基于51單片機(jī)的糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)

曾鵬　陳其軍　段浩楠　高雁鳳　許素安　陳錫愛

摘 要：隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)開始實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控日漸普及，得到了廣泛應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)了一套基于51單片機(jī)的糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。該糧倉(cāng)管理系統(tǒng)根據(jù)用戶所期待的溫濕度對(duì)環(huán)境（糧倉(cāng)）進(jìn)行檢測(cè)，將數(shù)據(jù)通過(guò)2.4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳并記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)，并在超出閾值時(shí)報(bào)警。

關(guān)鍵詞：糧倉(cāng)管理 51單片機(jī) 溫濕度檢測(cè) 無(wú)線通訊 串口技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（b）-0041-03

Abstract： For the large range of temperature fluctuations and pushing tube speed and temperature control matching problems， the heating system and hydraulic in the intermediate frequency bender are analyzed， transfer function of heating system and hydraulic system are established. A double closed loop controller is developed and variable integral PID method is adopted in hydraulic system control strategy. The results show that base on a double closed loop and variable integral PID control method ensures accurately control to the temperature and high-level quality to the elbows.

Key Words： Double closed loop； Variable integral PID control； Medium-frequency heating； Pipe bender

糧庫(kù)是糧食倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)稱，是存儲(chǔ)糧食的重要方式，由糧食部門統(tǒng)一管理，擔(dān)負(fù)著國(guó)家糧食儲(chǔ)備、地方糧食儲(chǔ)備、糧食流通的主渠道作用，其主要任務(wù)是完成糧食的接受、保管和調(diào)運(yùn)輸送等糧食流通諸環(huán)節(jié)。在糧庫(kù)中，當(dāng)溫度和濕度變化時(shí)，會(huì)引起糧食發(fā)霉，生潮等問(wèn)題，在我國(guó)北方，依然存在著將糧食存于地下庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)方式，因此研究溫濕度的控制非常有必要，在自動(dòng)化時(shí)代進(jìn)一步改善儲(chǔ)存控制方式，提升水平。

我國(guó)地大物博，各地的自然環(huán)境條件不同，所以在不利于存儲(chǔ)糧食的自然環(huán)境中，具有自動(dòng)可調(diào)節(jié)溫濕度的糧庫(kù)更能夠創(chuàng)造適宜存儲(chǔ)的條件，中國(guó)各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展極其的不平衡，所以設(shè)計(jì)出具有實(shí)用價(jià)值并且采用最低的成本達(dá)到最好的效果是非常有必要的，既能節(jié)約人力成本，又可以節(jié)約制造成本，不僅可以改善貧困的地區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況，又避免了資源和經(jīng)濟(jì)成本浪費(fèi)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，溫濕度檢測(cè)以及報(bào)警裝置的硬件電路系統(tǒng)包括溫濕度信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路、LCD顯示電路、串口電路、蜂鳴器電路、無(wú)線藍(lán)牙電路等；軟件部分主要是用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、分析以及顯示，在符合軟硬件相適應(yīng)的前提下，先進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行軟件編程，以及模塊化設(shè)計(jì)，并對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)試，最后軟硬件鏈解，排除故障，如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)電路組成

本次使用的主要由是8051微處理器CPU、傳感器、蜂鳴器、LCD顯示屏電路構(gòu)成，充分利用了該單片機(jī)的高效、便捷、數(shù)值顯示精確等特點(diǎn)。對(duì)于測(cè)量溫濕度是最好的選擇。STC89C51單片：由三總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）、中央處理器（CPU）和存儲(chǔ)器構(gòu)成，中央處理器由運(yùn)算器和控制器組成。算數(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logical Unit）：主要完成算術(shù)，邏輯運(yùn)算；累加寄存器A：用于存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果；寄存器組：由其他的寄存器組成，主要用于存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果；標(biāo)志寄存器F：存放運(yùn)算結(jié)果的標(biāo)志（零、正負(fù)、進(jìn)位、溢出等）；60kB Flash程序存儲(chǔ)器；1kB 數(shù)據(jù)Flash；2048B的SRAM；8通道10位高速ADC。

2.2 傳感器電路

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器上面用的是濕敏電阻，是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，DHT11傳感器內(nèi)含一個(gè)NTC測(cè)溫和一個(gè)電阻式感濕元件，并與一個(gè)8位的高性能單片機(jī)相連接，在精確的濕度校驗(yàn)室中DHT11傳感器進(jìn)行過(guò)校準(zhǔn)，每個(gè)DHT11都在OPT內(nèi)存中存了在校驗(yàn)室中得到的校準(zhǔn)洗漱，檢測(cè)信號(hào)的時(shí)候，在處理過(guò)程中傳感器內(nèi)部要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)，采用單線制的串行接口，使系統(tǒng)集成可以有較低的功耗，而且更加簡(jiǎn)單快速，信號(hào)傳輸距離超過(guò)20m，作為一個(gè)數(shù)字溫濕度傳感器DHT11具有響應(yīng)快速、抗干擾強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，它的性能指標(biāo)如下：濕度測(cè)量范圍為20%～89%RH；濕度測(cè)量精度為±6%RH；溫度測(cè)量范圍 -10℃～50℃，溫度測(cè)量精度為±1℃，工作電壓3.0～6V，相應(yīng)時(shí)間<5s，DHT1l采用4針單排引腳封裝，傳感器通電后，需要等待1s，這是因?yàn)橐竭^(guò)不穩(wěn)定的狀態(tài)，在此期間不需發(fā)送指令，電源引腳（VDD、GND）之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。DHT1l引腳說(shuō)明見表1。

2.3 串口電路

STC15F2K60S2單片機(jī)具有兩個(gè)采用UART工作方式的全雙工串行通信接口（串行口1和串行口2）。每個(gè)串行口由2個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器、1個(gè)移位寄存器、1個(gè)串行控制寄存器和1個(gè)波特率發(fā)生器等組成。每個(gè)串行口的數(shù)據(jù)緩沖器由串行接收和發(fā)送緩沖器構(gòu)成，既可以接收數(shù)據(jù)，又可以發(fā)送數(shù)據(jù)，還可以同時(shí)發(fā)送和接收。串口1的接收和發(fā)送緩沖器共用一個(gè)地址號(hào)（99H）；串口2接收和發(fā)送緩沖器共用一個(gè)地址號(hào)（9BH）對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配，此系統(tǒng)選擇的波特率為9600。

2.4 蜂鳴器電路

蜂鳴器有“有源”和“無(wú)源”兩種類型，有源是指其內(nèi)部自帶多諧振蕩器等結(jié)構(gòu)，外部只需要提供工作電壓，它（內(nèi)部的振蕩器就工作）就能發(fā)出固定頻率的聲音。

本項(xiàng)目中使用的是無(wú)源蜂鳴器，對(duì)于無(wú)源蜂鳴器，經(jīng)常采取并聯(lián)一個(gè)二極管的方式，進(jìn)行保護(hù)，發(fā)射極接地，使用NPN三極管，單片機(jī)輸出一個(gè)高電平才能導(dǎo)通。

2.5 LCD電路

162液晶也叫1602字符型液晶，16×02，每行14個(gè)字符顯示兩行。它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 下位機(jī)

溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件是采用模塊化的設(shè)計(jì)，DHT11傳感器接受溫濕度信號(hào)，將溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，單片機(jī)讀取ADC值，將數(shù)值分析、計(jì)算，并通過(guò)串口傳給上位機(jī)，上位機(jī)顯示溫度和濕度信號(hào)的數(shù)值以及相關(guān)曲線；當(dāng)溫濕度的值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

3.2 上位機(jī)

圖2位上位機(jī)窗口展示。上位機(jī)部分的設(shè)計(jì)主要用QT編程設(shè)計(jì)，分為頁(yè)面的設(shè)計(jì)和函數(shù)的調(diào)用，首先在界面庫(kù)中選擇相應(yīng)的元件，進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，之后進(jìn)行程序的編寫，本項(xiàng)目選用的是較為基礎(chǔ)的界面模塊，調(diào)用庫(kù)中的函數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的更改，即可得出簡(jiǎn)單的界面應(yīng)用。

引用庫(kù)中的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)列表、曲線、以及時(shí)間變量的定義，串口功能現(xiàn)，打開串口，數(shù)據(jù)的刪除，接受數(shù)據(jù)，查詢串口，導(dǎo)出數(shù)據(jù)等功能?？梢灾庇^看到溫濕度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化，便于合理的控制。

4 展望

本文主要介紹了通過(guò)檢測(cè)溫濕度，直觀看出外部溫濕度的變化，達(dá)到報(bào)警的功能，控制外部溫度，運(yùn)用于保存糧食。測(cè)量溫濕度數(shù)據(jù)，下位機(jī)通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸，很大程度提高了糧倉(cāng)溫度的可控性，隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)方面的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，例如糧食存儲(chǔ)、大棚蔬菜、衛(wèi)星導(dǎo)航、航空航天等，涉及廣泛，在未來(lái)的社會(huì)，相信隨著我們技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)的傳輸，藍(lán)牙技術(shù)，視覺處理等技術(shù)，創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，這些技術(shù)將會(huì)在我們?nèi)粘Ｉ钪羞\(yùn)用的更加的廣泛，也會(huì)推動(dòng)自動(dòng)化行業(yè)的快速發(fā)展，提升我國(guó)的科技技術(shù)水平。

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