糧食存儲環(huán)境品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1、現(xiàn)代檢測技術(shù)大型作業(yè)（2014/2015學(xué)年第1學(xué)期）課題名稱 糧食存儲環(huán)境品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 院（系） 自動化工程學(xué)院 專 業(yè) 小組成員 時 間 指導(dǎo)老師 1 設(shè)計背景及意義“國以民為本，民以食為天”，“兵馬未動，糧草先行”，這些都充分說明糧食對國家的重要性。儲糧是為了防備戰(zhàn)爭、保證非農(nóng)業(yè)人口的糧食消費需求、調(diào)節(jié)國內(nèi)糧食供求平衡、穩(wěn)定糧食市場價格、應(yīng)對重大自然災(zāi)害及其它突發(fā)性事件而采取的有效措施。因此，糧食的科學(xué)儲藏具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟意義。我國是世界上最大的糧食生產(chǎn)、儲藏及消費大國，糧食儲藏是國家為防備戰(zhàn)爭、災(zāi)荒及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施，因此糧食的安全儲藏是關(guān)系到國計民生的戰(zhàn)略大

2、事。在糧食的儲藏的過程中，由于糧倉溫濕度異常而造成糧食變質(zhì)，帶來的經(jīng)濟損失是驚人的。糧食在貯藏過程中，會因為受溫度、濕度、氧氣、微生物及昆蟲等因素的影響，從而造成其質(zhì)量的不良改變。目前我國許多糧食倉儲單位采用測溫儀器與人工抄錄、管理相結(jié)合的傳統(tǒng)方法，消耗了大量的人力和財力，并且效果不佳，發(fā)霉變質(zhì)等現(xiàn)象大量存在。因此設(shè)計糧食儲存品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，可以提高工作效率，實現(xiàn)糧倉數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，是倉儲單位亟待解決的重要問題。糧食在貯藏過程中，會因為受溫度、濕度、壓力、微生物及昆蟲等因素的影響，從而造成其質(zhì)量的不良改變。對糧食貯藏過程中的影響參數(shù)進行實時監(jiān)測、分析，是保障糧食儲存品質(zhì)的有效手段。在此，通過采用

3、CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對影響糧食貯藏過程中的參數(shù)進行實時采集、分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不良變化時，能夠及時發(fā)出預(yù)警信息，保證糧食儲存的安全。糧食儲存品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)是利用現(xiàn)場的前沿機檢測糧食儲備庫中糧食的基本情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉時間、品種、倉型、天氣狀況等）進行綜合分析，然后通過控制電機啟停，達到對相應(yīng)參數(shù)的控制。利用監(jiān)控室的上位機對糧倉進行監(jiān)控，用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場，就可以按照所需的要求對糧倉內(nèi)的情況進行控制，還可以查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率，增強了國家糧食儲備安全水平，以獲得實時糧倉管理，實

4、現(xiàn)自動化、智能化，為實現(xiàn)我國糧倉管理現(xiàn)代化更近了一步。二設(shè)計內(nèi)容2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃 影響糧庫儲糧安全性的參數(shù)主要有糧堆溫度、濕度、壓力和等，及時監(jiān)測這些參數(shù)、準(zhǔn)確分析這些參數(shù)的變化并及時采取相應(yīng)處理措施，對于提高倉儲質(zhì)量、減少糧食損耗具有重要意義。這里我們采用分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主要分為上位機和下位機兩部分。而上位機按功能分由現(xiàn)場上位監(jiān)控管理機，遠程監(jiān)控管理機和CAN通訊適配器組成，下位機則由CAN節(jié)點和現(xiàn)場參數(shù)采集和控制組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) CAN總線（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，由德國BOSCH公司20世紀(jì)80年代推出，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

5、CAN 具有下列主要特性：多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問；無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳送；全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；廢除了常用的地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼；可靠的錯誤處理和檢錯機制，極強的錯誤檢測能力，發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā)送；暫時錯誤和永久性故障節(jié) 點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離；可以根據(jù)用戶的需要，改變總線上分機的數(shù)量，理論上可連無數(shù)個分機；CAN總線的接收數(shù)據(jù)長度最多為 8個字節(jié)，因而不存在占用總線時間過長的問題，可以保證通信的實時性。從而確保系統(tǒng)的可靠運行。考慮到 CAN 總線技術(shù)具有先進的多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信距離遠、成本低、可靠性高

6、、系統(tǒng)容量大、安裝方便、維護費用低、性價比高等優(yōu)點，用在庫區(qū)較大、倉庫分布較分 散的大型糧倉的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)是一種合理而新穎的嘗試。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器主要完成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、糧庫的狀態(tài)查詢、數(shù)據(jù)處理、糧情分析和報表打印等功能。同時，該服務(wù)器與Internet網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，各職能管理部門通過互聯(lián)網(wǎng)可以在任何時間、任何地點瀏覽數(shù)據(jù)信息，為管理部門的決策提供依據(jù)。智能節(jié)點由微控制器、數(shù)據(jù)采集電路和CAN總線接口電路構(gòu)成。智能節(jié)點不僅要實時監(jiān)測糧庫內(nèi)各個測試點的溫度、濕度、壓力等信息，并保存和顯示結(jié)果。還要根據(jù)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的要求上傳數(shù)據(jù)。CAN/USB轉(zhuǎn)換器負責(zé)把數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的數(shù)據(jù)，通過USB接口

7、的輸出命令轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)格式后，下傳到CAN總線;或者將智能節(jié)點通過CAN總線上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB數(shù)據(jù)格式后，再送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。2.2 系統(tǒng)功能下位機節(jié)點通過一定時間間隔把含有地址，溫度，濕度，壓力等數(shù)據(jù)量的報文向CAN總線發(fā)送，總線通過自身仲裁確定先把優(yōu)先級最高的數(shù)據(jù)放到總線上，然后自動仲裁依次發(fā)送低優(yōu)先級的報文到CAN總線。由于CAN總線的信息存取利用了廣播式的存取工作方式，報文可以在任何時候由任何節(jié)點發(fā)送到空閑的總線上，每個節(jié)點的CAN總線接口接收總線上出現(xiàn)的所有信息，通過每個節(jié)點的報文濾波和地址匹配，只有上位機能實現(xiàn)所有報文的接收。同時上位機可隨時發(fā)送信息到CAN總線，只有

8、地址匹配的節(jié)點才能收到信息。同時通過這種方式實現(xiàn)糧庫的參數(shù)反饋控制。2.2.1 智能節(jié)點原理智能節(jié)點溫度、濕度、壓力、水、煙霧、入侵物:控制電路采用單總線數(shù)據(jù)通信方式。它采用單根信號線完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸，具有節(jié)省I/0引腳資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護。溫度檢測采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它不僅能直接輸出串行數(shù)字信號，而且具有微型化、低功耗、高性能，易于微處理器連接和抗干擾能力強等優(yōu)點。傳感器檢測到的濕度、壓力、水、煙霧、入侵物:信號經(jīng)過調(diào)理電路處理后，可以通過單總線A/D轉(zhuǎn)換模塊(DS2450)輸出的串行數(shù)字信號與單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20輸出的串行數(shù)字信號

9、使用同一線路連接，這樣可以大大簡化布線的難度。智能節(jié)點控制電路結(jié)構(gòu)圖2.2.2 CAN節(jié)點的組成2.3 元件選型2.3.1傳感器選型1.溫度傳感器低溫儲藏使糧食的呼吸活動大大減弱，可延緩糧食的陳化，保持糧食的新鮮度并降低儲糧自然減量損失。糧食在10時儲藏，由于呼吸產(chǎn)生的干物質(zhì)損失要比在20和30時儲藏分別少4倍和15倍。當(dāng)糧溫達到13時，害蟲的繁殖和活動就基本停止，糧溫降至10時完全停止，因此低溫儲藏可以避免糧食遭受蟲害而造成的損失。DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要

10、求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。主要特點：(1)獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；(2)在使用中

11、不需要任何外圍元件；(3)可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5V；(4)測溫范圍：-55+125。固有測溫分辨率為0.5；(5)通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；(6)用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值；(7)多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫；(8)負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；2.濕度傳感器糧食在通常儲藏過程中，含水量一般在12%以下為安全狀態(tài)，不會產(chǎn)生溫度突變，一旦糧倉進水、結(jié)露等使糧食的含水量達到20%以上時，由于糧粒受潮，胚芽萌發(fā)，新陳代謝加快而產(chǎn)生呼吸熱，使局部糧食溫度突然升高，必然引起糧食“發(fā)燒”和霉變，并可能形成

12、連鎖反應(yīng)，從而造成不可挽回的損失。常溫下稻谷儲藏的安全水分是13.514%。測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。濕度檢測采用HS1101型濕度傳感器，HS1101是HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬穸葌鞲衅?，HS1101 濕敏電容是基于獨特工藝設(shè)計的電容元件。主要特點：(1)高精度：±2%RH，極好的輸出線性；(2)

13、寬量程：199%RH，寬工作溫度-40100；(3)濕度輸出受溫度影響小，常溫使用不需溫度補償；(4)響應(yīng)速度快：5秒；浸水或結(jié)露后迅速恢復(fù)10秒；(5)抗靜電，防灰塵，有效抵抗各種腐蝕性物質(zhì)；(6)長期穩(wěn)定性可靠性好：0.5%RH/年；3.壓力傳感器糧倉儲糧數(shù)量是國家糧食數(shù)量安全及糧食庫存檢查的一項重要內(nèi)容?，F(xiàn)有的糧倉儲糧數(shù)量檢測方法主要包括稱重法和測量計算法，稱重法效率低、工作量大、成本高，難以廣泛應(yīng)用，而測量計算法具有較大的不確定性，因此開發(fā)方便"快捷"準(zhǔn)確的國家糧食儲藏數(shù)量監(jiān)測技術(shù)勢在必行。針對糧倉壓強分布的隨機性，利用對糧堆底面和側(cè)面壓力的測量從而得出糧倉儲量數(shù)量

14、的檢測方法是可行的。 CPS181是采用陶瓷材料經(jīng)特殊工藝精制而成的干式陶瓷壓阻壓力傳感器，陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40135，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。CPS181干式陶瓷壓力傳感器被廣泛地應(yīng)用在：過程控制、環(huán)境控制、液壓和氣動設(shè)備、伺服閥門和傳動、化學(xué)制品和化學(xué)工業(yè)及醫(yī)用儀表等眾多領(lǐng)域。它

15、的尺寸小，直徑18mm，量程范圍1600bar，價格低，被廣泛的應(yīng)用在各種測量壓力的場合。主要特點：(1) 堅固的陶瓷敏感膜片、卓越的抗腐蝕、抗磨損性能；(2) 高精度、高穩(wěn)定性；(3) 寬的工作溫度范圍：-40135；(4) 體積小巧，易封裝，尺寸：18×5.25×8.05mm；(5) 量程范圍：100kPa60Mpa；(6) 綜合誤差(包括：線性、遲滯、重復(fù)性)：0.20.4FS%；(7) 零點輸出：0±0.2mV，滿量程輸出：2.04.8mV；4. 傳感器氣體濃度監(jiān)側(cè)試驗研究小麥自身呼吸及昆蟲和霉菌活動產(chǎn)生氣體的特點。結(jié)果表明安全水分小麥呼吸水平較低，6個月

16、中檢側(cè)的濃度最高值僅為0.06%。昆蟲活動可顯著提高糧堆中的氣體濃度；另外發(fā)現(xiàn)安全水分的糧食自身呼吸作用微弱，產(chǎn)生氣體量很少，不會影響蟲霉活動的監(jiān)測.當(dāng)糧堆中有昆蟲或霉菌進行生長活動時，不僅在生長部位可檢測到氣體濃度的顯著升高，其產(chǎn)生的氣體還可以通過擴散作用，快速向周邊傳導(dǎo)，可以在蟲霉活動點以外的部位檢測到氣體濃度的變化。因此，可以通過在糧堆中設(shè)置適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測點，準(zhǔn)確、靈敏地監(jiān)測糧堆中的蟲霉活動。與糧堆側(cè)溫方法相比，當(dāng)模擬霉變點的溫度隨著霉菌的活動升高16時，水平相距1 m和2m的部位未檢側(cè)到溫度的顯著變化(p>0.05)。因此，在糧倉中采用側(cè)定氣體的方法監(jiān)側(cè)蟲霉活動可顯著提高監(jiān)

17、側(cè)靈敏度。紅外傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，廣泛應(yīng)用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合。英國Clairair公司高分辨率紅外傳感器Prime2傳感器利用 NDIR技術(shù)檢測氣體濃度。該傳感器內(nèi)部有一個紅外光源，一個雙元件紅外探測器，一個獨特的光波導(dǎo)讓氣體擴散進去，ARM7內(nèi)核微處理器，輸出電壓與電源極性無關(guān)。內(nèi)部的集成電路可以實現(xiàn)的功能如驅(qū)動光器件，提取檢測信號，把信號強度轉(zhuǎn)化為濃度，進行溫度補償和量化輸出值等。在催化燃燒配置時，Prime2可以在滿足電源供電要求的條件下，不改變電路并完全替代催化燃燒傳感器。當(dāng)Prime2用于恒流催化

18、燃燒電路時，外圍元件需要滿足電源要求。主要特點：(1)工作不受供電極性影響；(2)線性電壓輸出或模擬催化燃燒電橋輸出；(3)工作電壓范圍 3.0V-5.0V；(4)工作電流典型值為 80mA；(5)最新的 MEMS 探測器技術(shù)；(6)量程：從0-5000ppm到0-10%Vol；(7)全金屬結(jié)構(gòu)，絕緣外殼；(8)體積小；(9)靈活的電路訪問設(shè)置；(10)用戶可以通過硬件連接進行標(biāo)定；(11)寬溫度工作范圍；(12)快速響應(yīng)；5.紅外傳感器 紅外傳感器是將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電能的裝置是利用紅外線來進行數(shù)據(jù)處理的一種傳感器，有靈敏度高等優(yōu)點，紅外線傳感器可以控制驅(qū)動裝置的運行。利用紅外線的物理性質(zhì)來進

19、行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點。紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理，進行障礙物遠近的檢測。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當(dāng)紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，通過數(shù)字傳感器接口返回到中央處理器主機，中央處理器即可利用紅外的返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。在

20、糧倉里可以用來探測掃描一定范圍內(nèi)的物體活動情況（如鼠害等）。 RE200B采用TO-5封裝形式，正常工作直流電壓3-10V；信號輸出電壓最小值2.5V，典型值4V；噪聲輸出電壓最大250mV, 典型值90 mV, 頻率響應(yīng)0.3Hz3Hz, 增益±10Bb。該傳感器探測范圍平視角138度，仰視角125度。在傳感器前安裝菲涅爾透鏡可以增大探測范圍, 增強傳感器工作的穩(wěn)定性。此傳感器工作在714um的紅外光譜之間。正常工作周圍環(huán)境溫度范圍- 300700, 儲存溫度-400800。6.煙霧傳感器 煙霧傳感器就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感離子式煙霧傳

21、感器是一種技術(shù)先進工作穩(wěn)定可靠的傳感器被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。在糧倉監(jiān)控系統(tǒng)中用于探測火災(zāi)或不明煙塵。 MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。技術(shù)指標(biāo)：(1) 檢測氣體：可燃氣體，煙霧；(2) 檢測濃度：300

22、-10000pm（可燃氣體）；(3) 溫度濕度：20+/-2，65%+/-5%RH；(4) 預(yù)熱時間：不少于48小時；7.水浸傳感器 水浸傳感器是基于液體導(dǎo)電原理，用電極探測是否有水存在，再用傳感器轉(zhuǎn)換成干接點輸出。通常為常開，如果想要常閉的需要提前預(yù)定，預(yù)定時間為3天。用來檢測滲水或溢水情況。 線式水浸傳感器VEC-A-10，線式水浸傳感器（漏水檢測傳感器），專為機房環(huán)境、空調(diào)管道、糧倉監(jiān)控系統(tǒng)，地下室水浸檢測設(shè)計，穩(wěn)定性好，安裝簡單輕松。技術(shù)指標(biāo)：(1) 繼電器接點：常開接點；(2) 接點容量：DC30V,1A；(3) 整機功耗：<1VA（DC12V時）；(4) 引線長度：<1

23、50M；(5) 絕緣電阻：2M；(6) 探測靈敏度：<50K；(7) 工作環(huán)境：1050，20%90%無凝露；(8) 工作電壓：12VDC；2.3.2控制器選型為了設(shè)計此系統(tǒng)，我們采用了AT89S51單片機作為控制芯片，在前向通道中是一個非電信號的電量采集過程。它由傳感器采集非電信號，從傳感器出來經(jīng)過功率放大過程，使信號放大，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計算機能識別的數(shù)字信號，再送入計算機系統(tǒng)的相應(yīng)端口。由于AT89S51中只有4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，且數(shù)據(jù)存儲器也不能滿足要求，經(jīng)擴展6264來達到存儲器的要求，其結(jié)果通過顯示器來進行顯

24、示輸出。1.AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和

25、PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要特征：(1)8031CPU與MCS-51兼容； (2)4K字節(jié)可編程FLASH存儲器；(3) 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz；(4)三級程序存儲器保密鎖定；(5)128*8位內(nèi)部RAM；(6)32條可編程I/O線；(7)兩個16位定時器/計數(shù)器；(8)6個中斷源；(9)可編程串行通道；(10)低功耗的閑置和掉電模式；(11)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；2. AT89S51引腳圖2.3.3執(zhí)行器選型工作原理由于工藝決定，進倉之前已經(jīng)將濕度控制在了安全限以內(nèi)，而且倉是密閉的所以濕度變化不明顯，所以濕度的升高可能性極小。測量過程是先溫度后濕度與濃度的順序。

26、首先對溫度進行采樣，每個溫度點采樣5次，計算平均值作為采樣值送入顯示和存儲的相應(yīng)單元進行存儲和傳感器的編號和溫度的顯示，然后判斷溫度是否超過設(shè)定溫度，如果溫度超標(biāo)則報警并根據(jù)傳感器的位置判斷啟動通風(fēng)設(shè)備或加熱設(shè)備，如果不超標(biāo)就繼續(xù)檢測下一個點的溫度，直到整個糧倉的溫度全部測量完成，然后計算和顯示倉的平均溫度。然后對各個點的濕度進行測量并且顯示，也是按照每個點測量5次然后取平均值的方法計算，來減少干擾因素帶來的誤差，各個點的濕度測量完成后計算并顯示倉的平均濕度。同樣與設(shè)定的參考值（如濃度等）比較如果超標(biāo)就報警，并且起動風(fēng)扇進行通風(fēng)處理。然后系統(tǒng)返回再進行溫度和濕度的巡回測量和顯示。2.4系統(tǒng)布局

27、糧倉立柱局部結(jié)構(gòu)圖立柱設(shè)計為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)。外層固定一個直徑略大于該立柱的網(wǎng)孔立柱，用于防止糧食進入立柱上的通風(fēng)口以及避免糧食對立柱轉(zhuǎn)動產(chǎn)生阻力。網(wǎng)孔立柱內(nèi)側(cè)設(shè)置通風(fēng)槽和溫濕度檢測節(jié)點。該系統(tǒng)采用的立柱式鼓風(fēng)通道可以精確控制通風(fēng)立柱的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)智能通風(fēng)。當(dāng)溫度傳感器節(jié)點檢測到糧倉內(nèi)部某處因糧食霉變或蟲蛀等原因使溫度異常而需要通風(fēng)時，監(jiān)控中心自動遠程控制步進電機，從而帶動內(nèi)層立柱轉(zhuǎn)動，使立柱上的通風(fēng)槽對準(zhǔn)溫度異常方位進行精確通風(fēng)。直至溫度正常后，自動停止通風(fēng)。2.4.1溫濕度等傳感器布置傳感器節(jié)點的選擇和布局目前，我國各大糧倉大多采用電纜內(nèi)部安裝熱電偶和熱電阻等測溫元件，測溫元件隨電纜豎直插入

28、糧食內(nèi)部，傳感器的安裝費時費力，測量精度不高。本系統(tǒng)采用的傳感器，接線簡單，使用方便，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。其在與微處理器連接時，可實現(xiàn)微處理器與之的雙向通訊，并支持多點組網(wǎng)功能，實現(xiàn)多點測溫測濕。因此，可以有效實現(xiàn)本系統(tǒng)功能，方便、準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)信息。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，糧溫傳感器的密度為倉內(nèi)水平方向不大于，垂直方向不大于.。CO2傳感器，濕度傳感器可均勻分布各點進行測量，為方便操作，溫濕度傳感器，CO2傳感器均布置在一點。本系統(tǒng)在每個立柱的豎直方向均勻布置層傳感器，每層放置個且各自相差120°的節(jié)點，與之連接的傳感器引伸至立柱外，直接檢測糧食溫度參數(shù)。水浸傳感器是基

29、于液體導(dǎo)電原理，用電極探測是否有水存在，再用傳感器轉(zhuǎn)換成干接點輸出，水浸傳感器安裝在水流向的地方，低水位地方。煙霧傳感器根據(jù)檢測的煙霧濃度來判斷是否發(fā)生火災(zāi)，能做到及時監(jiān)測火災(zāi)發(fā)生分布安裝在房間的頂部。紅外線傳感器可以對侵入糧倉的老鼠等入侵物進行檢測進行檢測，分布安裝在糧倉底部四周。2.4.2糧倉壓力傳感器布置由于糧食數(shù)量巨大，價格低，要求糧堆數(shù)量在線檢測設(shè)備成本低、簡單方便。因此，傳感器的布置應(yīng)滿足：1)經(jīng)濟性原則，即傳感器數(shù)量應(yīng)盡可能少。2)可行性原則，滿足通常進糧方式的要求，方便出進糧并避免損壞傳感器。基于這些考慮，本項目提出的糧倉底面?zhèn)让鎵毫鞲衅鞑贾媚Ｐ腿鐖D所示。壓力傳感器布置模型圖

30、 對于如圖所示的糧倉底面壓力傳感器布置，各傳感器距側(cè)面墻距離d應(yīng)相等，以便于側(cè)面摩擦力作用的補償，擴大糧倉數(shù)量檢測模型的適用范圍；在保證不影響糧倉進糧等操作的情況下，傳感器距側(cè)面墻距離d應(yīng)盡可能大，以盡可能降低其臨近側(cè)面摩擦力作用。由于糧倉寬度一般在7 m左右，因此d=2一3.5 m為妥。各個傳感器間距應(yīng)不小于2 m，以便于消除底面壓強的隨機性。傳感器應(yīng)盡可能遠離進糧口，以避免進糧沖擊造成傳感器損壞，降低傳感器輸出值的波動。對于圖示的糧倉側(cè)面壓力傳感器布置，壓力傳感器按2列多行布置，應(yīng)盡可能遠離進糧口，列間距L應(yīng)大于1.5 m，各行依裝糧高度沿上下均勻分布，行間距h應(yīng)大于1.5 m，以便于消除

31、底面壓強的隨機性。底部壓力傳感器距地面為h/2，頂部壓力傳感器距糧堆頂部應(yīng)大于1 m，以保證側(cè)面壓強檢測的有效性。2.5模擬量數(shù)字量的輸入輸出各傳感器經(jīng)過檢測模擬信號將其轉(zhuǎn)化為電壓信號從而傳送給微處理器處理其輸入輸出如下表：AI溫度濕度CO2氣體煙霧壓力紅外線DO電壓電壓電壓電壓電壓電壓2.6系統(tǒng)模塊2.6.1轉(zhuǎn)換器模塊 為了把溫度、濕度等量檢測電路測出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，本系統(tǒng)選用了雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433。它精度高，分辨率達1/1999。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。MC14433 A

32、/D 轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時間比較長，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對周期信號變化的干擾信號積分為零，抗干擾性能也比較好。 目前，國內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測量儀器上。常用的有3.5位雙積分A/D裝換器MC14433和4.5位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135 MC14433是三位半雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點，其缺點是轉(zhuǎn)換速率低，約110次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓

33、量程為199.9mV或1.999V。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出。是轉(zhuǎn)換速率低，約110次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為199.9mV或1.999V。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出。Q0-Q3： BCD碼輸出線。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼數(shù)，但在DS1選通期間，輸出端Q0-Q3 除了表示個位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負極性和欠量程還是過量程。Q3 表示1/2

34、位，Q3=“0”對應(yīng)1，反之對應(yīng)0。Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負極性。Q0=“1”表示超量程：當(dāng)Q3=“0”時，表示過量程；當(dāng)Q3=“1”時，表示欠量程；2.6.2控制器模塊MCP2515 是 Microchip 公司的一款獨立 CAN 控制器，完全支持 CAN V2.0B 技術(shù) 規(guī)范。該器件能發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)和擴展數(shù)據(jù)幀以及遠程幀。MCP2515 自帶的兩個驗收 屏蔽寄存器和六個驗收濾波寄存器可以過濾掉不想要的報文，因此減少了主單片機（MCU）的管理負擔(dān)。MCP2515與MCU的連接是通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口來實現(xiàn)的。MCP2515的操作簡單，使用方便，可以簡化需要與CAN

35、總線連接的應(yīng)用。MCP2515 的結(jié)構(gòu)框圖MCP2515 該器件主要由三個部分組成：(1)CAN模塊，包括 CAN 協(xié)議引擎、驗收濾波寄存器、驗收屏蔽寄存器、發(fā)送 和接收緩沖器;(2)用于配置該器件及其運行的控制邏輯和寄存器;(3)SPI協(xié)議;單片機通過MCP2515的SPI接口與CAN總線通信，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到 MCP2515，進而再發(fā)送到CAN總線。對于接收數(shù)據(jù)，則采用中斷方式。一旦中斷發(fā)生,即將接收的數(shù)據(jù)自動裝載到相應(yīng)的報文寄存器中。此時還可利用屏蔽濾波寄存器對接收報文的標(biāo)識符和預(yù)先在接收緩沖器初始化時設(shè)定的標(biāo)識符進行有選擇的逐位比較，只有標(biāo)識符匹配的報文才能進入接收緩沖器。從而使下

36、位機以單片機為智能控制器，在糧倉溫濕度控制系統(tǒng)中，通過溫濕度傳感器來采集糧倉內(nèi)的溫度、濕度，經(jīng)過單片機處理后發(fā)出信號，控制風(fēng)機、加濕器、去濕器的打開和關(guān)閉,以達到自動調(diào)節(jié)的功能。TJA1050是CAN控制器和物理總線之間的接口。TJA1050可以為總線提供不同的發(fā)送性能,為CAN控制器提供不同的接收性能。TJA1050是PCA82C250高速CAN收發(fā)器的后繼產(chǎn)品。所做的改進為：CANH和CANL理想配合，使電磁輻射減到更低；在有不上電節(jié)點時，性能有所改進。TJA1050內(nèi)部功能框圖如下圖所示。上位機管理采用普通 PC 機，通過 USB-CAN 轉(zhuǎn)換模塊與現(xiàn)場 CAN 總線相連，主要 負責(zé)參數(shù)

37、設(shè)定，數(shù)據(jù)的處理、保存和顯示，以及對下位監(jiān)控機的管理等功能。USB-CAN 轉(zhuǎn)換模塊是系統(tǒng)中的重要部分，它的性能如何將直接影響著本系統(tǒng)的工作品質(zhì)。USB-CAN 轉(zhuǎn)換模塊帶有 USB2.0 接口和 1 路 CAN 接口，USB2.0 接口的最高傳輸 速率可達 12MB/s，并且支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，完全滿足 CAN 總線的傳輸波特率的范圍及 傳輸方向要求?？蛇M行收、發(fā)雙向透傳。主要特點：傳輸協(xié)議非常簡潔、透明，支持進 行二次開發(fā)。USB 虛擬串口，可以在各種操作系統(tǒng)下，像使用普通串口一樣方便地使用。USB-CAN 轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和實物圖分別如下圖所示。USB-CAN 結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)中，單片機通

38、過SPI接口控制 MCP2515，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成特定格式（標(biāo)準(zhǔn)和擴展數(shù)據(jù)幀或遠程幀）發(fā)送到CAN總線上進而傳給上位機，同時從CAN總線上讀取上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)，通過設(shè)置驗收屏蔽寄存器和驗收濾波寄存器，由選擇性地接收上位機發(fā)給該智能節(jié)點的數(shù)據(jù)。使用時，只需要對MCP2515 某些寄存器進行設(shè)置，光電耦合和高速CAN 收發(fā)器對用戶是透明的，操作簡單。2.7系統(tǒng)模塊連接2.7.1 MC14433與AT89S51單片機的接口設(shè)計 由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，Q0Q3HE DS1DS4都不是總線式的。因此，MCS-51單片機只能通過并行I/O接口或擴展I/O接口與其相連。對于8031單片機的應(yīng)用系統(tǒng)來說，MC14433可以直接和其P1口或擴展I/O口8155/8255相連。下面是MC14433與AT89S51單片機P1口直接相連的硬件接口，接口電路如圖3.13所示（J1為網(wǎng)絡(luò)接口，接單片機P1口）。MC14433與8031單片機P1口直接相連的硬件接口2.