粮库温湿度智能监控系统的设计与研究开题报告.docx

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粮库温湿度智能监控系统的设计与研究开题报告

开题报告

学号

5

姓名

祁巧利

指导教师

吕杰

系别

电气信息工程系

专业/班级

自动化08102

毕业设计（论文）题目

粮库温湿度智能监控系统的设计与研究

题目类型

□工程设计□技术开发□软件工程□理论研究和方法应用

□管理模式设计□其他

选

题

目

的

及

意

义

粮食储藏是国家为防备战争、荒灾以及其他突发性事件而采取的有效措施。

影响粮食安全储藏主要参数是粮食的湿度和温度，这两者之间是互相关联的。

人们通常使用温度计、湿度计来测量粮库的稳定和湿度，通过人工加热、加湿、通风和降温等方法来控制粮库的温度、湿度，这种方法不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。

同时温度与相对湿度的大幅度变化可能导致种子大范围腐烂或者影响种子的发芽率，从而带来极大地经济及财产损失。

因此，保证适宜的粮库温度、湿度对保证农产品种子存储质量十分重要。

随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情监测系统准确性、稳定性要求越来越高，因此高科技数字式传感器广泛应用于粮情监测系统。

这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片、存储器芯片等。

除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路A/D转换、温度补偿等功能。

由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。

粮

库

发

展

现

状

和

发

展

趋

势

粮仓温度湿度测量方法以及相应的智能控制一直是粮食保存的一个重要问题。

目前市场上的各种温度控制设备大多只能根据简单的温度变化规律制定控制算法，农产品种子粮库存储自动化程度低且不易大面积管理的现状，系统扩展性较差随着我国科技的快速发展和农业自动化程度的提高，粮库管理技术也将得到进一步改进。

粮库一般较大，粮库库房数较多，测点可达数百个。

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。

我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。

我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。

在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。

我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

目前实现粮库温湿度的智能控制需要一种稳定性高、成本低的温、湿度智能控制系统，其采用上、下位机控制结构，实现全方位智能化的粮库管理控制系统。

单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。

单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。

课

题

主

要

内

容

本系统从结构上由下到上分三级，第一级是下位机，即前端采集系统；第二级是中间控制机；第三极是上位机。

下位机由单片机、温湿度传感器组成，其任务是完成粮库中各个测量点的温湿度的测量，并且通过串行通信的方式向中间机传送测量数据。

中间控制机主要实现对下位机进行控制，实现对一个粮库的不同方位温湿度值的循环采集，并对其进行处理、显示、存储。

用户可通过中间控制机上的键盘输入温湿度的阈值，中间控制机将从下位机接收来的数值与其阈值进行比较并实现超限报警。

中间控制机可通过串行通信的方式分别与下位或上位机进行数据和信息的传输。

单片机是本系统的核心，它控制本系统的各种功能，因此选择性能可靠的单片机就显得尤为重要。

考虑到满足功能要求、性价比、货源保证、开发手段等因素，采用软件技术成熟、仿真器普通、性价比高的ATMEL公司生产的一种低功耗的高性能的单片机—AT89C51。

温湿度传感器是本次设计的测量单位，传感器性能的好坏直接影响到本系统性能的好坏。

为了尽量减小测量误差，首先我选用了测量精度较高的数字式温度传感器DS18B20，它采用单总线结构，直接将所测量温度转换为数字量输出，送入单片机。

湿度传感器采用高分子电容式传感器—HS1101,将它接入555定时器或施密特触发器组成的振荡电路中，则传感器所测的湿度信号与振荡电路输出的电压信号的频率成线性关系，该频率信号也可直接送入单片机进行处理。

这样，温湿度传感器输出的信号都没有经过放大、A/D转换而直接送入单片机进行处理，从而省去了信号放大和A/D转换这两个环节，进一步减小了测量误差。

此外，在本次设计中，采用LCD作为显示单元，LCD液晶显示器具有功耗低、寿命长、无辐射、不易引起视疲劳等优点，正在广泛地应用于仪表、家用电器、计算机、医疗仪器以及交通和通信领域。

为了实现显示时间的功能，选用LM016L芯片构成时钟显示电路。

课

题

工

作

方

案

本设计将整个系统分为三级结构：

上位机、中间控制机和下位机。

系统组成结构如下图所示：

其中N为中间控制机台数u，N值取值范围为1～128，一台上位机最多可控制128台中间控制机，即面对128个粮库进行管理：

n为下位机台数，即一个粮库中环境参数的采集通道个数，n理论上取值范围为1～128，但实际工作时需要考虑到子机的功耗和电力线的带载能力，以及考虑到粮库中的实际需要，本系统将n的最大值设置为64。

下位机即为前端采集系统，由单片机和各种传感器组成，其任务是完成粮库现场温度的采集与处理，并通过总线同中间控制机进行数据传递。

通常粮库面积较大，故需多个下位机进行粮库中不同方位的温湿度信息的采集。

每个下位机有其唯一的地址（可由用户自行设置）。

下位机框图如下

：

中间控制机主要实现对下位机进行控制，实现对一个粮库的不同方向湿度

课题工作方案

的循环采集，并对其进行处理、显示、存储。

用户可通过中间控制机上的键盘输入各环境参量的阈值，中间控制机将从下位机接收来的数值与其阈值进行比较并实现超限报警。

下位机与中间控制机之间通过串行口以RS485总线方式连接。

中间控制机的系统结构框图如下：

上位机由PC机担任，主要承担数据的读取、存储、报警阈值的设定以及历史数据的查询，实现对各粮库的统一管理。

上位机与中间控制机是通过RS485总线方式连接。

上位机与中间控制机的通信原理图如下

1.同时考虑本系统测量的信号均为慢变信号，在单片机测控系统中，主要存在空间辐射干扰、信号通道干扰、电源干扰和数字电路引起的干扰。

2.故本系统在单片机与其外部设备连接方式上选择了串行方式，这样不仅节省了单片机的引脚，同时还避免了采用并行方式现象。

课题研究困难

1.选择哪种型号的单片机；

2.如何选择温度、湿度传感器；

3.如何实现上位机与中间控制机之间的通信；

4.如何实现仿真结果。

准备如何解决

1.通过查阅书籍；

2.查阅相关资料；

3.向指导老师请教。

主要参考文献

[1]刘志强，罗庆生.一种智能化温度检测系统的设计[J].中国测试技术，2003.

[2]王家祯，王俊杰.传感器与变送器（第一版）[M].北京：

清华大学出版社，2000.

[3]沙占友，薛树琦，葛嘉怡．湿度传感器的发展趋势[J]．电子技术应用，2003.

[4]王幸之，王雷，翟成等．单片机应用系统抗干扰技术（第一版）[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2000.

[5]吴少军，刘光斌．用MAX749产生LCD用负电压[J]．电子技术应用，1995.

[6]贾佩山，刘晓明，王纤．一种提高8089单片机系统抗干扰能力的方法[J]．电子与自动化，1997.

[7]荣彩云．单片机系统应用中的抗干扰措施[J].仪表技术，2005.

[8]杨振江，杜铁军，李群.流行单片机使用子程序及应用实例（第1版）[M].西安：

西安电子科技大学出版社，2002.

[9]佃松宜，汪一，汪道辉．基于RS485总线的远程双向数据通信系统的设计与实现[J]．电子技术，2000.

[10]纪建伟．微型计算机温室监控系统的研究[J]．沈阳农业大学学报，2001.

计

划

进

度

1查阅相关资料2011年11月30日-12月02日

2开题报告的撰写2011年12月03日-12月05日

3完成毕业设计提纲的撰写工作2012年01月05日-03月20日

4控制系统的初步设计2012年03月12日-03月18日

5系统软件以及控制技术的学习2012年03月15日-03月31日

6编写控制、通信程序软件2012年04月01日-04月20日

7系统软件、程序检定和完善2012年04月21日-05月10日

8仿真，调试、完善设计2012年04月11日-05月20日

9撰写毕业论文2012年04月21日-05月10日

10准备论文答辩2012年05月11日-05月23日

指

导

教

师

意

见

指导教师签名：

年月日

备

注