智慧糧庫糧情監(jiān)控預警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

沈廣浩+鄧春偉+姚忠源

0、引言

糧食是關系國計民生的重要戰(zhàn)略物資，吃飯始終是人類賴以生存和社會穩(wěn)定的頭等大事，保持糧食科學倉儲和流通至關重要，因此，開發(fā)一個結(jié)合現(xiàn)代計算機技術、自動控制技術的糧管理控制系統(tǒng)，可以簡化糧食存儲管理過程，保障糧食的安全，減少人力，提高效率，這對于推進糧庫管理的現(xiàn)代化將具有非常重要的意義。

1、研究背景

糧倉測控技術的研究始于20世紀70年代，它是科學保糧的重要技術之一，隨著國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用和推廣。國家糧食總產(chǎn)量不

斷突破歷史新高。但國家的糧食儲備狀況自建國以來卻沒有得到明顯改善。全國80%左右的糧食仍采用原始的存儲方式。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化.為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人一點一點測精、效率低準確性差。

2、系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)采用無線（有線）通信技術[1]、單片機技術和計算機數(shù)字處理技術，對糧食儲備庫中的糧食保管資料建立數(shù)據(jù)庫，通過美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字傳感器18B20對糧食溫度的采集，上傳至計算機顯示和打印溫度信息及變化曲線。傳輸方式為無線或有線通信，糧倉與主控機房之間的最遠距離不低于2千米（無線）或3千米（有線）。

本系統(tǒng)采用工業(yè)級元器件組裝，經(jīng)過檢驗測試能在環(huán)境溫度 -40?C～+85?C 范圍內(nèi)工作；采取靈活的設計方案，可根據(jù)不同規(guī)模，不同倉型及用戶要求進行配置。

糧管理控制系統(tǒng)由51單片機、溫濕度傳感器、液晶、無線收發(fā)模塊、DS1302時鐘芯片等元件組成，其中控制系統(tǒng)的選擇是關鍵，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比達到最高，以便花最少的錢來設計出性能較好的系統(tǒng)?？刂浦行牟粌H要處理檢測到的數(shù)據(jù)，還要根據(jù)設置來發(fā)出相應的操作指令，因而是系統(tǒng)能自動化、智能化的關鍵。作為測控系統(tǒng)，如何獲取精準的數(shù)據(jù)也十分關鍵，傳感器在系統(tǒng)中是實現(xiàn)測量的主要環(huán)節(jié)，是測控系統(tǒng)必不可少的部件，如果沒有傳感器對信號進行準確可靠的檢測，一切準確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。

3、硬件電路設計

電路的設計主要分為兩大塊主機電路的設計與測量單片機電路的設計，包括單片機控制電路、溫度檢測電路、無線收發(fā)電路、收發(fā)模塊與PC機通信電路等電路。

控制系統(tǒng)選用AT89S52單片機，AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準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存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。

4、主機與PC機的傳輸設計

主機與PC機的通信采用MAX232芯片，該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是ttl電平0 +5v，max232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平[16]。

該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。

主要特點 ：

（1）單5V電源工作；

（2）LinBiCMOSTM工藝技術；

（3）兩個驅(qū)動器及兩個接收器；

（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標準 EIA/TIA-232-E及ITU推薦標準V.28；

（7）ESD保護大于MIL-STD-883（方法3015）標準的2000V。

5、軟件設計

系統(tǒng)軟件設計通過VB進行開發(fā)，軟件完成數(shù)據(jù)的存儲、處理、數(shù)據(jù)顯示、糧倉報警燈功能，軟件模塊包括：串口與PC機通信的設計，溫濕度程序設計，液晶顯示程序設計，無線收發(fā)程序設計等。

系統(tǒng)通過三大模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，其中包含系統(tǒng)操作、基本信息、糧情檢測模塊。

系統(tǒng)操作模塊主要是對系統(tǒng)初始值進行設置，主要包含用戶管理功能、初始倉溫度設置、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管理、倉庫管理模塊。該模塊主要用于糧庫基本信息的管理及其端口的設置IP，系統(tǒng)管理員，網(wǎng)絡接口，延時等設置。

糧情檢測是系統(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、數(shù)據(jù)分析。

顯示打印顯示檢測到每個糧倉，不同層、不同檢測點具體溫度值，并且提示最高溫度及其最低溫度，并且進行預警。

6、結(jié)論

本設計主要采用單片機技術、自動檢測技術對糧倉管理系統(tǒng)進行應用設計，所設計的系統(tǒng)完滿完成了設計的要求，實現(xiàn)了設計的各項功能，具體包括：

（1）能檢測到各倉庫的溫度與濕度，并在液晶上顯示；

（2）能利用按鍵設置臨界值，當超過之后會自動報警并提示是那個房間那種值超標，然后自動采取相應的措施來除濕與降溫保持倉庫的良好環(huán)境；

（3）能通過無線發(fā)收模塊將檢測到的值傳到電腦上，可以通過界面來監(jiān)控糧倉的情況；

（4）能利用按鍵來查閱某段時間的溫濕度，更好了解倉庫溫濕度的變化情況；

（5）通過時鐘芯片，能設置時間與顯示；

通過多次的檢測、測試，證明糧倉管理系統(tǒng)的設計比較穩(wěn)定，各個功能都能按照我們的設想進行工作，有比較好的智能化與自動化，能利用一臺主機對多臺分機進行監(jiān)測，糧倉管理系統(tǒng)的應用，大大緩解了糧食倉儲的壓力，它能及時、準確、快速地反映糧堆溫度、濕度的變化情況，既省時又省力。

參考文獻

[1]周航慈.單片機應用程序設計[M].北京航空航天大學出版社，2011.

[2]何希才、虹敏.傳感器應用接口電路[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[3]劉篤仁、韓保君.傳感器原理及應用技術[M].機械工業(yè)出版社，2013.8.

[4]康華光.電子技術基礎.高等教育出版社[M]，2013.6.

[5]<美>M考夫曼、AH塞德.電子計算手冊[M].國防工業(yè)出版社，2012.