【正文】 ..................... 25 軟件調(diào)試 ................................................... 25 調(diào)試方法 .............................................. 25 調(diào)試步驟 .............................................. 25 系統(tǒng)測試結(jié)果 ................................................ 26 系統(tǒng)完成 .................................................... 26 參考文獻(xiàn) ......................................................... 28 附錄 .............................................................. 29 致謝 .............................................................. 32 1 第一章 引言 隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展， 單片機(jī)控制 無疑是人們追求的目標(biāo)之一。溫室、糧庫等恒溫場所對于自動化的要求也越來越高，對室內(nèi)溫濕度的測量和設(shè)備的控制操作要用自動控制系統(tǒng)來完成。在大多數(shù)糧食存儲企業(yè) , 目前仍主要靠人工檢測糧倉溫度。 控溫儲糧是使糧食在儲藏期間保持一定的溫度水平，達(dá)到安全儲藏的目的。低溫儲藏使糧食品質(zhì)提高，溫度對微生物的生長、繁殖也有影響，大多數(shù)菌種生長繁殖的適宜溫度范圍是 28℃~30℃ ，溫度低于 15℃ 這些菌種的活動的繁殖就會受到抑制，低于 12℃ 時(shí)害蟲一般不能繁殖 [3]。當(dāng)溫度較高，空氣中相對濕度較低時(shí)，霉菌也能依附在物體表面繁殖生長。儲糧害蟲一般最適濕度在 70%~75%，如果糧堆內(nèi)的空氣相對濕度保持在 65%以內(nèi)，保持與其平衡的水分，就可以抑制糧食上幾乎全部微生物的活動 [4]。 糧倉溫室度檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，倉庫的溫度和濕度自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展。中國的倉庫環(huán)境綜合控制系統(tǒng)必須走適合中國國情的發(fā)展道路，在引進(jìn)、消化、 吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和科學(xué)管理的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行總結(jié)提高、集成創(chuàng)新、超前示范，既開發(fā)適宜我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，又能滿足不同氣候條件，接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平的智能化倉庫監(jiān)測系統(tǒng)。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控制倉庫環(huán)境。先編制出倉庫存放糧食最 優(yōu)環(huán)境條件的管理程序表，存儲于電子計(jì)算機(jī)的記憶裝置中，電子計(jì)算機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)、修正各倉庫的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。該種系統(tǒng)可以達(dá)到自動控制降溫、除濕、通風(fēng)。 （ 1） 廣泛采用新技術(shù)、新工藝 隨 著科技的進(jìn)步，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到濕度測量領(lǐng)域中 [4]。其特征是將半導(dǎo)體芯片（ CMOS）與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、智能化、高精度、高可靠性的濕度檢測系統(tǒng)提供了解決方案。盡管 SHT11/15 屬于傳感器范疇，但具有創(chuàng)新性的 CMOSens 技術(shù)使之兼有變送器的功能，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。即使在飽和狀態(tài)下，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來。 （ 2） 提高測量精度和分辨力 目前，國 內(nèi) 外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能 濕度 傳感器 ， SHT11/15型智能化濕度傳感器系統(tǒng)測量相對濕度的范圍是 0～ 100％，分辨力達(dá) ％ RH，最高精度為 177。測量露點(diǎn)的精度＜ 177。在測量濕度時(shí) A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá) 12位、 14 位。 SHT11/15 的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度／濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。例如， DS1629 型單線智能 濕度 傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（ RTC），使其功能更加完善。另外，智能 濕度 傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路 濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良 3 課題的提出及研究的意義 糧食的 安全存儲是關(guān)系到國計(jì)民生的戰(zhàn)略大事，科學(xué)保糧具有重要的社會意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值糧倉管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫、濕度變化。在理論研究和實(shí)地考察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了糧食倉庫溫度和濕度實(shí)時(shí)在線巡回監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。探討在線測量，計(jì)算和控制糧食倉庫溫度和濕度的原理和方法，基本消滅了糧食霉變事故，同時(shí)也節(jié) 省了大量人力和物力，減輕了糧倉管理的工作強(qiáng)度，提高了糧庫管理效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。糧倉管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫、濕度變化。 糧食溫度是能否保證糧食安全儲存的重要指標(biāo)之一 ,只有及時(shí) ,準(zhǔn)確地測得糧堆各層面的糧溫?cái)?shù)據(jù) ,并根據(jù)檢測的溫度數(shù)據(jù)對糧食儲存情況進(jìn)行分析 ,作出決策 ,采取措施 ,最大限度的減少糧食在儲存過程中的損失。由于大型糧庫分布廣、儲量大，糧庫的管理和監(jiān)測難度大，基于糧庫糧情檢測系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)，由每個(gè)糧倉中配置的下位機(jī)將糧情數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)以曲線和表格的形式表示出來，清晰直觀地顯示出 各倉內(nèi)溫濕度狀況，由上位機(jī)對糧倉進(jìn)行監(jiān)視，管理人員在控制室就可以看到實(shí)時(shí)糧情數(shù)據(jù)，對糧情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)糧倉管理自動化、智能化。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分是將溫濕度傳感器置于倉庫內(nèi)部，測出倉內(nèi)的溫濕度值，經(jīng)過放大、 A/D糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之后送入 AT89C51 單片機(jī)中，然后通過 8 位 LED 顯示， 單片機(jī)將預(yù)設(shè)的參考值與測量值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié) 果作出判斷，經(jīng)過程序分析處理發(fā)送相應(yīng)指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，接通或關(guān)閉各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，進(jìn)而控制干燥機(jī)、空調(diào)和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，以此來調(diào)節(jié)倉內(nèi)溫濕度。當(dāng)溫濕度值超過允許的誤差范圍，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，如果有必要，倉管人員還可以根據(jù)實(shí)際的情況通過鍵盤或按鈕來人工修改片內(nèi)存儲的預(yù)設(shè)值。 （一）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)： ◆單片機(jī)芯片： .通過比較，選用 AT89C51 單片機(jī)來構(gòu)造本系統(tǒng)。 ◆ A/D 轉(zhuǎn)換器： A/D 轉(zhuǎn)換器采用 8 位串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ATC0809。 ◆ 溫度傳感器 ：由計(jì)算機(jī)采集 “電壓 時(shí)間 ”的數(shù)據(jù)，以發(fā)揮其實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。 ◆ 濕度傳感器：該器件具有不需校準(zhǔn)的完全互換性、高度可靠性、長期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)和專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，可經(jīng)多路開關(guān)直接輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ◆報(bào)警模塊：系統(tǒng)采用三極管驅(qū)動的蜂鳴音報(bào)警，當(dāng)溫濕度嚴(yán)重超標(biāo)或出現(xiàn)火情、遇盜時(shí)，系統(tǒng)做出聲光報(bào)警，同時(shí)記錄并打印事故出現(xiàn)的時(shí)間、倉號、控制點(diǎn)等情報(bào)，并能啟動適 當(dāng)應(yīng)急措施。 軟硬件連接完好，電路完善的情況下，肉眼能看到的是經(jīng)過一系列的軟硬件編譯過的在 LED 數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，在預(yù)先假定好的溫度范圍內(nèi)看出數(shù)字的變化，當(dāng)溫濕度數(shù)碼管顯示的溫濕度值超過了預(yù)定的值時(shí)系 統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，當(dāng)溫濕度值沒有超過預(yù)定的溫濕度范圍，測系統(tǒng)接收下一次的溫濕度采集值。日常生活中所指的濕度為相對濕度，％ rh表示。 濕度測量的歷史 ： 濕度和溫度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系 ,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。 (溫度計(jì)測可追溯到記載的希臘時(shí)代的溫度計(jì)。表示∶ D=g/m3 但是 ,即使水蒸氣量相同 ,由于溫度和壓力的變化氣體體積也要發(fā)生 變化 ,即絕對濕度 D發(fā)生變化。 相對濕度 （ Relative humidity） 氣體中的水蒸氣壓（ e）與其氣體的飽和水蒸氣壓（ｅ s）的比，用百分比表示。 但是 ,溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣壓的變化 ,rh也將隨之而變化。 飽和水蒸氣壓 （ Saturation Vapor Pressure） 氣體中所含水蒸氣的量是有限度的 ,達(dá)到限度的狀態(tài)即可稱之為飽和 ,此時(shí)的水蒸氣壓即稱為飽和水蒸氣壓。各溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓表 JISZ8806 在卷末記載。此時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度（ Dew Point Temperature） 。 濕度傳感器的分類及特點(diǎn) 濕度傳感器的分類 濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。 濕度傳感器的特性 ： 國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。 2%~177。 2%~177。 10℃）和潔凈的氣體中測量的。 2%左右，甚至更高。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。 (3) 濕度傳感器的供電 7 金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流 電壓時(shí)，會導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。 (4) 互換性 目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見的指針式濕度計(jì)是不能用來作標(biāo)定的，精度無法保證，因其要求環(huán)境條件 非常嚴(yán)格，一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。 (1) 一致性判定 同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩(wěn)定的條件下，觀察測試的一致性。 (2) 用濕毛巾或利用其它加濕手段對傳感器加濕，觀察其結(jié)露狀態(tài)下的特性、靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。 產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測手段。 總之 ，人們使用濕度傳感器的時(shí)間越長，認(rèn)識就會越深入和全面。我們相信，濕度傳感器產(chǎn)品會在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。 露點(diǎn)溫度（ Dp） ： 給定的濕空氣在水汽壓不變的情況下，當(dāng)溫度下降達(dá)到某一溫度時(shí)，濕空氣的水汽壓達(dá)到該溫度下的飽和水汽壓，飽和水汽開始結(jié)露，該溫度稱 之為露點(diǎn)溫度 ； 當(dāng)相對濕度為 100%RH 時(shí)，周圍環(huán)境的溫度等于露點(diǎn)溫度。 霜點(diǎn)溫度（ Tp） ： 當(dāng)空氣的溫度低于 0℃ 時(shí)，水汽在平面上凝結(jié)成霜，因此，稱之為霜點(diǎn)。 絕對濕度（ Dv） ： 又稱為水汽濃度或者水汽密度。單位為 水汽含量（ Q） ： 也稱之為比濕，指濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總質(zhì)量之比。 混合比的另一種表示方法為，是以 “ 百萬分之一 為計(jì)算單位表示的水汽與其共存的干空氣的質(zhì)量之比值，在數(shù)值上 。 飽和水汽壓（ Ew） ： 在特定溫度下，水汽達(dá)到飽和時(shí)的最大壓力。在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下，濕空氣中水汽所占有的體積與其總體積之比，該值與壓力和溫度無關(guān)。 平衡相對濕度（ ERH） ： 是指吸濕物質(zhì)與周圍環(huán)境水汽交換達(dá)到平衡時(shí)的相對濕度。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。從 17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、 紅外傳感器 和微波傳感器。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測 9 量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為 “ 熱電偶 ” 。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化 1℃ 時(shí)，輸出電位差的變化量。 熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器 (RTD)和 IC 溫度傳感器。 接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸 ，又稱溫度計(jì)。一般測量精度較高。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。 非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。最常用糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。 非接觸測溫優(yōu)點(diǎn)：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。隨著 紅外技術(shù) 的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展， 700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。 轉(zhuǎn)換器 本文采用的轉(zhuǎn)換器是： ATC0809 轉(zhuǎn)換器。 ADC0 80 9 由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。 n 位轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量變化范圍為 0～ 2n1，當(dāng)輸入電壓滿該度為 XV 時(shí)，則轉(zhuǎn)換電路對輸入模擬電壓的分辨能力為 X/2n1。 精度 精度通常有最小有效位的 LSB 的分?jǐn)?shù)值表示。 轉(zhuǎn)換時(shí)間 11 溫度系數(shù)和增益系數(shù) 對電源電壓變化的抑制比 溫度傳感器