基于单片机的粮仓温湿度远程监控系统的设计摘要：介绍了一种基于单片机的粮仓远程温湿度监控系统设计方案。

该监控系统以单片机stc12le5410ad为核心，利用温湿度传感器采集粮仓温湿度数据，经a/d转换，再由单片机stc12le5410ad 进行处理，并通过无线传输模块将测量的数值传输给pc机，在pc 机上实现数据与预设阈值数据的对比，并决定是否发出报警信号以及对系统的控制处理。

试验结果表明，该监控系统利用无线通信收发模块完成了数据的远程传输，具有良好的人机交互控制方式，实现了粮仓温度和湿度的远程监控。

关键词：温湿度监测；单片机；无线传输
中图分类号：tp277.2 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2013）03-0677-04
随着现代科技在农业生产中的应用与推广，国家粮食总产量不断提高，粮食存储成为当前需要研究的问题之一。

粮仓监控技术的研究是科学保粮的重要基础，粮食检测技术不断完善逐步形成了类型繁多的粮情检测系统，为安全科学储粮起到了重要作用。

在贮藏过程中，粮食受温度、湿度及其他因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害等情况。

为了减少粮食贮藏过程中的损失，保障粮食的品质和质量，首先应该及时准确地掌握粮食贮藏过程中各种物理因素的变化情况并找出其规律[1]。

影响储粮安全最主要的因素是粮食的温度和湿度，为了保证存放的粮食完好，必须保持粮仓的温湿度在一定的范围内，因此就要
求有一种经济适用的粮仓温湿度监控系统，能够实时监测粮仓内的温湿度分布情况，准确分析粮仓温湿度的变化，并及时采取相应的控制措施，使仓库管理人员能够有效地进行监控操作。

试验以单片机stc12le5410ad为控制核心芯片，设计了基于单片机的粮仓温湿度远程监控系统，利用单片机现场采集粮仓储备库中粮食的基本温湿度情况，并结合其他的粮情信息进行分析处理，而后与预先设定的温湿度阈值相比较决定是否启动报警电路，通过控制电机启停实现对温湿度的控制。

利用上位机对粮仓进行监控并存储数据，用户可以方便地查看粮食温湿度历史数据，优化现场作业，提高了生产效率，获得实时粮仓的管理，实现了自动化、智能化的粮仓管理系统。

1 系统硬件电路的设计
该粮仓监控系统以单片机stc12le5410ad为核心，包括各种传感器的检测电路、报警电路、键盘控制电路、液晶显示、控制电路及通信电路组成，粮仓环境监控系统主要由安装在粮仓内部的温湿度传感器构成。

传感器直接采集设备数据（模拟数据）信号，通过转换器转化为可用数据（数字信号），传输到监控调度总控制中心。

系统利用单片机及外围电路测量温湿度传感器采集的数据，并通过无线通信模块实现与pc机的串行通信，pc机实现对温湿度值的进一步分析及对系统的控制处理，利用无线通信收发模块完成了数据的远程传输，完成人机交互控制方式，实现了粮仓的温度和湿度监控情况。

其硬件系统电路图如图1。

1.1 温度检测电路
温度检测电路采用温度传感器ad590，ad590传感器适合远距离传送，线性度好，无电源的波动特性，测量精度高，适合测量的温度范围为
-55～+150 ℃。

温度传感器输出电信号为电流信号，经运算放大器lm741进行i/v转化得到输出电压信号，把采集输出的电压信号经a/d转换电路送到单片机stc12le5410ad进行处理。

1.2 湿度检测电路
湿度检测电路采用的湿度传感器是氧化铝传感器，氧化铝传感器测量湿度信号直接以电压信号输出，湿度检测电路由湿度传感器al2o3型湿度传感器、整流电路、放大电路和振荡电路组成，其检测电路如图3。

振荡电路采用rc组成的桥式振荡电路，电阻r1、r2用于传感器特性的线性补偿，二极管d1、d2、d3用于输入保护，a1、a2为运算放大器，运算放大器a2接成电压跟随器的形式，当粮仓环境湿度变化时，传感器的电容量也随之发生变化，这种变化反应到振荡电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值[2，3]。

1.3 继电器控制电路
粮仓温湿度的控制是通过空调器与风机实现的。

打开进出口的风机，通过风机及粮仓内的通风管道使冷却后的空气穿过粮堆在粮仓内形成通风气流；如果风机调节达不到控制要求，则使用空调进行降温与排湿，湿度的调整还可以配合加湿器进行调节。

风机、空
调机、加湿机的控制是由单片机和光电耦合器驱动双向晶闸管完成的。

继电器控制电路如图4，工作流程如下：单片机首先输出低电平信号，经驱动器加到光电隔离器tlp521-4的输入端引脚，当光耦加载的电压超过3 v时就会产生光信号，通过输出引脚将光信号转为电信号，在经过三极管放大器件把信号放大后，控制继电器打开执行机构使执行机构开始工作。

当单片机检测到信号输出在预设阈值范围内，单片机此时发出高电平信号，控制风机、加湿器等执行机构停止运行。

1.4 无线发射电路
根据设计的要求，为实现单片机和pc机之间的无线数据传输，选取ptr8000芯片作为通信电路中的无线收发模块[4]，ptr8000芯片内置数据协议和crc检错，载波监测输出，输出数据无乱码现象，能够实现点对多点通信以及提供快速、安全可靠的传输。

图5为发射部分单片机stc12le5410ad与放大电路、自动检测部分以及无线收发芯片ptr8000的连接电路。

由图5可知，温度采集部分的放大电路输出的电压信号经a/d
转换后由引脚13输送到单片机中，自动检测部分的信号放大芯片max6675的cs 口连接在单片机引脚2上，cs为片选端，sck口为max6675提供串行时钟，so口是接收max6675输出的串行数据；无线收发芯片ptr8000的am、dr、cd、pwr、sck1、mosi、miso、csn、txen、trx_ce口分别连接在单片机的6、7、8、9、19、18、17、16、15、14引脚上，实现各引脚的功能。

1.5 无线接收电路
图6是单片机stc12le5410ad与无线收发芯片ptr8000、电平转换芯片max3232接收信号的连接电路。

由图6可以看出，电平转换芯片max3232的t1in口接在单片机的引脚3上，r1out口接在单片机的引脚2上，数据由t1in输入转换成rs232数据，由pc机输出的rs232数据经max3232的r1in转换成ttl/cmos数据后通过r1out 输入到单片机中，实现ttl—rs232之间的双向电平转换[5]。

2 系统的软件设计
2.1 粮仓监控主程序设计
粮仓监控的主程序主要实现对粮仓内众多传感器数据的分析与处理。

其系统软件设计主要由初始化、温湿度数据采集、信号显示、设备驱动信号处理、键盘处理、数据通信等几部分组成。

程序流程如图7。

其中，初始化主要完成对单片机各功能部件初始状态的配置以及开户软件看门狗功能；温、湿度的实时数据采集后根据单片机发送的多路模拟开关地址选通信息分时交替传输数据，数据通信系统完成了温、湿度测控系统与上位pc机之间的协议化通信，按照通讯规约的要求实现与上位机的可靠通讯。

当单片机检测到测量数据大于设定阈值时，单片机则需要及时做出控制处理，采用pwm 控制算法控制继电器风机或空调控制端输出端信号，经过驱动电路控制温湿度异常变化。

同时输出控制信号启动蜂鸣器报警处理。

2.2 pwm控制算法
因为固态继电器的输入控制属于两位控制状态，不能采用进行
线性控制的方法，设计采用了pwm控制算法[6]，该控制算法稳定性好，结构简单，工作可靠，调整方便。

根据pwm算法的特点，其控制原理图如图8。

由图8可知，pwm控制算法采用分段的形式，首先设定周期、比例系数和偏差的上下限e1、e2、e3、e4，根据程序的调试情况设定，继电器的导通截止由设定阈值进行控制。

具体控制偏差e的关系为：当e增大时，若0e2，固态继电器始终导通。

当e减小时，若0e3，固态继电器始终导通；输出随e的变化关系见图9。

3 试验分析
上位机是粮仓温湿度远程监控系统的重要组成部分，保证了系统的准确性、可靠性和及时性，为了验证所设计的远程监控系统的有效性，采用vb编制，在检查系统及通信连接后，在pc机显示了粮仓的温度和湿度。

监控温湿度曲线图如图10所示，上位机显示的温湿度数据及坐标曲线形式可以保存到计算机里，用于对数据进行分析比对，从而人为改变粮仓温湿度，使得粮仓粮食保存完好，达到最佳经济效益。

4 小结
基于单片机的粮仓远程温湿度监控系统以单片机
stc12le5410ad为核心，利用温湿度传感器测量温度和湿度，液晶显示电路显示温湿度，用键盘输入电路设定所需控制的温湿度，继电器控制电路，实现了温度和湿度的调节；用声光报警模块判断温
湿度是否超限决定是否报警提醒，利用无线通信收发模块实现了单片机和pc机的远程通信，实现了数据的远程可靠传输，温度测量精度达到了0.1 ℃，湿度测量精度达1%，具有良好的人机交互控制方式，保证了粮仓温度和湿度的远程监控。

参考文献：
[1] 张玉杰，贾继涛.基于嵌入式web服务器的粮库监控系统的设计[j].农机化研究，2011（7）：182-185.
[2] 张其亮，韩斌.基于嵌入式web server的温度采集系统设计与实现[j].电子测量技术，2009，32（10）：140-142.
[3] 卢丽君.基于tlc1543的单片机多路采样监测系统的设计[j].仪器仪表与分析监测，2007（4）：5-6，40.
[4] 赵英杰，马建莉，钱英.基于labview的粮仓监控系统研究[j].农机化研究，2009（9）：111-113.
[5] 王雪光，赵建娇，姜瑞云.虚拟仪器技术在粮库粮情监测系统中的应用[j].农机化研究，2008（9）：185-186，205.
[6] 吴春雷，粮库温湿度智能检测系统的研究[d].天津：河北工业大学，2006.。