智慧糧庫(kù)糧情監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈廣浩+鄧春偉+姚忠源

0、引言

糧食是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要戰(zhàn)略物資，吃飯始終是人類賴以生存和社會(huì)穩(wěn)定的頭等大事，保持糧食科學(xué)倉(cāng)儲(chǔ)和流通至關(guān)重要，因此，開(kāi)發(fā)一個(gè)結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的糧管理控制系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化糧食存儲(chǔ)管理過(guò)程，保障糧食的安全，減少人力，提高效率，這對(duì)于推進(jìn)糧庫(kù)管理的現(xiàn)代化將具有非常重要的意義。

1、研究背景

糧倉(cāng)測(cè)控技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，它是科學(xué)保糧的重要技術(shù)之一，隨著國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣。國(guó)家糧食總產(chǎn)量不

斷突破歷史新高。但國(guó)家的糧食儲(chǔ)備狀況自建國(guó)以來(lái)卻沒(méi)有得到明顯改善。全國(guó)80%左右的糧食仍采用原始的存儲(chǔ)方式。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過(guò)檢測(cè)電阻的變化來(lái)反映糧食溫度的變化.為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人一點(diǎn)一點(diǎn)測(cè)精、效率低準(zhǔn)確性差。

2、系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)采用無(wú)線（有線）通信技術(shù)[1]、單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)，對(duì)糧食儲(chǔ)備庫(kù)中的糧食保管資料建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字傳感器18B20對(duì)糧食溫度的采集，上傳至計(jì)算機(jī)顯示和打印溫度信息及變化曲線。傳輸方式為無(wú)線或有線通信，糧倉(cāng)與主控機(jī)房之間的最遠(yuǎn)距離不低于2千米（無(wú)線）或3千米（有線）。

本系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)元器件組裝，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)測(cè)試能在環(huán)境溫度 -40?C～+85?C 范圍內(nèi)工作；采取靈活的設(shè)計(jì)方案，可根據(jù)不同規(guī)模，不同倉(cāng)型及用戶要求進(jìn)行配置。

糧管理控制系統(tǒng)由51單片機(jī)、溫濕度傳感器、液晶、無(wú)線收發(fā)模塊、DS1302時(shí)鐘芯片等元件組成，其中控制系統(tǒng)的選擇是關(guān)鍵，控制芯片的選擇既要求滿足控制的需求，又要省錢、易操作，總而言之是要求性價(jià)比達(dá)到最高，以便花最少的錢來(lái)設(shè)計(jì)出性能較好的系統(tǒng)。控制中心不僅要處理檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，還要根據(jù)設(shè)置來(lái)發(fā)出相應(yīng)的操作指令，因而是系統(tǒng)能自動(dòng)化、智能化的關(guān)鍵。作為測(cè)控系統(tǒng)，如何獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)也十分關(guān)鍵，傳感器在系統(tǒng)中是實(shí)現(xiàn)測(cè)量的主要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)必不可少的部件，如果沒(méi)有傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。

3、硬件電路設(shè)計(jì)

電路的設(shè)計(jì)主要分為兩大塊主機(jī)電路的設(shè)計(jì)與測(cè)量單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)控制電路、溫度檢測(cè)電路、無(wú)線收發(fā)電路、收發(fā)模塊與PC機(jī)通信電路等電路。

控制系統(tǒng)選用AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

4、主機(jī)與PC機(jī)的傳輸設(shè)計(jì)

主機(jī)與PC機(jī)的通信采用MAX232芯片，該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v，max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平[16]。

該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。

主要特點(diǎn) ：

（1）單5V電源工作；

（2）LinBiCMOSTM工藝技術(shù)；

（3）兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器；

（4）±30V輸入電平；

（5）低電源電流：典型值是8mA；

（6）符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28；

（7）ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V。

5、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)通過(guò)VB進(jìn)行開(kāi)發(fā)，軟件完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、數(shù)據(jù)顯示、糧倉(cāng)報(bào)警燈功能，軟件模塊包括：串口與PC機(jī)通信的設(shè)計(jì)，溫濕度程序設(shè)計(jì)，液晶顯示程序設(shè)計(jì)，無(wú)線收發(fā)程序設(shè)計(jì)等。

系統(tǒng)通過(guò)三大模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，其中包含系統(tǒng)操作、基本信息、糧情檢測(cè)模塊。

系統(tǒng)操作模塊主要是對(duì)系統(tǒng)初始值進(jìn)行設(shè)置，主要包含用戶管理功能、初始倉(cāng)溫度設(shè)置、初始前置表、生成輸出位置。

基本信息管理模塊主要包含糧庫(kù)管理、倉(cāng)庫(kù)管理模塊。該模塊主要用于糧庫(kù)基本信息的管理及其端口的設(shè)置IP，系統(tǒng)管理員，網(wǎng)絡(luò)接口，延時(shí)等設(shè)置。

糧情檢測(cè)是系統(tǒng)的主體部分，其主要功能包含顯示打印、采集通信、采存定時(shí)、數(shù)據(jù)分析。

顯示打印顯示檢測(cè)到每個(gè)糧倉(cāng)，不同層、不同檢測(cè)點(diǎn)具體溫度值，并且提示最高溫度及其最低溫度，并且進(jìn)行預(yù)警。

6、結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)管理系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)完滿完成了設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能，具體包括：

（1）能檢測(cè)到各倉(cāng)庫(kù)的溫度與濕度，并在液晶上顯示；

（2）能利用按鍵設(shè)置臨界值，當(dāng)超過(guò)之后會(huì)自動(dòng)報(bào)警并提示是那個(gè)房間那種值超標(biāo)，然后自動(dòng)采取相應(yīng)的措施來(lái)除濕與降溫保持倉(cāng)庫(kù)的良好環(huán)境；

（3）能通過(guò)無(wú)線發(fā)收模塊將檢測(cè)到的值傳到電腦上，可以通過(guò)界面來(lái)監(jiān)控糧倉(cāng)的情況；

（4）能利用按鍵來(lái)查閱某段時(shí)間的溫濕度，更好了解倉(cāng)庫(kù)溫濕度的變化情況；

（5）通過(guò)時(shí)鐘芯片，能設(shè)置時(shí)間與顯示；

通過(guò)多次的檢測(cè)、測(cè)試，證明糧倉(cāng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較穩(wěn)定，各個(gè)功能都能按照我們的設(shè)想進(jìn)行工作，有比較好的智能化與自動(dòng)化，能利用一臺(tái)主機(jī)對(duì)多臺(tái)分機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，糧倉(cāng)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，大大緩解了糧食倉(cāng)儲(chǔ)的壓力，它能及時(shí)、準(zhǔn)確、快速地反映糧堆溫度、濕度的變化情況，既省時(shí)又省力。

參考文獻(xiàn)

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