糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)    【摘要】為了更加精確、及時(shí)地對(duì)糧倉(cāng)溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)了一套以SHT15為溫濕度傳感器，以LPC1768為主控制器的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由LPC1768微控制器、SHT15溫濕度傳感器、LCD顯示模塊、報(bào)警器以及溫濕度調(diào)節(jié)模塊等部分組成。SHT15傳感器輸出數(shù)字量，可直接與LPC1768的I2C接口相連接。系統(tǒng)將采集到的溫濕度值轉(zhuǎn)化為物理量并顯示在LCD上，同時(shí)，根據(jù)溫濕度值的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。測(cè)試結(jié)果表明，與模擬式溫濕度傳感器相比，基于SHT15的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)

2、性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】監(jiān)測(cè)與控制；SHT15；LPC1768；糧倉(cāng) 1.引言 在糧食儲(chǔ)藏過程中，糧食溫濕度的變化是影響糧食質(zhì)量安全的主要因素。當(dāng)糧倉(cāng)內(nèi)部的溫濕度超過一定閾值時(shí)，糧食就易發(fā)霉變質(zhì)。每年由于儲(chǔ)藏不當(dāng)造成大量的糧食浪費(fèi)，給國(guó)家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以隨時(shí)監(jiān)測(cè)糧倉(cāng)內(nèi)部的溫濕度變化，具有重要的實(shí)際意義。受經(jīng)濟(jì)條件限制，部分地區(qū)的國(guó)家糧食儲(chǔ)備庫(kù)還采用傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行糧情監(jiān)控，不及時(shí)、不準(zhǔn)確1。本系統(tǒng)采用SHT15型多功能、自校準(zhǔn)智能傳感器，通過微控制芯片LPC1768采集溫濕度信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理判斷，依據(jù)要求控制制冷器、加溫機(jī)、加濕器、抽濕機(jī)啟動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)內(nèi)溫濕度的

3、自動(dòng)化控制與調(diào)節(jié)。 2.設(shè)計(jì)方案 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 根據(jù)糧食的儲(chǔ)藏條件，我國(guó)的氣候條件和目前倉(cāng)庫(kù)的管理水平，通常規(guī)定糧倉(cāng)溫度不超過20，濕度不超過30%RH2。 系統(tǒng)可對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。 當(dāng)儲(chǔ)藏溫濕度超過要求范圍時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，以提醒工作人員及時(shí)查看溫濕度情況，在系統(tǒng)不能及時(shí)自動(dòng)調(diào)控溫濕度的情況下，可進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)控。 2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)的總體要求，本設(shè)計(jì)采用如下方案：整個(gè)系統(tǒng)由LPC1768微控制器、SHT15溫濕度傳感器、LCD顯示模塊、報(bào)警器以及溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等部分組成。系統(tǒng)功能原理圖如圖1所示。用戶根據(jù)儲(chǔ)存要求預(yù)先輸入溫濕度報(bào)警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值

4、。SHT15溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)值傳輸給LPC1768，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，并為溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 3.硬件設(shè)計(jì) 3.1 微控制器 控制電路的核心器件是由NXP公司推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的LPC17683微控制器，操作頻率可達(dá)100MHz。有多組外設(shè)，3個(gè)I2C接口、512KB的Flash存儲(chǔ)器等，每個(gè)外設(shè)都自帶時(shí)鐘分頻器，在設(shè)置低功耗的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步節(jié)省功耗。另外，LPC1768芯片的體積只有14cm*14cm，適用于高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用，外設(shè)功能強(qiáng)，方便系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。 3.2 SHT15溫濕度傳感器 SHT154-

5、5型傳感器是單片多用途的智能傳感器，不僅包含基于濕敏電容器的微型相對(duì)濕度傳感和基于帶隙電路的微型溫度傳感器而且還有14位的A/D轉(zhuǎn)換器和兩線串行接口，可直接輸出數(shù)字量。SHT15可直接通過I2C接口進(jìn)行通訊。其性能如下： 相對(duì)濕度測(cè)量范圍：0100%RH； 溫度測(cè)量范圍：-40+123.8； 相對(duì)濕度分辨率：0.03%RH； 溫度分辨率：0.01； 相對(duì)濕度測(cè)量精度：±2%RH； 溫度測(cè)量精度：±0.4； 相對(duì)濕度響應(yīng)時(shí)間：8s（type）； 溫度響應(yīng)時(shí)間：530s。 3.3 顯示模塊 TS128×64點(diǎn)陣液晶顯示屏的DB0 DB7數(shù)據(jù)總線連接到U1（LPC176

6、8）的P2.0P2.7引腳，CS1、CS2、D/I、RW和En控制信號(hào)引腳分別與P2.8P2.12引腳直接相連。LCDAK通過電阻R7控制Q1（8550）的導(dǎo)通與截止來控制J1背光燈的開/關(guān)功能。電阻R8用于設(shè)置TS128×64的顯示對(duì)比度。TS128×64與LPC1768硬件連接圖如圖2所示。 3.4 電源模塊 本系統(tǒng)采用的電源供電模塊如下所述：由USB接口提供+5V電壓，為TS128 ×64、蜂鳴器和溫濕度調(diào)節(jié)模塊提供電源；并且為AS1117-3.3提供電源輸入電壓。由AS1117-3.2輸出的+3.3V為L(zhǎng)PC1768和SHT15提供電源。 3.5 報(bào)警模塊

7、 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用聲音提示報(bào)警。當(dāng)實(shí)時(shí)溫度或濕度高于設(shè)定的上限或低于下限時(shí)，觸發(fā)報(bào)警蜂鳴器有節(jié)奏地發(fā)出警報(bào)聲，提醒使用者注意溫濕度變化。 3.6 與上位機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 通過串行通訊接口UART0可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊。由于PC機(jī)串口是RS-232電平，所以連接時(shí)需要使用MAX232芯片作RS-232轉(zhuǎn)換器。由此，將系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)。 3.7 溫濕度調(diào)節(jié)模塊的設(shè)計(jì) 微控制器通過對(duì)傳感器采集的外界溫度、濕度進(jìn)行處理，并判斷溫濕度是否超出設(shè)定值。當(dāng)溫度大于20時(shí)，通過P1.0輸出低電平，通過光電耦合器4N25，由三極管8550驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器閉合，從而使制冷器工作；當(dāng)濕度大于30%RH時(shí)，通過P1.1

8、輸出低電平，通過光電耦合器4N25，由三極管8550驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器閉合，從而使抽濕機(jī)工作；同理，當(dāng)溫度低于10時(shí)，升溫機(jī)工作；當(dāng)濕度小于20%RH時(shí)，加濕器工作；直到糧倉(cāng)內(nèi)溫濕度回到設(shè)定值范圍內(nèi)。 4.軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、I2C接口6子程序、LCD顯示子程序、報(bào)警子程序等模塊組成。本系統(tǒng)以Keil uVision4為開發(fā)環(huán)境，系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)以下功能： LCD顯示子程序?qū)γ看斡蒘HT15所采集的數(shù)值經(jīng)量化處理后所得到的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行顯示。 報(bào)警子程序是當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，例如濕度超過30%RH時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒工作人員注意，必要時(shí)采取人工干預(yù)。 系統(tǒng)可定期將

9、數(shù)據(jù)經(jīng)UART0傳給PC機(jī)； 根據(jù)溫濕度值，調(diào)節(jié)控制制冷器、升溫機(jī)、加濕器或抽濕機(jī)運(yùn)行，以達(dá)到合適的溫濕度。 系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖3所示。 對(duì)于SHT15，溫度測(cè)量與濕度測(cè)量的基本流程是相同的。圖4所示為讀取溫度測(cè)量值的子程序流程圖。其中，延時(shí)時(shí)間根據(jù)不同分辨率有所不同。 5.測(cè)試結(jié)果 將本系統(tǒng)用于對(duì)某糧倉(cāng)內(nèi)某一天8：00到16：00期間進(jìn)行溫濕度測(cè)量，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計(jì)及基于HTG3515CH模擬溫濕度傳感器的測(cè)量系統(tǒng)也在同一糧倉(cāng)同一時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，得出測(cè)量結(jié)果分別如圖5，圖6所示。 由此可以看出，本文設(shè)計(jì)的基于SHT15的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，其相對(duì)濕度測(cè)量精度及溫度測(cè)量精度都比基于HTG351

10、5CH溫濕度傳感器的測(cè)量系統(tǒng)高，該系統(tǒng)測(cè)量值更加精確，更適合應(yīng)用于糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)控。 6.結(jié)論 SHT15是一款全新的含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了溫濕度傳感器的數(shù)字式輸出，且具有品質(zhì)卓越、精度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，極大地方便了在嵌入式測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用。控制器采用NXP公司生產(chǎn)的LPC1768芯片，對(duì)傳感器所測(cè)溫濕度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并對(duì)外輸出控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉(cāng)的溫濕度控制。如此設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高，能達(dá)到很好的控制效果，具有較高的推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1侯俊才，胡耀華等.數(shù)字式糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究，2012（9）：103-106. 2田素貞，屈芳升.基于單片機(jī)的糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究J.河南科學(xué)，2012，30（1）：90-93. 3孫安青.ARM Cortex-M3嵌入式開發(fā)實(shí)例詳解：基于NXP LPC1768M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012，10. 4王冬霞，張玉輝，洪耀球.溫濕度傳感器SHT15及其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用J.電子設(shè)計(jì)工程，2011， 19（2）：40-43. 5