基于STM32的糧倉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

王晨陽

摘要：以STM32芯片的無線傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，使用C++編程語言，完成監(jiān)控設(shè)備對糧倉內(nèi)部溫度濕度煙霧濃度實時情況監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計。通過發(fā)送短信和接收短信來處理糧倉反饋過來的信息，達(dá)到對糧倉的智能監(jiān)控。反復(fù)測試之后，該系統(tǒng)可以有效地監(jiān)控糧倉，準(zhǔn)確性高，安全可靠，具有很好的實用價值。

關(guān)鍵詞： STM32芯片;嵌入式結(jié)構(gòu)知識;智能監(jiān)控

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，通信監(jiān)測系統(tǒng)也得到了明顯的發(fā)展。相應(yīng)地，糧倉溫濕度的控制監(jiān)測技術(shù)在軟件、硬件等方面都取得了很大的進步。 二十世紀(jì)初，Sensiron公司在全世界率先研制成功SHT10型智能溫度傳感器，其體積和火柴頭相類似。它不僅能準(zhǔn)確地測量出相對的溫度，也可以測量濕度及露點。測量的相對溫度值大概是0～99%，分辨率能達(dá)0.03% RH，最高的精確度大概達(dá)到±2% RH;測量標(biāo)準(zhǔn)時溫的限度是-40～+123.8 ℃，分辨度大抵為0.01 ℃[1];測量的露點精度為<±1 ℃;測量的濕度、溫度通過A/D轉(zhuǎn)換器劃分分別可達(dá)到12位、14位。

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實生活中的測控問題尚未得到很好的研究。此課題的研究方向不僅能實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控，同時還能推廣到平時生活及相關(guān)的領(lǐng)域。

1? ? 系統(tǒng)方案設(shè)計

本糧倉設(shè)計相比以前的設(shè)計增加了多個溫濕度節(jié)點，能更好地掌握糧倉內(nèi)具體的情況，比以前的測量更加準(zhǔn)確[2-3]，如圖1所示。

該設(shè)計系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成，系統(tǒng)的基礎(chǔ)是其中的硬件，設(shè)計系統(tǒng)的核心是軟件。對于虛擬儀器的設(shè)計既要美觀大方，同時又要操作方便，而后面板的設(shè)計開發(fā)，同樣應(yīng)整體簡潔、布線合理、功能完善。這個程序?qū)嶋H上是模擬虛構(gòu)的設(shè)計和系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要程序框圖如圖2所示。

2? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件組成有很多部分，并且根據(jù)任務(wù)的要求，基于 LabVIEW 的溫、濕度操控體系的策劃，涵蓋了以下幾個細(xì)分體制：虛擬輸入、信息采集、數(shù)據(jù)保存、成果分析、超限度報警等電路設(shè)計和其他從屬功能的設(shè)計。節(jié)點的硬件部分由三個模塊部分組成，它們分別是傳感器模塊，處理器模塊和無線通信模塊。傳感器模塊包括傳感器和數(shù)字模擬信號系統(tǒng);處理器模塊包括處理器和存儲器;無線通信模塊包括協(xié)議棧和收發(fā)器。它們?nèi)齻€共同控制監(jiān)控中心計算機。處理系統(tǒng)的模塊承擔(dān)操控該系統(tǒng)傳感器的節(jié)點操作、蓄積以及料理根據(jù)這個結(jié)點搜集的數(shù)據(jù)和接收由其余節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。節(jié)點設(shè)計是采集溫濕度、煙霧度的核心設(shè)計。

本設(shè)計采用了TI公司依據(jù)ZigBeeSpecification 2006專為CC2430 芯片設(shè)計的協(xié)議棧 ， 主要由5個部分組成：軟硬件系統(tǒng)，節(jié)點設(shè)計測試系統(tǒng)，等等。

是網(wǎng)關(guān)節(jié)點程序流程圖，按照系統(tǒng)設(shè)定的時間來對環(huán)境數(shù)據(jù)進行信息采集， 然后由此向網(wǎng)關(guān)發(fā)送信息數(shù)據(jù) 。圖4為檢測節(jié)點程序的流程圖 。運行于電腦上的監(jiān)控軟件基本是由三部分構(gòu)成： 串口通信、數(shù)據(jù)存儲 、顯示界面。該體系的使用是由LabVIEW8.6開發(fā)而成的 ，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)的管理是用SQL數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理的。

用戶在使用這個系統(tǒng)的時候，用監(jiān)測到的節(jié)點數(shù)據(jù)值進行檢測環(huán)境，并估測環(huán)境的溫濕度值，并且也能夠設(shè)定監(jiān)測數(shù)據(jù)的報警閾值以及數(shù)據(jù)圖形的顯示形式。如圖 5所示，展示了溫度信息采集的監(jiān)控畫面。

圖5是監(jiān)控畫面的圖片，測了很多個節(jié)點的溫濕度，還可以設(shè)置和顯示報警時候的最大值，我們可以很直觀地看到很多節(jié)點溫濕度的數(shù)值，從折線圖上可以更直觀地看到它們近幾個小時的溫濕度數(shù)值變化，從而可以很直接地觀察和控制糧倉內(nèi)的溫濕度，使糧食達(dá)到很好的保護。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計--溫濕度傳感器模塊設(shè)計

SHT10元件包含如下參數(shù)： 濕度的檢測距離為 0～50% RH; 溫度的檢測距離為-40～+ 122.8 ℃;濕度的檢測距離精確度為± 5.0% RH;溫度檢測距離的精確度為± 0.6 ℃; 響應(yīng)時間的精確度為 < 4 s;肯定可以被完全的淹沒。

SHT10元件有7個相對參數(shù)，分別是溫度測量、濕度分辨率、溫度分辨率、相對濕度測量的精度、溫度測量的精度、相對濕度響應(yīng)時間和溫度響應(yīng)時間[1，4-6]。相對濕度測量的范圍：0～100% RH;相對溫度測量的范圍：-40～+122.8 ℃;相對濕度分辨率：0.05%RH;溫度分辨率：0.06 ℃;相對濕度測量的精度：±4% RH;溫度測量的精度：

±0.3 ℃;相對濕度響應(yīng)的時間：10 s（type）;溫度響應(yīng)的時間：4～29 s。

檢測監(jiān)控程序是這個系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，它核心的構(gòu)架是分布式。無線傳感器系統(tǒng)通過信息傳輸，經(jīng)過信息篩查，再進行核實和處理，最后把傳感器信息傳遞到使用者。有五個模塊，分別是初始化子程序、串口中斷子程序、定時器中斷子程序、發(fā)送短消息子程序和處理短消息子程序、這五個模塊構(gòu)成了主程序循環(huán)的主要組成部分，如圖6所示。

4? ? ?結(jié)論

在當(dāng)今的無線通信科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，基于STM32芯片的設(shè)計相對于我們的影響力很大。本研究開發(fā)的智能糧倉監(jiān)控系統(tǒng)較以前的糧倉設(shè)計大為不同，更重視糧食自身的物理特性，而不主要限于人類的主觀意識或者是用文字來描述監(jiān)測的過程。

本研究采用C++程序原理實現(xiàn)了基于STM32的糧倉監(jiān)控設(shè)計，但是還有一些不足的地方。例如，糧倉內(nèi)溫濕度導(dǎo)致糧食發(fā)生霉變的問題，本設(shè)計系統(tǒng)還無法有效監(jiān)測和辨別。本設(shè)計系統(tǒng)對STM32芯片的微處理涉及的代碼不多，LED的不完善也很容易造成檢索的結(jié)果不精確，所以應(yīng)該增加檢測節(jié)點的預(yù)處理模式，從而使節(jié)點檢測的溫濕度更接近它的真實狀況。

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Abstract： This paper is based on wireless sensor technology based on the STM32 chip， using c + + programming language， designed the system for monitoring and controlling the temperature， humidity and smoke concentration inside the granary. The purpose of studying intelligent granary is to accurately grasp the situation of the granary at all times. Measuring the temperature， humidity and smoke concentration of the granary can monitor the temperature， humidity and smoke intuitively. The feedback information from the granary can be received by sending and receiving SMS. If the smoke concentration is too high， it is easy to cause fire， and then by turning on the smart fan to ensure safety， ultimately in any case， to achieve the intelligent monitoring of the granary. After repeated testing， the system can effectively monitor the granary， with high accuracy， safety and reliability， and has strong practical value.

Key? words：? STM32 chips; embedded structure of knowledge; intelligent monitoring

責(zé)任編輯? ? 祁秀春