基于51單片機的糧倉溫濕度檢測

曾鵬　陳其軍　段浩楠　高雁鳳　許素安　陳錫愛

摘 要：隨著社會科學技術發展，越來越多的產業開始實現自動化。近年來，互聯網實時監控日漸普及，得到了廣泛應用，本文設計了一套基于51單片機的糧倉溫濕度檢測系統。該糧倉管理系統根據用戶所期待的溫濕度對環境（糧倉）進行檢測，將數據通過2.4G無線網絡上傳并記錄在數據庫，并在超出閾值時報警。

關鍵詞：糧倉管理 51單片機 溫濕度檢測 無線通訊 串口技術

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：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

糧庫是糧食倉庫的簡稱，是存儲糧食的重要方式，由糧食部門統一管理，擔負著國家糧食儲備、地方糧食儲備、糧食流通的主渠道作用，其主要任務是完成糧食的接受、保管和調運輸送等糧食流通諸環節。在糧庫中，當溫度和濕度變化時，會引起糧食發霉，生潮等問題，在我國北方，依然存在著將糧食存于地下庫內存儲方式，因此研究溫濕度的控制非常有必要，在自動化時代進一步改善儲存控制方式，提升水平。

我國地大物博，各地的自然環境條件不同，所以在不利于存儲糧食的自然環境中，具有自動可調節溫濕度的糧庫更能夠創造適宜存儲的條件，中國各地的經濟發展極其的不平衡，所以設計出具有實用價值并且采用最低的成本達到最好的效果是非常有必要的，既能節約人力成本，又可以節約制造成本，不僅可以改善貧困的地區經濟狀況，又避免了資源和經濟成本浪費。

1 系統整體設計

本系統由硬件和軟件兩部分組成，溫濕度檢測以及報警裝置的硬件電路系統包括溫濕度信號的轉換電路、單片機系統的硬件電路、LCD顯示電路、串口電路、蜂鳴器電路、無線藍牙電路等；軟件部分主要是用單片機C語言進行編程，實現對信號的采集、轉換、分析以及顯示，在符合軟硬件相適應的前提下，先進行硬件電路的設計，再進行軟件編程，以及模塊化設計，并對各模塊進行調試，最后軟硬件鏈解，排除故障，如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 單片機電路組成

本次使用的主要由是8051微處理器CPU、傳感器、蜂鳴器、LCD顯示屏電路構成，充分利用了該單片機的高效、便捷、數值顯示精確等特點。對于測量溫濕度是最好的選擇。STC89C51單片：由三總線（地址總線、數據總線和控制總線）、中央處理器（CPU）和存儲器構成，中央處理器由運算器和控制器組成。算數邏輯單元ALU（Arithmetic Logical Unit）：主要完成算術，邏輯運算；累加寄存器A：用于存放操作數或運算結果；寄存器組：由其他的寄存器組成，主要用于存放操作數和運算結果；標志寄存器F：存放運算結果的標志（零、正負、進位、溢出等）；60kB Flash程序存儲器；1kB 數據Flash；2048B的SRAM；8通道10位高速ADC。

2.2 傳感器電路

DHT11數字溫濕度傳感器上面用的是濕敏電阻，是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，DHT11傳感器內含一個NTC測溫和一個電阻式感濕元件，并與一個8位的高性能單片機相連接，在精確的濕度校驗室中DHT11傳感器進行過校準，每個DHT11都在OPT內存中存了在校驗室中得到的校準洗漱，檢測信號的時候，在處理過程中傳感器內部要調用這些校準系數，采用單線制的串行接口，使系統集成可以有較低的功耗，而且更加簡單快速，信號傳輸距離超過20m，作為一個數字溫濕度傳感器DHT11具有響應快速、抗干擾強、性價比高等優點，它的性能指標如下：濕度測量范圍為20%～89%RH；濕度測量精度為±6%RH；溫度測量范圍 -10℃～50℃，溫度測量精度為±1℃，工作電壓3.0～6V，相應時間<5s，DHT1l采用4針單排引腳封裝，傳感器通電后，需要等待1s，這是因為要越過不穩定的狀態，在此期間不需發送指令，電源引腳（VDD、GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。DHT1l引腳說明見表1。

2.3 串口電路

STC15F2K60S2單片機具有兩個采用UART工作方式的全雙工串行通信接口（串行口1和串行口2）。每個串行口由2個數據緩沖器、1個移位寄存器、1個串行控制寄存器和1個波特率發生器等組成。每個串行口的數據緩沖器由串行接收和發送緩沖器構成，既可以接收數據，又可以發送數據，還可以同時發送和接收。串口1的接收和發送緩沖器共用一個地址號（99H）；串口2接收和發送緩沖器共用一個地址號（9BH）對于兩個進行通信的端口，這些參數必須匹配，此系統選擇的波特率為9600。

2.4 蜂鳴器電路

蜂鳴器有“有源”和“無源”兩種類型，有源是指其內部自帶多諧振蕩器等結構，外部只需要提供工作電壓，它（內部的振蕩器就工作）就能發出固定頻率的聲音。

本項目中使用的是無源蜂鳴器，對于無源蜂鳴器，經常采取并聯一個二極管的方式，進行保護，發射極接地，使用NPN三極管，單片機輸出一個高電平才能導通。

2.5 LCD電路

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

3 系統軟件設計

3.1 下位機

溫濕度檢測系統的軟件是采用模塊化的設計，DHT11傳感器接受溫濕度信號，將溫濕度信號轉換為電壓信號，單片機讀取ADC值，將數值分析、計算，并通過串口傳給上位機，上位機顯示溫度和濕度信號的數值以及相關曲線；當溫濕度的值超過設定值時，蜂鳴器進行報警。

3.2 上位機

圖2位上位機窗口展示。上位機部分的設計主要用QT編程設計，分為頁面的設計和函數的調用，首先在界面庫中選擇相應的元件，進行界面設計，之后進行程序的編寫，本項目選用的是較為基礎的界面模塊，調用庫中的函數并進行相應的更改，即可得出簡單的界面應用。

引用庫中的函數，實現列表、曲線、以及時間變量的定義，串口功能現，打開串口，數據的刪除，接受數據，查詢串口，導出數據等功能。可以直觀看到溫濕度數據的動態變化，便于合理的控制。

4 展望

本文主要介紹了通過檢測溫濕度，直觀看出外部溫濕度的變化，達到報警的功能，控制外部溫度，運用于保存糧食。測量溫濕度數據，下位機通過藍牙進行無線通信數據傳輸，很大程度提高了糧倉溫度的可控性，隨著社會的發展與進步、無線網絡與數據傳輸技術在農業、工業方面的運用越來越廣泛，例如糧食存儲、大棚蔬菜、衛星導航、航空航天等，涉及廣泛，在未來的社會，相信隨著我們技術的發展，無線網絡與數據的傳輸，藍牙技術，視覺處理等技術，創新是第一生產力，這些技術將會在我們日常生活中運用的更加的廣泛，也會推動自動化行業的快速發展，提升我國的科技技術水平。

參考文獻

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