基于單片機的糧倉溫濕度遠程監控系統的設計

徐爽

（銀川能源學院，寧夏銀川，750105）

0 引言

隨著大數據時代腳步的不斷加快，國家糧食管理對糧食溫度、濕度的控制也越來越嚴格，并不斷使用現代化科技，從而實現監控系統的智能化。傳統糧倉管理需管理員對糧倉進行定期實地觀察，采集與記錄糧倉的溫度與濕度的相關數據，再對數據進行一系列分析與研究，最后決定是否給予倉庫通風。這種工作方式效率低下，且隨意性較強，難以實現對糧倉溫濕度的準確控制，投資成本較大。另一方面，國人對糧食的巨大需求對糧倉管理工作又提出了高標準與新要求，基于此，糧倉管理的相關部門及工作人員需結合現代傳感器技術、計算機技術及通信技術，對糧倉環境進行遠程監控與管理。

1 系統整體結構設計

圖1 監控系統結構框圖

糧倉智能監控系統的工作原理是溫濕度傳感器將采集數據送到單片機處理，然后借助GSM無線網絡對環境數據信息進行傳輸。采用MSP430單片機為控制核心，利用傳感器來檢測各監測點溫濕度，并對數據信息進行處理與傳送，如果超出正常值范圍，立即發出預警信息。除此之外，每個監測點的相關數據還可呈現在LCD屏幕上，便于管理人員對數據的處理與記錄，管理員可輕易通過手機或PC機實現對糧倉或糧堆的溫濕度監測。控制系統還配備有風機開啟與報警裝置，當溫度不滿足規定所需或系統出現運行故障，監控系統則會立即開啟預警。監控系統結構框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

■2.1 核心控制器

系統選用MSP430系列的MSP430F449為核心控制器，它具有工作效率高、低功耗、工作狀況穩定、全周期使用壽命長等優勢。工作電壓為1.8～3.6V，16位微處理器，內部有 12位的 A/D轉換器，三個16位的定時/計數器，2KB的隨機存儲器和60KB的閃存等。

■2.2 糧倉溫濕度采集單元設計

設計采用SHT11系列傳感器，完成對溫濕度信息采集。這種系列傳感器能實現溫度和濕度數據的同時采集，能大大節約反應時間。一體化的傳感器在很大程度上提高了設備的使用性能，降低了投資成本。單機芯片內含有對溫度與濕度高敏感設備，采用I2C總線接口，SHT11傳感器的規定工作電壓為2.4 V～5.5 V，轉換與接口均采用兩線串行連接方式，溫度檢測范圍為-40℃～123.8℃。

此外，其濕度的檢測范圍為0%～100% RH，對于14位的分辨率為0.01℃ 。在傳感器運行過程中，測溫與測濕元件會將相關數據信息通過轉換器轉化為相應的電信號，I2C總線接口再將轉換后的電信號輸出至單片機，再由單機片對數據信息進行處理與保存，最后控制GSM模塊發送信號，溫濕度采集電路如圖2所示。除此之外，為避免數據信息與電信號間產生沖突，可在DATA端外接一支上拉電阻，并根據實際情況決定是否在VDD和GND之間接去藕電容。

圖2 糧倉溫濕度采集電路圖

■2.3 糧堆糧食溫度采集單元設計

系統選用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。據相關檢測規定，DS18B20溫度傳感器的檢測范圍為-55℃～125℃，分辨率最高為12位，并且其讀取信息或寫入只需單線接口即可完成。DS18B20的控制總線工作流程簡便，無需外接電源與A/D轉換模塊，電路設計簡單，其接口電路如圖3所示。

■2.4 GSM無線通信模塊設計

通訊系統是糧倉溫濕度遠程監控系統的重要組成部分，研究采用GSM無線通訊網絡作為傳輸載體，其傳輸范圍廣，其內部的TC35i模塊可完成對信息的轉化與傳輸，其供電電壓為3.3～4.8V，發射的雙頻段可實現對數據和語音的傳輸。此外，該設備還支持Text和PDU格式的SMS傳輸，功能強大，具有極大的應用前景。

3 系統軟件設計

■3.1 主程序設計

圖3 糧堆糧食溫度采集電路圖

單片機開發程序使用 C語言編寫，C語言不僅具有匯編語言的特點，而且具有高級語言的特點。糧倉溫濕度遠程監控系統的主程序設計主要用于對糧倉的溫濕度情況進行全面檢測與處理。包括初始化各模塊、溫濕度采集、LCD顯示、鍵盤處理、預警與通訊等。通過設備間的相互合作，從而實現對數據的有效處理與分析。由圖4可知，初始化模塊主要執行配置單片機各功能部件的初始任務，并且啟動看守功能即“看門狗”；傳感器的主要功能是實現對溫濕度數據采集；LCD顯示當前的溫濕度數據，便于管理人員采納應用，從而有效提高對糧倉的管理與監控；通信模塊的主要功能是將采集的溫濕度數據與PC機或手機間之間進行數據傳輸。當糧倉溫度或濕度出現異常時，預警裝置會發出報警提示。

圖4 主程序流程圖

■3.2 上位機軟件設計

糧倉上位機監測軟件采用VC++6.0語言為開發基礎，人機一體化操作大大簡便了操作流程。上位機軟件具有溫濕度實時顯示、溫濕度圖形顯示、系統設置及保存等功能。系統界面不僅能實時顯示監測數據，又能進行數據的分析，管理人員根據數據的分析情況對糧倉內環境的變化進行監測與處理，不僅提高糧倉管理的實效性，而且保證了儲糧的安全性。

4 實際應用分析

MSP430F449單片機是糧倉溫濕度自動化遠程監控系統的關鍵部分，能有效保障系統對糧倉及糧堆溫濕度的準確控制，其安全性與高效性為GSM無線網絡獲得了巨大競爭優勢。監控系統完成數據采集與處理后，在PC機顯示糧倉各個監測點的溫度和濕度，管理人員可通過手機與PC機看到糧倉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用。

除此之外，溫濕度的相關數據還可以坐標曲線形式保存在計算機內，管理人員有需要時，可直接在計算機中進行查找，完成數據的分析與比較，從而達到最佳的經濟效益。

5 結語

隨著科技的不斷發展，大眾生活水平的日益提高，人們對糧倉管理的方式將逐步實現智能化與一體化。基于此，本文提出了以單片機MSP430F449為核心的糧倉遠程監控系統的設計，利用GSM無線通信技術和單片機技術實現與PC機或手機的遠程通信，及時掌握并調控糧倉的溫濕度，保證了一個安全的儲糧環境。