基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

伍立坤

摘 要：現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)對(duì)防潮、防火、防腐、防爆等要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)需要大量人工檢測(cè)進(jìn)行，效率低、準(zhǔn)確性不足、檢測(cè)不夠及時(shí)。文章提出了基于單片機(jī)的倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建思想，并就系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了淺要的分析，可供倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建參考應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，大量物資需要儲(chǔ)備于倉(cāng)庫(kù)之中。倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，是保障物資倉(cāng)儲(chǔ)質(zhì)量的重要工作，直接關(guān)系著儲(chǔ)備物資的使用效能和安全性。在傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，通常采用濕度表、溫度表等測(cè)試工具進(jìn)行人工檢測(cè)，以獲取庫(kù)房溫度、濕度、通風(fēng)狀況等相關(guān)參數(shù)。但這種人工檢測(cè)的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、及時(shí)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，且存在較大的誤差，甚至因人為原因造成質(zhì)量安全問(wèn)題。單片機(jī)技術(shù)集成度高、成本低、功能強(qiáng)，與現(xiàn)代儀器儀表等技術(shù)結(jié)合，能有效的提升倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控水平，應(yīng)用單片機(jī)構(gòu)建倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，能很好的滿足倉(cāng)儲(chǔ)生產(chǎn)的需要。

1 方案分析

1.1 設(shè)計(jì)需求

某食品加工企業(yè)大型倉(cāng)庫(kù)主要應(yīng)用于儲(chǔ)存小麥，目前采用人工檢測(cè)的方法，利用溫度計(jì)、濕度計(jì)進(jìn)行溫度和濕度的檢測(cè)，但這種人工檢測(cè)的方法在檢測(cè)深度和準(zhǔn)確度上存在很大的不足，經(jīng)常造成小麥腐爛、發(fā)霉、蟲害等現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)耗費(fèi)大量人工，急需對(duì)提升檢測(cè)深度和準(zhǔn)確度，提高檢測(cè)效率和及時(shí)性。本方案擬利用單片機(jī)和相關(guān)傳感器，構(gòu)建智能監(jiān)控系統(tǒng)，以滿足該企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控的需要。本方案主要針對(duì)溫度、濕度進(jìn)行檢測(cè)，滿足溫度、濕度的顯示和報(bào)警功能。溫度檢測(cè)范圍為-10℃～15℃，檢測(cè)精度±0.5℃濕度檢測(cè)范圍為10%RH～65%RH，檢測(cè)精度±1%RH。

1.2 溫度傳感器的選擇

溫度傳感器有熱電阻溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器兩類。熱電阻溫度傳感器利用電阻作為測(cè)量溫元件，具有精度高溫量范圍大的特點(diǎn)，不過(guò)價(jià)格較高且容易被污染；數(shù)字溫度傳感器利用單片集成，具有成本低、精度高、無(wú)需線性化電路的特點(diǎn)。文章擬選用ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的AD590作為溫度傳感器，該傳感器非線形誤差為±0.3℃，測(cè)溫范圍在-55℃～+150℃之間，具有高精度、傳輸距離遠(yuǎn)、不易損壞的優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿足本方案的要求。

1.3 溫度傳感器的選擇

濕度傳感器有開(kāi)關(guān)傳感器和電容傳感器可供選擇。如HOS-201濕敏傳感器即為開(kāi)關(guān)傳感器，其監(jiān)測(cè)范圍為0RH～100%RH，工作溫度在0～50℃之間，不過(guò)這類傳感器無(wú)法在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度。電容傳感器如HS1101，這類傳感器利用電容器件電容量大小的變化進(jìn)行濕度檢測(cè)，具有響應(yīng)迅速、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但其誤差有可能大于1%RH。雖然在檢測(cè)精度上，HOS-201更能滿足本方案需要，但HOS-201在工作溫度處于0～50℃之間才有較好的效果，充分考慮本方案的檢測(cè)精度要求和工作環(huán)境溫度范圍，小于±2%RH的檢測(cè)精度通過(guò)控制檢測(cè)范圍能滿足本方案的需要，為此本方案采用HS1101濕度傳感器。

1.4 信號(hào)通道結(jié)構(gòu)選擇

本方案需要對(duì)點(diǎn)溫度、濕度信號(hào)進(jìn)行采集傳輸，在信號(hào)通道結(jié)構(gòu)方面，有多路并行模擬輸入和多路分時(shí)模擬輸入兩大類。多路并行模擬輸入可以根據(jù)不同的測(cè)量要求構(gòu)建信號(hào)模擬量輸入通道，并根據(jù)各通道的特點(diǎn)獨(dú)立編程，每一路信號(hào)采用單獨(dú)的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)專用接口與單片機(jī)連接。多路分時(shí)模擬輸入利用多路切換器進(jìn)行不同采集單元信號(hào)輸入之間的切換，各路信號(hào)共用一個(gè)采集保持器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)同一接口與單片機(jī)連接。多路并行模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件成本較高，但處理速度較快，軟件實(shí)現(xiàn)容易；多路分時(shí)模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件成本較低，不過(guò)處理速度稍慢且軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。考慮本方案實(shí)際需要，采用多路分時(shí)信號(hào)模擬傳輸系統(tǒng)能滿足處理速度的要求，其硬件結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單成本較低，因此選用多路分時(shí)信號(hào)模擬輸入結(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本方案基本設(shè)計(jì)思想是利用溫度、濕度傳感器對(duì)倉(cāng)庫(kù)多點(diǎn)溫度、濕度進(jìn)行采集，利用單片機(jī)的高敏感性和可控性進(jìn)行溫度、濕度數(shù)據(jù)的分析，做出相應(yīng)的反應(yīng)和動(dòng)作。其基本硬件結(jié)構(gòu)如下：

2.1 信號(hào)采集系統(tǒng)

信號(hào)采集系統(tǒng)包括溫度采集系統(tǒng)和濕度采集系統(tǒng)。溫度采集系統(tǒng)采用AD590做為溫度傳感器，該傳感器使用5V直流電源供電，本系統(tǒng)共設(shè)24路溫度信號(hào)采集，利用CD4051多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行多路分時(shí)模擬切換。濕度傳感器采用HS1101，本系統(tǒng)共設(shè)24路濕度信號(hào)采集，利用CD4051多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行多路分時(shí)模擬切換。

2.2 多路開(kāi)關(guān)

本系統(tǒng)采用CD4051作為多路開(kāi)關(guān)，起到將多個(gè)模擬量輸入信道通過(guò)一個(gè)公共模擬輸入端分時(shí)切換輸入單片機(jī)的作用。由于本系統(tǒng)分為溫度和濕度采集兩類信號(hào)的采集，因此需要分別采用CD4051，對(duì)溫度和濕度兩個(gè)信號(hào)模擬量進(jìn)行提取。考慮CD4051只有8個(gè)通道，因此需要分別為溫度采集和濕度采集各設(shè)置3個(gè)CD4051進(jìn)行擴(kuò)展，分別擴(kuò)展為24路通道，以滿足本系統(tǒng)的需要。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換

A/D轉(zhuǎn)換主要將溫度、溫度檢測(cè)電路所檢測(cè)到的溫度、濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至單片機(jī)處理的作用。本系統(tǒng)采用MC14433作為A/D轉(zhuǎn)換器，采用5V電源供電，采用動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的方法，通過(guò)單片機(jī)P1口直接與單片機(jī)相連。

2.4 單片機(jī)及其它電路

單片機(jī)是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制核心，本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)具有32個(gè)I/O接口，2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，并內(nèi)置4k字節(jié)FLASH閃存器和時(shí)鐘電路，能滿足本系統(tǒng)的需要。其它電路包括鍵盤電路、LED顯示電路和報(bào)警電路，其中鍵盤電路負(fù)責(zé)溫度、濕度設(shè)定值的輸入和修改，LED顯示電路負(fù)責(zé)溫度、濕度設(shè)定值和檢測(cè)值的顯示，報(bào)警電路負(fù)責(zé)溫度、濕度超限時(shí)的報(bào)警，采用蜂鳴器和閃光報(bào)警兩種方式協(xié)同進(jìn)行。

2.5 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件包括鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別、溫濕度顯示、溫濕度采樣、超限報(bào)警幾個(gè)部分。考慮溫度和濕度的變化具有連續(xù)性和平穩(wěn)性，軟件系統(tǒng)采用分段定值濾波算法來(lái)所檢測(cè)到的溫度值和濕度值，以避免突發(fā)性干擾造成檢測(cè)值波動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致誤報(bào)警現(xiàn)象，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。整個(gè)軟件系統(tǒng)工作流程按溫濕度檢測(cè)——溫濕度數(shù)據(jù)處理——鍵盤查詢——數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行。系統(tǒng)工作時(shí)，首先讀取傳感器檢測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)，與溫濕度預(yù)設(shè)置進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)超出設(shè)定范圍時(shí)利用聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用單片機(jī)構(gòu)建倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，能有效提高監(jiān)控效率和準(zhǔn)確度，降低人工投入。由于篇幅原因，本系統(tǒng)僅針對(duì)溫度、濕度信號(hào)的采集和超限報(bào)警進(jìn)行了構(gòu)建。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以進(jìn)一步加入通風(fēng)系統(tǒng)、排濕系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)等，利用單片機(jī)進(jìn)行溫度、濕度的控制，當(dāng)溫度、濕度超限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行處理，能進(jìn)一步提高倉(cāng)儲(chǔ)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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