基于單片機(jī)的糧倉(cāng)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

徐爽

（銀川能源學(xué)院，寧夏銀川，750105）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代腳步的不斷加快，國(guó)家糧食管理對(duì)糧食溫度、濕度的控制也越來越嚴(yán)格，并不斷使用現(xiàn)代化科技，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。傳統(tǒng)糧倉(cāng)管理需管理員對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行定期實(shí)地觀察，采集與記錄糧倉(cāng)的溫度與濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列分析與研究，最后決定是否給予倉(cāng)庫(kù)通風(fēng)。這種工作方式效率低下，且隨意性較強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉(cāng)溫濕度的準(zhǔn)確控制，投資成本較大。另一方面，國(guó)人對(duì)糧食的巨大需求對(duì)糧倉(cāng)管理工作又提出了高標(biāo)準(zhǔn)與新要求，基于此，糧倉(cāng)管理的相關(guān)部門及工作人員需結(jié)合現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)，對(duì)糧倉(cāng)環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

糧倉(cāng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是溫濕度傳感器將采集數(shù)據(jù)送到單片機(jī)處理，然后借助GSM無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸。采用MSP430單片機(jī)為控制核心，利用傳感器來檢測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫濕度，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理與傳送，如果超出正常值范圍，立即發(fā)出預(yù)警信息。除此之外，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)還可呈現(xiàn)在LCD屏幕上，便于管理人員對(duì)數(shù)據(jù)的處理與記錄，管理員可輕易通過手機(jī)或PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉(cāng)或糧堆的溫濕度監(jiān)測(cè)?？刂葡到y(tǒng)還配備有風(fēng)機(jī)開啟與報(bào)警裝置，當(dāng)溫度不滿足規(guī)定所需或系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，監(jiān)控系統(tǒng)則會(huì)立即開啟預(yù)警。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

■2.1 核心控制器

系統(tǒng)選用MSP430系列的MSP430F449為核心控制器，它具有工作效率高、低功耗、工作狀況穩(wěn)定、全周期使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。工作電壓為1.8～3.6V，16位微處理器，內(nèi)部有 12位的 A/D轉(zhuǎn)換器，三個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，2KB的隨機(jī)存儲(chǔ)器和60KB的閃存等。

■2.2 糧倉(cāng)溫濕度采集單元設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用SHT11系列傳感器，完成對(duì)溫濕度信息采集。這種系列傳感器能實(shí)現(xiàn)溫度和濕度數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，能大大節(jié)約反應(yīng)時(shí)間。一體化的傳感器在很大程度上提高了設(shè)備的使用性能，降低了投資成本。單機(jī)芯片內(nèi)含有對(duì)溫度與濕度高敏感設(shè)備，采用I2C總線接口，SHT11傳感器的規(guī)定工作電壓為2.4 V～5.5 V，轉(zhuǎn)換與接口均采用兩線串行連接方式，溫度檢測(cè)范圍為-40℃～123.8℃。

此外，其濕度的檢測(cè)范圍為0%～100% RH，對(duì)于14位的分辨率為0.01℃ 。在傳感器運(yùn)行過程中，測(cè)溫與測(cè)濕元件會(huì)將相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，I2C總線接口再將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)輸出至單片機(jī)，再由單機(jī)片對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理與保存，最后控制GSM模塊發(fā)送信號(hào)，溫濕度采集電路如圖2所示。除此之外，為避免數(shù)據(jù)信息與電信號(hào)間產(chǎn)生沖突，可在DATA端外接一支上拉電阻，并根據(jù)實(shí)際情況決定是否在VDD和GND之間接去藕電容。

圖2 糧倉(cāng)溫濕度采集電路圖

■2.3 糧堆糧食溫度采集單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用Dallas公司提供的DS18B20溫度傳感器，其體積小、精度高、控制方便、適用范圍廣。據(jù)相關(guān)檢測(cè)規(guī)定，DS18B20溫度傳感器的檢測(cè)范圍為-55℃～125℃，分辨率最高為12位，并且其讀取信息或?qū)懭胫恍鑶尉€接口即可完成。DS18B20的控制總線工作流程簡(jiǎn)便，無需外接電源與A/D轉(zhuǎn)換模塊，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，其接口電路如圖3所示。

■2.4 GSM無線通信模塊設(shè)計(jì)

通訊系統(tǒng)是糧倉(cāng)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，研究采用GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)作為傳輸載體，其傳輸范圍廣，其內(nèi)部的TC35i模塊可完成對(duì)信息的轉(zhuǎn)化與傳輸，其供電電壓為3.3～4.8V，發(fā)射的雙頻段可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和語音的傳輸。此外，該設(shè)備還支持Text和PDU格式的SMS傳輸，功能強(qiáng)大，具有極大的應(yīng)用前景。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

■3.1 主程序設(shè)計(jì)

圖3 糧堆糧食溫度采集電路圖

單片機(jī)開發(fā)程序使用 C語言編寫，C語言不僅具有匯編語言的特點(diǎn)，而且具有高級(jí)語言的特點(diǎn)。糧倉(cāng)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主要用于對(duì)糧倉(cāng)的溫濕度情況進(jìn)行全面檢測(cè)與處理。包括初始化各模塊、溫濕度采集、LCD顯示、鍵盤處理、預(yù)警與通訊等。通過設(shè)備間的相互合作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效處理與分析。由圖4可知，初始化模塊主要執(zhí)行配置單片機(jī)各功能部件的初始任務(wù)，并且啟動(dòng)看守功能即“看門狗”；傳感器的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)采集；LCD顯示當(dāng)前的溫濕度數(shù)據(jù)，便于管理人員采納應(yīng)用，從而有效提高對(duì)糧倉(cāng)的管理與監(jiān)控；通信模塊的主要功能是將采集的溫濕度數(shù)據(jù)與PC機(jī)或手機(jī)間之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)糧倉(cāng)溫度或濕度出現(xiàn)異常時(shí)，預(yù)警裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警提示。

圖4 主程序流程圖

■3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

糧倉(cāng)上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件采用VC++6.0語言為開發(fā)基礎(chǔ)，人機(jī)一體化操作大大簡(jiǎn)便了操作流程。上位機(jī)軟件具有溫濕度實(shí)時(shí)顯示、溫濕度圖形顯示、系統(tǒng)設(shè)置及保存等功能。系統(tǒng)界面不僅能實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，又能進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，管理人員根據(jù)數(shù)據(jù)的分析情況對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)環(huán)境的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)與處理，不僅提高糧倉(cāng)管理的實(shí)效性，而且保證了儲(chǔ)糧的安全性。

4 實(shí)際應(yīng)用分析

MSP430F449單片機(jī)是糧倉(cāng)溫濕度自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，能有效保障系統(tǒng)對(duì)糧倉(cāng)及糧堆溫濕度的準(zhǔn)確控制，其安全性與高效性為GSM無線網(wǎng)絡(luò)獲得了巨大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集與處理后，在PC機(jī)顯示糧倉(cāng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度和濕度，管理人員可通過手機(jī)與PC機(jī)看到糧倉(cāng)及糧堆的溫濕度條件，此種方式工作效率高，值得被廣泛推廣與應(yīng)用。

除此之外，溫濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)還可以坐標(biāo)曲線形式保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)，管理人員有需要時(shí)，可直接在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行查找，完成數(shù)據(jù)的分析與比較，從而達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，大眾生活水平的日益提高，人們對(duì)糧倉(cāng)管理的方式將逐步實(shí)現(xiàn)智能化與一體化。基于此，本文提出了以單片機(jī)MSP430F449為核心的糧倉(cāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用GSM無線通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)或手機(jī)的遠(yuǎn)程通信，及時(shí)掌握并調(diào)控糧倉(cāng)的溫濕度，保證了一個(gè)安全的儲(chǔ)糧環(huán)境。