毕业论文设计粮仓温湿度检测系统的设计.docx

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毕业论文设计粮仓温湿度检测系统的设计

湖北文理学院

毕业论文设计

温度传感器的粮库温度检测系统的研究

学院：

物理与电子信息工程学院

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摘要

粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。

国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进。

在理论研究和实地考察实验的基础上，进行了粮食仓库温度和湿度实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。

温度和湿度的检测与控制对防止粮食霉变有着重要的意义，讨论粮堆温度和湿度变化的主要原因以及粮食仓库中温度和湿度的允许变化范围。

探讨在线测量，计算和控制粮食仓库温度和湿度的原理和方法，基本消灭了粮食霉变事故，同时也节省了大量人力和物力，减轻了粮仓管理的工作强度，提高了粮库管理效率，使粮食管理得到了安全可靠的保障。

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。

关键字：

温湿度粮仓检测系统设计

ABSTRACT

Barnmanagementofthemostimportantissueismonitoringthegrainheaptemperatureandhumiditychanges.countriesforgrainstoragetopayhighfeeseachyear,mainlyduetohighcostofmonitoringequipment,managementmethodswerenotadvancedenoughinthetheoreticalstudyandfieldvisitsonthebasisofexperimentscarriedoutafoodstoragetemperatureandhumidity,real-timemonitoringandcontrolsystemcircuitdesignanddevelopment.thetemperatureandhumiditymeasurementandcontroltopreventmildewfoodofgreatsignificancetodiscussthegrainheapthemainreasonforthetemperatureandhumiditychangesaswellasfoodstoragetemperatureandhumidityrangeallowedexploreon-linemeasurement,calculationandcontroloffoodstoragetemperatureandhumidity,theprinciplesandmethods,andbasiceliminationoffoodmildewaccident,butalsosavealotofmanpowerandmaterialresources,therebyreducingtheintensityofgranarymanagementworktoimprovetheefficiencyofmanagementofthegranary,sothatfoodmanagementhasbeenasafeandreliableprotection

Arepresent,thegraindepotsinthetemperatureandhumiditytestingisbasicallyamanualinspection,labor-intensive,cumbersome,duetonottimelydetectionandalarm,resultinginthelossoflibrarystorageoffoodphenomenahaveoccurred,sothedesignanddevelopmentofthehighercostperformancegranarytemperatureandhumidityautomaticdetectionsystemsisurgent.becauselargegranarywidelydistributed,largereservesandgrainstoragemanagementandmonitoringdifficult,basedonintelligencegraindepotdetectionsystemonthedesignofcomputermanagementsoftware,configuredbyeachgranary-bitmachineswillpayunderthecircumstancesthenumberofdataviawirelesstransmissionmodulesendstothehostcomputer,hostcomputerthenextbitplanedataintheformofcurvesandtablesthatcomeout,clearandintuitivedisplayoftemperatureandhumidityconditionswithinthewarehousebythehostcomputertothegranarytomonitor,managepersonnelinthecontrolroomcanbereal-timeintelligencedatatoseefoodonthefoodsituationanalysisofthedatatoachievegranarymanagementautomation,intelligent.

KEYWORDS：

humituregranarydetecingsystemdesing

第一章引言

随着时代的进步和发展，单片机控制无疑是人们追求的目标之一。

单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。

温室、粮库等恒温场所对于自动化的要求也越来越高，对室内温湿度的测量和设备的控制操作要用自动控制系统来完成。

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[2]。

控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平，达到安全储藏的目的。

控温储粮能保持粮食较好的品质，是目前比较先进的一种安全、经济、绿色的储粮技术，已成为当今科学储粮技术发展的新方向。

低温储藏使粮食品质提高，温度对微生物的生长、繁殖也有影响，大多数菌种生长繁殖的适宜温度范围是28℃~30℃，温度低于15℃这些菌种的活动的繁殖就会受到抑制，低于12℃时害虫一般不能繁殖[3]。

当粮库温度在20℃~35℃、相对湿度≥85%时，粮食就易发生霉变。

当温度较高，空气中相对湿度较低时，霉菌也能依附在物体表面繁殖生长。

分析表明，我国江南5～9月有利于发生霉变的频率为34%，即夏季约有三分之一的时间，其温、湿度及空气中水汽含量搭配得当，易导致库房内大部分仓储物品霉变，尤其在7、8俩月，温湿度条件有利于物品发生霉变的频率达60%以上，而在其它时段均在20%以下。

储粮害虫一般最适湿度在70%~75%，如果粮堆内的空气相对湿度保持在65%以内，保持与其平衡的水分，就可以抑制粮食上几乎全部微生物的活动[4]。

从储粮管理来说，湿度抑制微生物的生长比温度更有意义。

1.1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。

我国近年引进了多达16个国家和地区的仓库环境控制系统，对吸收国外先进经验、推动仓库温度湿度自动检测产生了积极的作用，但多因能耗过大，造价高，品种未能配套，未能达到很好的效果。

中国的仓库环境综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进、消化、吸收国内外先进技术和科学管理的基础上，进行总结提高、集成创新、超前示范，既开发适宜我国经济发展水平，又能满足不同气候条件，接近或达到世界先进水平的智能化仓库监测系统。

在专用品种、综合配套技术、贮运营销上，应该研制具有中国知识产权的产品和技术。

随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制仓库环境。

控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。

先编制出仓库存放粮食最优环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各仓库的参数，并给终端控制系统指令。

终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现粮食仓库的环境调节。

该种系统可以达到自动控制降温、除湿、通风。

根据需要，通过键盘将信息输入中央管理室，根据情况可随时调节仓库温度。

（1）广泛采用新技术、新工艺

随着科技的进步，许多新技术和新工艺被应用到湿度测量领域中[4]。

例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens（Ce-mo-Sens）专利技术为高精度湿度传感器系统设置精度。

其特征是将半导体芯片（CMOS）与传感器技术融合，为开发高集成度、智能化、高精度、高可靠性的湿度检测系统提供了解决方案。

该项技术亦称“Sensmitter”，它代表传感器（sensor）与变送器（transmitter）的有机结合。

尽管SHT11/15属于传感器范畴，但具有创新性的CMOSens技术使之兼有变送器的功能，便于实现系统集成。

Honeywell公司生产的HIH－3610型湿度传感器，能在高温，有化学液体或气体的环境下正常工作，例如可以测量含有氨、苯、甲醛等有害气体的鸡棚或猪舍中的相对湿度。

即使在饱和状态下，传感器也很容易从短期凝结中恢复过来。

HIH－3610芯片上有一层起保护作用的亚硝酸盐钝化层，在安装过程中不易损坏。

（2）提高测量精度和分辨力

目前，国内外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能湿度传感器，SHT11/15型智能化湿度传感器系统测量相对湿度的范围是0～100％，分辨力达0.03％RH，最高精度为±2％RH。

测量露点的精度＜±1℃。

在测量湿度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。

利用降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的功耗。

SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力强，不需要外部元件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度／湿度调节系统中。

（3）增加测试功能

新型智能湿度传感器的测试功能也在不断增强[5]。

例如，DS1629型单线智能湿度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。

DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的存储器，可存储用户的短信息。

另外，智能湿度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路湿度测控系统创造了良

1.2课题的提出及研究的意义

粮食的安全存储是关系到国计民生的战略大事，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。

国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进。

在理论研究和实地考察实验的基础上，进行了粮食仓库温度和湿度实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。

温度和湿度的检测与控制对防止粮食霉变有着重要的意义，讨论粮堆温度和湿度变化的主要原因以及粮食仓库中温度和湿度的允许变化范围。

探讨在线测量，计算和控制粮食仓库温度和湿度的原理和方法，基本消灭了粮食霉变事故，同时也节省了大量人力和物力，减轻了粮仓管理的工作强度，提高了粮库管理效率，使粮食管理得到了安全可靠的保障。

每到粮食收获季节各粮仓的粮食收购及粮情检测工作压力巨大，如何进行粮食的现代化管理也是每一个储库点的重中之重，若管理不当，粮食发霉或生虫会造成极大浪费。

粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。

国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进，于是温湿度智能监控系统的研究与应用也日益迫切。

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。

1.3本文的设计思路及预期结果

1.3.1本文的设计思路

充分考虑气候、环境因素对粮食的影响，并根据粮仓内粮食保持正常状态所需的温度和湿度设计出温湿度参考值预先存储于单片机中。

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。

在设计过程当中，单片机的P0口用于LED显示，P1.0-P1.5控制执行机构的继电器，P1.6、P1.7为独立式键盘接口作为人工按钮，P2接温湿度传感器，P3连接蜂鸣报警器和发光二极管等。

◆A/D转换器：

A/D转换器采用8位串行控制模数转换器ATC0809。

ATC0809是低价格8位逐次逼近型A/D转换器，它的特点是：

可直接与微处理器相连，不需另加接口逻辑，具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入8个模拟信号。

◆ 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。

1.3.2预期结果

根据设计方案及思路，预测出现的设计结果，当系统完好的设计完后，连接所有的硬件设备，运行相应的软件设备

放在某个采集点的温湿度传感器会感应测出相应的模拟温湿度值，经过放大器的放大再经过A/D转化器，转换成成单片机可以识别的数字信号，信号经编译连接传到个软件测试模块就可以看到相应的结果。

软硬件连接完好，电路完善的情况下，肉眼能看到的是经过一系列的软硬件编译过的在LED数码管上显示的数字，在预先假定好的温度范围内看出数字的变化，当温湿度数码管显示的温湿度值超过了预定的值时系统发出报警提示，当温湿度值没有超过预定的温湿度范围，测系统接收下一次的温湿度采集值。

第二章粮仓温湿度监测系统设计基础知识

2.1温湿度检测技术

温湿度检测技术：

温湿度监测系统，用于特定环境（或设备）温度、湿度、信息的采集和显示，并通过网络将采集信息实时传送到系统数据库；系统能够自动监测异常数据，并实时发送报警信息；应用场景：

*实验室环境监测

*粮仓温室度检测

*设备（冰箱、冰柜、培养箱、烘烤箱等）温度监测

*样品存储环境

2.1.1湿度的相关概念

湿度概念：

在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”。

日常生活中所指的湿度为相对湿度，％rh表示。

总言之，即气体中（通常为空气中）所含水蒸气量（水蒸气压）。

湿度测量的历史：

湿度和温度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。

湿度计测的历史可以追溯到中国的天秤型（公元前179年）为最早的湿度计测。

（温度计测可追溯到记载的希腊时代的温度计。

）

绝对湿度（Absolutehumidity）

单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。

表示∶D=g/m3但是,即使水蒸气量相同,由于温度和压力的变化气体体积也要发生变化,即绝对湿度D发生变化。

D为容积基准。

相对湿度（Relativehumidity）

气体中的水蒸气压（e）与其气体的饱和水蒸气压（ｅs）的比，用百分比表示。

表示∶rh=e/es×100%。

但是,温度和压力的变化导致饱和水蒸气压的变化,rh也将随之而变化。

通常在工作和生活中我们使用的湿度即为相对湿度。

饱和水蒸气压（SaturationVaporPressure）

气体中所含水蒸气的量是有限度的,达到限度的状态即可称之为饱和,此时的水蒸气压即称为饱和水蒸气压。

此物理量亦随着温度,压力的变化而变化,并且,0℃以下即使同一湿度,与水共存的饱和水蒸气压（esw）和与冰共存的饱和水蒸气压（esi）的值不同,通常所采用的是与水共存的饱和水蒸气压（esw）。

各温度对应的饱和水蒸气压表JIS-Z-8806在卷末记载。

露点（DewPoint）

温度较高的气体其所含水蒸气也较多,将此气冷却后,其所含水蒸气的量即使不发生变化,相对湿度增加,当达到一定温度时相对rh达到100%饱和,此时,继续进行冷却的话,其中一部分的水蒸气将凝聚成露。

此时的温度即为露点温度（DewPointTemperature）。

露点在0℃以下结冰时即为霜点（FrostPoint）。

2.1.2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：

国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。

湿

（1）精度和长期稳定性

湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。

在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。

（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0.2~0.8%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。

温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。

采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。

湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。

多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。

（3）湿度传感器的供电

金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。

必须是交流电供电。

（4）互换性

目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。

（5）湿度校正

校正湿度要比校正温度困难得多。

温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。

3、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法

在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。

（1）一致性判定

同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。

若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低3种湿度和温度情况，可以较全面地观察产品的一致性和稳定性，包括温度补偿特性。

（2）用湿毛巾或利用其它加湿手段对传感器加湿，观察其结露状态下的特性、灵敏度、重复性、升湿脱湿性能，以及分辨率，产品的最高量程等。

（3）对产品在高温状态和低温状态（根据说明书标准）进行测试，并恢复到正常状态下检测和实验前的记录作比较，考查产品的温度适应性，并观察产品的一致性情况。

产品的性能最终要依据质检部门正规完备的检测手段。

利用饱和盐溶液作标定，也可使用名牌产品作比对检测，产品还应进行长期使用过程中的长期标定才能较全面地判断湿度传感器的质量。

总之，人们使用湿度传感器的时间越长，认识就会越深入和全面。

同时，也对产品提出新的要求，这给产品带来了新的机遇，推动这项技术不断向新的高度发展。

我们相信，湿度传感器产品会在应用领域发挥越来越重要的作用。

2.1.3温度的相关概念

湿度概念：

相对湿度（%RH）：

给定的湿空气中，水