粮仓温湿度检测系统的设计.doc

粮仓温湿度检测系统的设计我国是一个人口众多的大国, 科学 储粮是保障人民粮食供应, 促进社会安定的大事, 粮仓温度的监测在科学储粮 中占有重要地位1。在大多数粮食存储企业, 目前仍主要靠人工检测粮仓温度。 由于粮库占地面积大，粮仓分散，仓内温度测试点多，因而人工监测工作量大， 效率低，检测周期长，容易漏检，而且测量器件损坏率高，测试精度难以保证。粮仓温室度检测技术的发展现状随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变 化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。粮仓温室度检测技术的发展现状随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变 化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。粮食温度是 能否保证粮食安全储存的重要指标之一,只有及时,准确地测得粮堆各层面的粮 温数据,并根据检测的温度数据对粮食储存情况进行分析,作出决策,采取措施, 最大限度的减少粮食在储存过程中的损失。 正目前,粮库中的温湿度检测,基本上是人工检测,劳动强度大,繁琐,由于 检测报警不及时,造成库储粮食损失的现象时有发生,于是,设计并研制性能价 格比较高的粮库温湿度自动检测系统迫在眉睫。 由于大型粮库分布广、 储量大， 粮库的管理和监测难度大，基于粮库粮情检测系统上的计算机管理软件的设 计，由每个粮仓中配置的下位机将粮情数据通过无线数传模块发送给上位机， 上位机将下位机的数据以曲线和表格的形式表示出来，清晰直观地显示出各仓 内温湿度状况，由上位机对粮仓进行监视，管理人员在控制室就可以看到实时 粮情数据，对粮情数据进行分析，实现粮仓管理自动化、智能化。系统的数据采集 部分是将温湿度传感器置于仓库内部，测出仓内的温湿度值，经过放大、A/D 3 粮仓温湿度检测系统的设计 转换为数字量之后送入 AT89C51 单片机中，然后通过 8 位 LED 显示，单片机 将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处 理发送相应指令控制执行机构动作，接通或关闭各种执行机构的继电器，进而 控制干燥机、空调和风机等设备，以此来调节仓内温湿度。如此循环不断，使 温湿度值与设定值保持一致。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出声 光报警，如果有必要，仓管人员还可以根据实际的情况通过键盘或按钮来人工 修改片内存储的预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化 控制温湿度的目标。一）系统硬件设计： 单片机芯片：.通过比较，选用 AT89C51 单片机来构造本系统。A/D 转换器：A/D 转换器采用 8 位串行控制模数转换器 ATC0809。 温度传感器 ：由计算机采集“电压-时间”的数据，以发挥其实时和准确 的特点。另外，该器件价格比较低廉，也完全能满足粮仓内粮食监测的需要。 湿度传感器：该器件具有不需校准的完全互换性、高度可靠性、长期稳 定性、快速响应和专利设计的固态聚合物结构，适用于线性电压输出和频率输 出两种电路，可经多路开关直接输入到 A/D 转换器。 （二）系统模块设计： 测控模块：检测各分机所在粮仓的温湿度数据 显示模块：温度采用四位显示，湿度也采用四位显示，使测量结果更直观， 便于管理人员做出决策。 报警模块：系统采用三极管驱动的蜂鸣音报警，当温湿度严重超标或出现 火情、遇盗时，系统做出声光报警，同时记录并打印事故出现的时间、仓号、控 制点等情报，并能启动适当应急措施2.1.4 温度传感器的分类及特点 温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。 温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额 大大超过了其他的传感器。从 17 世纪初人们开始利用温度进行测量。在半 导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN 结温度传 感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继 开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热， 在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测 8 量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度 范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环 境温度， 就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以 称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，温度传感器 本文温度传感器采用了接触式热电偶温度传感器，根据前文基础知可以知道 接触式热电偶温度传感器具有如下特点： 虽然它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置 放大器温度漂移的影响，不适合测量微小的温度变化 ，但是，由于热电偶 温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度 传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测 温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。 非接触式传感器其 测温范围比较大，粮仓测温不需要这种值度，所以不宜采用，采用接触式 热电偶传感器在粮仓中测温最适宜。 计算方法有： 温度测量是建立在热平衡定律的基础上的，根据温度的不同，可将温度测 量的方法分为接触式和非接触式两类。由于非接触式测温方法是基于物理的热 辐射能随温度变化的原理，用在本系统中不合理，故本系统中我将采用接触式 测温计，其中接触式测温计热电偶测温计和热电阻测温计，由于热电偶的更适 合本系统的应用且课本检测技术及仪表中关于这方面的知识比较熟悉，所 以综上所述，温度传感器里将用热电偶温度计。 热电偶温度计的可用冷端温度补偿方法： （1）0恒温法 （2）计算修正法；设计计算公式： Eab（t，to）= Eab（t ，th）+ Eab（th，to） （3）补偿电桥法，本文主要采用补偿电桥法测温湿度传感器的分类及特点 1、 湿度传感器的分类 湿度传感器分为电阻式和电容式两种， 产品的基本形式都是在基片涂覆感湿 材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发 生很大的变化，从而制成湿敏元件。 2、 湿度传感器的特性：(1) 精度和长期稳定性(2) 湿度传感器的温度系数 湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在 0.20.8%RH/范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又 有差别。(4) 互换性 目前(5) 湿度校正 校正湿度要比校正温度困难得多湿度传感器湿度检测仪的主电路包括： （1）系统时钟电路； （2）系统复位电路； （3）按 键电路； （4）显示电路； （5）电源控制电路； （6）湿度检测传输及 A/D 转换电路 六部分组成。集成湿度传感器 HS15 的输出电压在 14V 之间随湿度呈线性变化，设计的 湿度信号采集电路如图 2.6 所示，该电路测湿范围为 0%100%RH。由于该电路 中没有出现负压，电路主体采用差分式减法电路，精密电阻 2.4K ， 2K ，用 这四个电阻可调节增益。 通过 HM1500 传感器测量所得到的湿度电压信号从 IN 输 入。 HS15 特别适用使用于 1098%RH 环境的精确测量，超过上述范围将不会对 HS15 稳定性造成影响。温度传感器 本文温度传感器采用了接触式热电偶温度传感器，根据前文基础知可以知道 接触式热电偶温度传感器具有如下特点： 虽然它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置 放大器温度漂移的影响，不适合测量微小的温度变化 ，但是，由于热电偶 温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度 传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测 温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。 非接触式传感器其 测温范围比较大，粮仓测温不需要这种值度，所以不宜采用，采用接触式 热电偶传感器在粮仓中测温最适宜。 计算方法有： 温度测量是建立在热平衡定律的基础上的，根据温度的不同，可将温度测 量的方法分为接触式和非接触式两类。由于非接触式测温方法是基于物理的热 辐射能随温度变化的原理，用在本系统中不合理，故本系统中我将采用接触式 测温计，其中接触式测温计热电偶测温计和热电阻测温计，由于热电偶的更适 合本系统的应用且课本检测技术及仪表中关于这方面的知识比较熟悉，所 以综上所述，温度传感器里将用热电偶温度计。 热电偶温度计的可用冷端温度补偿方法： （1）0恒温法 （2）计算修正法；设计计算公式： Eab（t，to）= Eab（t ，th）+ Eab（th，to） （3）补偿电桥法，本文主要采用补偿电桥法测温。粮仓温室度检测系统的具体设计 3.1 设计结构根据系统需求及总体的思路，设计出如下总体框图： 通过温室度传感器在粮仓内部某个面积采集相关的温室度数据，经过 A/D 转换器将模拟信号转换为单片机可识别的数字信号， 单片机插上电源后就会开始 工作，对数据进行编译识别，经过单片机数据处理后，显示器将数字显示出来， 对数字进行比较较真，当测得的值大于预定值则自动启动报警电路，发出报警， 通知 相关人员记录相关数据。本次设计将模拟电子技术、数字电子技术、传感器技术和单片机综合应用到 实际设计中，由温度集成传感器 HS15 采集模拟信号经放大送到模数