粮仓温湿度监控系统.docx
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粮仓温湿度监控系统
学位论文
粮仓温湿度监控系统
太原工业学院
TaiyuanInstituteofTechnology
诚信申明
本人申明：
本人所提交的毕业设计（论文）《粮仓温湿度监控系统》的所有材料是本人在指导教师指导下独立研究、写作、完成的功效，设计（论文）中所引用他人的不管以何种方式发布的文字、研究功效，均在设计（论文）中加以说明；有关教师、同窗和其他人员对我的设计（论文）的写作、修订提出过并为我在设计（论文）中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。
本设计（论文）和资料假设有不实的地方，本人承担一切相关责任。
特此申明。
本人签名：
年月日
毕业设计（论文）任务书
1．设计（论文）的要紧任务及目标
设计粮仓温度湿度监控系统电路，实现粮仓多点温度、湿度的实时监测、操纵、报警。
操纵对象为空调和风机。
电路由多路数据搜集器、操纵器和分站组成，通过串行接口电路与上位机通信。
分站应由必然容量的掉电存储功能。
2．设计（论文）的大体要求和内容
简述当前粮仓温度湿度监控系统的利用情形和进展趋势，论证本设计的必要性、可行性；指出创新点。
第一进行方案设计及方案科学性、先进性、合理性的论述。
绘制系统组成框图及信号流图。
基于单片机设计监测电路、编写程序（分站和数据搜集操纵器）。
完成原理图设计、PCB板图设计；完成单片机程序设计；编制通信协议及上位机通信调试程序界面。
对电路工作原理及方案选择、元器件选择要有准确、详尽、合理的论述。
原理图用CAD软件设计并转换到WORD文档。
程序设计应有流程图
3．要紧参考文献
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4．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
题目调研、收集资料，了解当前状况。
03-16—03-22（第一周）
2
确定总体设计方法，进行方案的可行性论证，并完成开题报告。
03-23—03-29（第二周）
3
选定课题各部分具体实施方案，设计硬件电路及程序框图。
03-30—04-26（第三、四、五、六周）
4
编写接口通信协议，硬件仿真调试与完善。
04-27—05-24（第六、七、八、九周）
5
硬件与软件连接，测试硬件，完善功能
05-25—05-31（第十周）
6
完善设计，并撰写论文。
06-01—06-07（第十一周）
7
完善论文，并完成打印装订工作，准备答辩材料（包括演示文稿）。
06-08—06-14（第十二周）
8
答辩并总结设计工作。
06-15—06-18（第十三周）
摘要
本文介绍了一种基于RS485总线的多功能大型粮仓监测系统;详细描述了系统的整体结构原理、硬件电路组成和软件的设计。
该系统不仅能实时监测温度和湿度,还能做出反映进行调剂。
温度操纵和湿度操纵都采纳了多路模拟开关分时传输，通过粮仓测控器、分站等分析处置，并在PC上位机中显示出来，能够方便工作人员对各个粮库的即时情形进行了解。
通风性能对粮库的温湿度进行调剂,不用人为操纵,保证了准确性。
本系统由三大部份组成：
粮仓测控系统、分站系统、PC上位机系统。
通过度级式治理实现各级单片机对粮仓内各温湿度传感器信息的分析和处置，并实现上位机对系统的整体操纵。
实现对大型粮仓系统的自动化监控功能。
关键词：
粮仓监控，单片机，操纵，温度，湿度
TheGranaryStorageTemperatureHumidityMonitorandControlSystem
Abstract
Inthispaper,amulti-functionalbasedonRS485busmonitoringsystemforlargegranary;adetaileddescriptionoftheoverallstructureofthesystemprinciple,thehardwarecircuitandsoftwaredesign.Thesystemcannotonlyreal-timemonitoringoftemperatureandhumiditycanbeadjustedtorespond.Temperaturecontrolandhumiditycontrolusingamulti-channelanalogswitchtimetransmission,monitoringandcontrolthroughthegranary,andsub-stations,suchasanalysis,andPCinthePCshowup,itwillbeconvenienttoalldepotstaffreal-timeunderstandingofthesituation.Fangraincanadjustthetemperatureandhumidity,nothumancontrol,toensureaccuracy.
Thesystemhasthreemajorcomponents:
thegranarymonitoringsystems,sub-stationsystem,PChostcomputersystem.Throughmanagementtoachieveatalllevelsofclassificationofthegranaryofallsingle-chiptemperatureandhumiditysensorinformationanalysisandprocessing,andhostcomputersystemtoachievetheoverallcontrol.Granarysystemtoachievetheautomationoflarge-scalemonitoring.
KeyWords：
gramarymonitor，monolithicintegratedcircuit;，control，temperature，humidity
引言
防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库治理质量的重要指标。
它直接阻碍到储蓄物资的利用寿命和工作靠得住性。
为保证日常工作的顺利进行，首要问题是增强仓库内温度与湿度的监测工作。
但传统的方式是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。
这种人工测试方式费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。
因此咱们需要一种造价低廉、利用方便且测量准确的自动化温湿度测量操纵系统。
1系统设计及技术要求
系统大体功能
~检测温度、湿度
~显示温度、湿度
~操纵温度湿度
~过限报警
系统要紧技术要求
~温度检测范围：
-30℃-+50℃
~测量精度：
℃
~湿度检测范围：
10%-100%RH
~检测精度：
1%RH
~显示方式：
PC机LCD显示
~报警方式：
三极管驱动的蜂鸣音报警
~控温、湿度方式：
空调或风机
2方案的选定及论证
当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号的输入通道，由运算机拾取必要的输入信息。
关于测量系统而言，如何准确取得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对操纵条件的监察也是不可缺少的环节。
传感器是实现测量与操纵的首要环节，是测控系统的关键部件，若是没有传感器对原始被测信号进行准确靠得住的捕捉和转换，一切准确的测量和操纵都将无法实现。
工业生产进程的自动化测量和操纵，几乎要紧依托各类传感器来检测和操纵生产进程中的各类参量，使设备和系统正常运行在最正确状态，从而保证生产的高效率和高质量。
温度传感器的选择
采纳AD590，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高。
M挡在测温范围内非线形误差为±℃。
AD590能够经受44V正向电压和20V反向电压，因此器件反接也可不能损坏。
利用靠得住。
它只需直流电源就能够工作，而且，无需进行线性校正，因此利用也超级方便，借口也很简单。
作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相较，它有很强的抗外界干扰能力。
AD590的测量信号可远传百余米。
湿度传感器的选择
测量空气湿度的方式很多，其原理是依照某种物质从其周围的空气吸收水分后引发的物理或化学性质的转变，间接地取得该物质的吸水量及周围空气的湿度。
电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件别离是依照其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生转变而进行湿度测量的。
采纳HS1100/HS1101湿度传感器。
HS1100/HS1101电容传感器，在电路组成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。
不需校准的完全互换性，高靠得住性和长期稳固性，快速响应时刻，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配进程等。
相对湿度在1%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时刻小于5S；温度系数为pF/℃。
可见精度是较高的。
信号搜集通道的选择
在本设计系统中，温度输入信号为72路的模拟信号，这就需要多通道结构。
咱们选定多路分时的模拟量输入通道。
这种结构的模拟量通道特点为：
（1）对ADC、S/H要求高。
（2）处置速度慢。
（3）硬件简单，本钱低。
（4）软件比较复杂。
图多路分时的模拟量输入通道
3系统整体设计
本设计是基于单片机对数字信号的高灵敏和可控性、温湿度传感器能够产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以单片机为核心的一套检测系统，其中包括单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、与PC机通信、报警电路、系统软件等部份的设计。
以下图为粮仓温湿度监控系统整体框图：
图系统整体框图
图分站框图
图粮仓框图
本设计由PC上位机、分站和粮仓三个部份组成的。
（一）PC上位机通过LCD显示接收到的信息并操纵系统运行。
（二）分站由单片机MSP430F149大体系统和报警系统等组成；汇总并处置下设的数据信息和上位机的操纵信息。
（三）粮仓由单片机MSP430F149为主控、AD590、HS1100及多路开关CD4051、报警系统组成；汇总并处置下设的数据信息和分站的操纵信息。
信号搜集
温度传感器
集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两头感温电流源。
一、要紧特点
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可取得所需要的温度值。
依照特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。
AD590L，AD590M一样用于周密温度测量电路，其电路外形如图3-4所示，它采纳金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；‘2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一样不用。
集成温度传感器的电路符号如下图。
图AD590外形（图1）及电路符号（图2）
一、流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：
IT/T=1μA/K
式中：
IT——流过器件（AD590）的电流，单位μA。
T——热力学温度，单位K。
二、AD590的测温范围-55℃-+150℃。
3、AD590的电源电压范围为4V-30V。
电源电压可在4V-6V范围转变，电流IT转变1μA，相当于温度转变1K。
AD590能够经受44V正向电压和20V反向电压，因此器件反接也可不能损坏。
4、输出电阻为710MΩ。
五、精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线形误差±℃。
二、大体应用电路
图是AD590用于测量热力学温度的大体应用电路。
因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时，输出电压V0随温度的转变为1mV/K。
但由于AD590的增益有误差，电阻也有误差，因此应付电路进行调整，调整的方式为：
把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使V0=+25=（mV）。
但如此调整只保证在0℃或25℃周围有较高的精度。
图 AD590应用电路
如下图，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。
调整方式如下：
在0℃时调整R2，使输出V0=0，然后在100℃时调整R4使V0=100mV。
如此反复调整多次，直至0℃时，V0=0mV，100℃时V0=100mV为止。
最后在室温下进行校验。
例如，假设室温为25℃，那么V0应为25mV。
冰水混合物是0℃环境，滚水为100℃环境。
湿度传感器
测量空气湿度的方式很多，其原理是依照某种物质从其周围的空气吸收水分后引发的物理或化学性质的转变，间接地取得该物质的吸水量及周围空气的湿度。
电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件别离是依照其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生转变而进行湿度测量的。
下面介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。
一、特点
不需校准的完全互换性，高靠得住性和长期稳固性，快速响应时刻，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配进程等。
图3.6a为湿敏电容工作的温、湿度范围。
图为湿度-电容响应曲线。
图3.6a湿敏电容工作的温、湿度范围图湿度-电容响应曲线
相对湿度在1%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时刻小于5S；温度系数为pF/℃。
可见精度是较高的。
二、湿度测量电路
HS1100/HS1101电容传感器，在电路组成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。
如何将电容的转变量准确地转变成运算机易于同意的信号，常有两种方式：
一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的转变转为与之成反比的电压频率信号，可直接被运算机所搜集
频率输出的555测量振荡电路如下图。
集成按时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，组成了对C的充电回路。
7端通过芯片内部的晶体管对地短路又组成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。
另外，R3是避免输出短路的爱惜电阻，R1用于平稳温度系数。
图频率输出的555振荡电路
该振荡电路两个暂稳态的交替进程如下：
第一电源Vs通过R4、R2向C充电，经t充电时刻后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，约，现在输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经t放电时刻后，Uc下降到比较器的低触发电平，约
现在输出，现在输出引脚3端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出。
其中，充放电时刻为
t充电=C（R4+R2）Ln2
t放电=CR2Ln2
因此，输出的方波频率为
f=1/（t放电+t充电）=1/[C（R4+R2）Ln2]
可见，空气湿度通过555测量电路就转变成与之呈反比的频率信号，表给出了其中的一组典型测试值。
表空气湿度与电压频率的典型值
粮仓信号的分析与处置
多路开关
多路开关，有称“多路模拟转换器”。
多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端，并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现有n线到一线的接通功能。
反之，当模拟信号有公共输出端输入时，作为信号分离器，实现了1线到n线的分离功能。
因此，多路开关一般是一种具有双向能力的器件。
在本设计中，由于采纳了温湿度双量操纵，因此在信号搜集中将有两个模拟量被提取，这时选用多路开关确实是很必要的。
我选用的是CD4051多路开关，它是一种单片、COMS、8通道开关。
该芯片由DTL/TTL-COMS电平转换器，带有禁止端的8选1译码器输入，别离加上操纵的8个COMS模拟开关TG组成。
CD4051的内部原理框图如下图。
图CD4051的内部原理框图
图中功能如下：
通道线IN/OUT（4、二、五、一、1二、1五、14、13）：
该组引脚作为输入时，可实现8选1功能，作为输出时，可实现1分8功能。
XCOM（3）：
该引脚作为输出时，那么为公共输出端；作为输入时，那么为输入端。
A、B、C（1一、10、9）：
地址引脚
INH（6）：
禁止输入引脚。
假设INH为高电平，那么为禁止各通道和输出端OUT/IN接至；假设INH为低电平，那么许诺各通道按表3-2关系和输出段OUT/IN接通。
VDD（16）和VSS（8）：
VDD为正电源输入端，极限值为17V；VSS为负电源输入端，极限值为-17V。
VGG（7）；电平转换器电源，通常接+5V或-5V。
CD4051作为8选1功能时，假设A、B、C均为逻辑“0”（INH=0），那么地址码00013经译码后使输出端OUT/IN和通道0接通。
其它情形下，输出端OUT/IN输出端OUT/IN和各通道的接通关系如下表：
表CD4051功能表
（1）多路检测信号的实现
本设计系统为多路的温度信号搜集，故采纳CD4051组成多路分时的模拟量信号搜集电路.见图：
图 模拟信号搜集电路
模块由9片CD4051组成，共72个模拟信号接入点，足够提供64个AD590温度传感器和8个HS1100/HS1101湿度传感器输入。
D1-D4端通过74LS273锁存器分时选通单片机P0口，输出地址D0-D8，通过74LS138译码器输出地址接口Y0-Y8,将Y0-Y8别离接至模拟开关CD4051INH口，D5-D7别离接至CD4051的A、B、C地址端，通过INH、A、B、C地址信息别离选通各管脚对应的传感器，达到分时传输的目的。
3.2.2A/D转换
一．A/D转换器的特点
为了把温度、湿度检测电路测出的模拟信号转换成数字量送CPU处置，本系统选用了双积分A/D转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。
由于MC14433只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，应选用多路选择电子开关，可输入多路模拟量。
MC14433A/D转换器
由于双积分方式二次积分时刻比较长，因此A/D转换速度慢，但精度能够做得比较高；对周期信号转变的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。
目前，国内外双积分A/D转换器集成电路芯片很多，大部份是用于数字测量仪器上。
经常使用的有位双积分A/D装换器MC14433和位双积分A/D转换器ICL7135
二．MC14433A/D转换器件简介
MC14433是三位半双积分型的A/D转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优势，其缺点是转换速度低，约1—10次/秒。
在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据搜集系统中，被普遍采纳。
MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，能够互换。
MC14433A/D转换器的被转换电压量程为或。
转换完的数据以BCD码的形式分四次送出（最高位输出内容特殊，详见表）
表、DS1选通时Q3～Q0表示的结果
图MC14433A/D转换器的内部逻辑框图
图MC14433引脚图
MC14433的框图（图）和引脚（图）功能说明
各引脚的功能如下：
电源及共地端
VDD：
主工作电源+5V。
VEE:
模拟部份的负电源端，接-5V。
VAG：
模拟地端。
VSS：
数字地端。
VR：
基准电压。
外界电阻及电容端
RI：
积分电阻输入端，VX=2V时，R1=470Ω；VX=200Mv时，R1=27KΩ。
C1：
积分电容输入端。
C1一样为µF。
C01、C02：
外界补偿电容端，电容取值约µF。
R1/C1：
R1与C1的公共端。
CLKI、CLKO：
外界振荡器时钟调剂电阻Rc，Rc一样取470KΩ左右。
转换启动/终止信号端
EOC：
转换终止信号输出端，正脉冲有效。
DU：
启动新的转换，假设DU与EOC相连，每当A/D转换终止后，自动启动新的转换。
过量程信号输出端
/OR：
当|Vx|›VR，过量程/OR输出低电平。
位选通操纵线
DS4----DS1：
选择个、十、百、千位，正脉冲有效。
DS1对应千位，DS4对应个位。
每一个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间距离为2个时钟周期。
图MC14433选通脉冲时序图
BCD码输出线
Q0---Q3：
BCD码输出线。
其中Q0为最低位，Q3为最高位。
当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在D
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