到人們的重視。一個看似簡單的量值，深究起來，涉及相當復雜的物理 — 化學理論分析和計算，初涉者可能會忽 略在濕度測量中必需注意的許多因素，從而影響傳感器的合理使用。（本文所指的濕度均為相對濕度）濕度測量從原理上劃分有二、三十種之多。有絕對濕度和相對濕度之分，空氣濕度是用來表示空氣中的水汽含量多少或空氣潮濕程度的物理量。 因此研制能夠可靠的檢測進倉儲前糧食的濕度，并對濕度進行預測分析和報警以阻止高濕度的糧食進倉，對避免霉變有重要意義 [2]。 糧食進倉濕度自動檢測系統研究的意義 我國目前有數千座不同類型的糧食倉庫 , 它們分布在不同的氣候區(qū)內，不同濕度的糧食，在多變的氣候條件和溫濕度變化會受到不同程度的霉變 [1]。糧食儲存質量的高低和進倉前的質量有很大的關系，所以必須控制進倉的糧食質量。早秈稻播種在即，各地要做好宣傳工作，以調動農民種糧積極性，促進糧食生產穩(wěn)定發(fā)展。 河北科技師范學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 1 1 緒論 課題的背景 為保護農民種糧積極性，進一步促進糧食生產發(fā)展，經國務院批準，決定從新糧上市起適當提高主產區(qū) 2021 年生產的稻谷最低收購價格。每 50 公斤早秈稻（三等，下同）、中晚秈稻、粳稻最低收購價格分別提高到 120 元、 125 元、 140元，比 2021 年分別提高18 元、 18 元、 12 元。 糧食的增產增收，給糧食的收購部門帶來了壓力，也給糧食的儲存帶來挑戰(zhàn)。本文是利用濕度傳感器和單片機對進倉糧食濕度進行檢測，并根據分析結果報警和控制運輸電機，阻止超過標定濕度的糧食進倉，避免糧食霉變。 以前的經濟和科技水平有限，所以我國糧食的存儲環(huán)境很差，管理落后。 糧食進倉濕度自動檢測系統的發(fā)展狀況 濕度就是指空氣中濕氣的含量。通常指的是相對濕度，它是指實際空氣的濕度與在同一溫度下達到飽和狀況時的濕度之比值，絕對濕度是指每單位容積的氣體所含水分的重量，一般用 mg/L 作指標。但濕度測量始終是世界計量領域中著名的難題之一。糧食是國家發(fā)展的命脈，糧食進倉時的濕度對糧食的長期存儲是否可行起著決定性的作用。 國外研究概況 國外研究機構已設計出了基于電子式傳感器的可對濕度進行檢測檢測儀器，主要的 河北科技師范學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 2 有如下幾種： ⑴ 一種新型多通道溫濕度檢測儀。這種儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、顯示界面友好、可巡回測試多點溫濕度等特點，但是該儀器只能對倉內糧食濕度進行監(jiān)測 [3]。 該儀器是一種基于多傳感頭集成的 MEMS 系統，用于測量濕度。目前該儀器未用于糧食的濕度檢測。 美國新澤西立貝農業(yè)機械公司開發(fā)了一種用微波來監(jiān)測田間糧食作物子粒濕度的儀器系統 [5]，該儀器的發(fā)射無線可以將微波傳入田間的糧食、玉米、小麥、大豆、大麥等作物的果實子粒部分，通過觀測發(fā)生的相應變化來測其果實子粒的潮濕度和含水量。 廣州建科測試儀器科技有限公司研發(fā)的 MOIST200 手持式微波測試儀 [6]。另外 MOIST200 與 MOISTANALYZE 多維濕度分布成像軟件綜合使用，可獲得所測建筑材料內部及表面濕度情況的分布圖 [7]。 黑龍江八一農墾大學研制了一種以變頻技術為基礎 ,采用了空間波法中反射波法，提出了如何利用純凈水對微波的衰減特性測量糧食內相對含水量分布的方法，建立了檢測糧食內部相對含水量的理論模型。 ⑶ 基于 AT89C51 的單片機的濕度檢測與 控制的方案。 本課題的主要研究內容 本課題是為實現糧食濕度檢測的要求而設計的，課題的主要研究內容是設計并 河北科技師范學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 3 實現一個基于單片機系統的糧食進倉濕度自動檢測報警控制系統，該系統具有實時顯示檢測數據和實時上傳檢測數據的功能。 ⑵ 系統硬件設計：主要單片機芯片的選型、傳感器的選型、單片機系統與 A/D 及其外圍電路的設計、單片機與 LED 顯示模塊接口電路設 計，報警電路的設計，電機控制電路的設計等。 2 糧食進倉濕度自動檢測系統的總體設計 糧食進倉濕度自動檢測系統的設計要求 本課題的主要研究內容是設計并實現一個基于單片機系 統的糧食進倉濕度自動檢測報警控制系統。 設計思路和方案 糧食進倉時一般是由工作人員將運糧車上成袋的糧食打開放到傳送帶上，通過傳送帶傳送到清選機清除雜物后再進入到倉庫里。系統設計要能夠可靠的檢測進倉前時糧食的濕度（測量范圍為 10%～ 95%RH 的濕度） [10]，并進行合理的分析，實時的報警和及時的電機切斷。 圖 21 系統的流程圖 車上的 糧食 工作 人員 工作 人員 濕度檢測系統 搬到傳 送帶上 濕度是 否過高 報警并控制電機 是 否 防止糧 食進倉 輸送到 清選機 庫 河北科技師范學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 4 根據系統框圖，研究內容分為下面三個大模塊： ⑴ 糧食進倉濕度自動檢測系統信號采集部分。 ⑵ 糧食進倉濕度自動檢測系統的數據處理部分。 AT89C51 單片機接收 A/D 芯片轉換結果數據，通過一定的軟件算法求得能表征糧食濕度的數據，并送至 3 位八段 LED 顯示和 PC 機存儲和處理 [11]。 軟件設計分為單片機軟件和 PC 機軟件兩個部分，單片機軟件主要實現數據處理，系統外設控制，數據顯示以及與 PC 機間數據通信。 PC 機軟件主要實現與單片機的數據通訊以及數據處理兩大功能。 圖 22 系統模塊劃分圖 糧食進倉濕度自動檢測系統 硬件系統模塊 軟件系統模塊 變送器 A/D 轉換器 LED 顯示 報警 電機控制 串口通信 PC 機程序模塊 單片機程序模塊 串口接收數據模塊 數據 處理模塊 數據采集處理模塊 LED 顯示模塊 串口通信模塊 電機控制模塊 報警模塊 河北科技師范學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 5 3 糧食進倉濕度自動檢測報警控制系統硬件設計 引言 本硬件系統采用的單片機是 AT89C51，該單片機具有靈活性高、使用方便、價格低廉等優(yōu)點，圖 31 所示的是基 于 AT89C51 的濕度檢測系統硬件結構圖。 系統上電復位后開始直接運行，在運行過程中，系統每隔 3 秒檢測一次當前濕度并送往數碼管進行顯示。同時將顯示清零，以準備進行下一次的數據采集、檢測及顯示[12]。 圖 31 系統硬件結構圖 單片機模塊 單片機 又稱單片微控制器，它 是將 CPU、存儲器、輸入 /輸出接口、定時 /計數器等集成在一塊芯片上，是目前銷量最大、應用面最廣、價格最便宜的微型計算機。 AT89C51 結構簡單，應用范圍廣，技術成熟，價格便宜。 濕度變送器 A/D 轉換器 AT89C51 LED 顯示 聲光報警 電機控制 PC 機通信 河北科技師范學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 6 圖 32 單片機結構框圖 AT89C51 單片機的內部的硬件結構及引腳 ⑴ AT89C51 單片機內部的總體硬件結構： AT89C51 單片機的內部基本結構，如圖 33 所示。因為受芯片引腳數量的限制，有很多引腳具有雙功能。 VSS：電源接地端。接法如圖 36。接法如圖 36。外部接復位電路。 ALE— 為地址鎖存允許信號。 ④ 并行 I/O 端口引腳 P0 口（ ～ ）； P1口（ ～ ）； P2口（ ～ ）； P3 口（ ～ ）。單片機常用的外部復位電路如圖 35。復位不影響片內 RAM 和片外 RAM 中的內容。 圖 36 AT89C51 的外接石英晶體的時鐘電路 ③ 時序單位 時鐘周期（是時鐘信號頻率 fosc 的倒數）：時鐘周期 =1/fosc 機器周期：機器周期 =12時鐘周期 指令周期：一條指令從被讀取到被執(zhí)行的整個過程所需的時間稱為指令周期。這里石英晶振頻率采用 12MHZ，振蕩電容采用 30pf[13]。 ①運算器是進行各種算術運算和邏輯運算的部件。其格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV __ P CY— 進位標志位。 ⑵ 存儲器 8051 的存儲器分為兩大存儲空間： 程序存儲器（ ROM）空間：片內 4KB 的程序存儲器，其地址為 0000H～ 0FFFH；片外64KB 的程序存儲器，其地址為 0000H～ FFFFH。 AT89C51 的存儲器結構，如圖 38。如圖 39。 本系統的濕度檢測模塊包含濕度傳感器與 A/D 轉換器。 濕度傳感器 濕度傳感器用于將濕度信 號轉換為電信號，由于空氣中的水分和灰塵都有可能會影響到濕度傳感器的轉換精度，因此本系統的濕度傳感器選擇的是直插式濕度變送器 JCJ100D。其工作電源為 12VDC177。 實物圖如圖 310