粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案

粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案（通用5篇）

篇1：粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案

粮仓粮库环境

温湿度综合监控管理系统

设

计

方

案

目 录

第一部分：概述

（1）粮食仓储概述………………………………………………………………03（2）粮仓粮库环境温湿度监控系统应用背景…………………………………04（3）粮仓粮库环境综合监控管理系统…………………………………………04 第二部分：系统组成结构

◇上位管理主机…………………………………………………………………05 ◇数据通讯部分…………………………………………………………………05 ◇现场控制监测点………………………………………………………………05 第三部分：控制模式

◇控制方式………………………………………………………………………06 第四部分：功能特点

（1）粮库环境温湿度监测………………………………………………………07（2）O2、CO2浓度监测•…………………………………………………………07（3）数据存储功能………………………………………………………………07（4）设备联动控制功能…………………………………………………………08（5）防火自动报警功能…………………………………………………………09（6）现场报警功能………………………………………………………………09（7）远程传输和网络管理功能…………………………………………………09 第五部分：监测软件数据平台

（1）友好的用户登陆管理界面…………………………………………………10（2）实时历史、曲线报表数据分析…………………………………………10（3）多种形式的报警功能………………………………………………………11（4）远程控制……………………………………………………………………11（5）监控终端……………………………………………………………………11

第一部分：概 述

（1）粮食仓储概述

我国现有14亿人口，粮食储藏好坏是关系到人民健康、市场供给、国家稳定的大事。随着人口增长迅速、耕地逐年减少、人类对社会物质生活的需求愈来愈高。粮食的利用与保护得到社会的更加重视，人类必须杜绝粮食浪费与霉烂现象发生，珍惜粮食。

我国是世界上最大粮食生产和消费国。据统计，我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输等过程中的损失高达15％，远远超过联合国粮农组织规定的5％，在这些损失中因未达到安全水分造成霉变、发芽等损失的粮食又占到5％。

粮食在储藏期间，如果水分超标，粮堆内部的水分就表现出向表面及粮粒间隙中的空气缓慢游离的趋势，因粮食水分从不流动的空气中逸出比较困难，它在粮粒间聚集，当湿度达到饱和点时即开始凝结，随之产生发酵和局部温度升高现象，这又促使粮粒释放出水分和加速相应的发酵过程。当环境温度升高，粮食中带有的粉尘、杂质、特别是有机物杂质加速了上述过程，严重威胁到安全储粮，导致粮食腐烂。

因此粮仓粮库环境应保持通风、干燥，内外整洁有序。粮库中应采取防鼠、防蝇、防虫、防盗等设施，杜绝有害虫类的滋生。

（2）粮仓粮库温湿度环境监控系统应用背景

建国以来，经过六十多年的发展，我国粮食仓储技术得到了长足发展，在某些领域已经达到世界先进水平，但就整体而言，我国粮食仓储技术与发达国家相比，仍与一定的差距。目前，大部分粮仓库仍为人工监控管理，如降仓温通风是仓房日常管理中，尤其是低温储粮管理中的一项操作较为频繁、辛苦的工作，经常需要在半夜开机：由于粮食呼吸，储粮稳定性较差，保管员需不断翻动粮面，通风降温散湿，因此国家需要投入大量人力。粮情，粮仓温度靠人工监测，保管员需要频繁巡查，工作强度大，并且监测结果不精确。

（3）粮仓粮库温湿度环境监控系统

SQ-KZ粮仓粮库环境综合监控系统可以实时全面的掌握粮库内的温湿度变化，一旦发现异常及时做出正确处理，保证粮食长期安全存储。本系统采用世界上先进的微电脑技术、PLC技术、传感器技术、自动控制技术，带有LCD显示和键盘操作，能够自动监测粮仓粮库内的粮情、温度、湿度，并能与粮仓粮库内的加热、制冷、除湿、通风等设备进行联动，控制加热、制冷、除湿、通风等设备进行工作，也可根据人工设定的数值定时控制设备或根据需要进行人工开启，使仓内粮温、水分、仓内气体的有效浓度与配比维持稳定状态，保证粮食仓储的安全。

第二部分：系统组成部分

SQ-KZ粮仓粮库环境综合监控系统主要包括：上位管理主机、数据通讯部分、现场控制监测点、数据采集终端等。

◇上位管理主机

可选用物联网感知应用平台或者是为客户专门定制的操作监测平台。能够实现监测、查询、运算、统计、控制、存储、分析、报警等多项功能，并能与粮仓内设备联动，自动计算和控制加热、制冷、降湿、通风等设备运行工作。

◇数据通讯部分

可根据需要选择有线传输与无线传输方式，对于仓内布线不方便的粮库，可以采用无线通讯方式，利用GPRS/3G或Zigbee无线通讯。

◇现场控制监测点

现场控制监测点主要由数字温湿度变送器、数据采集仪、通讯转换器、配电控制柜及安装附件组成。所有监测点的温湿度测量值最终转换为数字信号，被传送到上位管理主机，通过配套的数据管理软件对数据进行分析、处理、存储、打印等。

第三部分：控制方式

◇自动控制-----根据设定的参数，智能控制箱按照预先编制的程序自动运行。

◇手动控制-----根据需要，可以选择现场手动控制方式，启动各种模式。

◇集中监控-----监控中心室能够实时显示并自动记录粮仓粮库内的监测数据以及外围设备的工作状态，远程设定每台控制箱的工作参数，自动报警。

◇3G互联网监控------通过安装配套的物联网监控软件，或者视频监控软件，可以通过英特网实时了粮库内的环境变化信息及设备的运行状态等。

第四部分：系统功能特点

（1）粮库环境温湿度监测

通过温湿度传感器监测粮仓粮库内的环境温湿度，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。

（2）O2、CO2浓度监测

--粮食是生命的有机体，具有呼吸功能。为了解储藏条件是否适宜，常需要了解粮食在储藏期间的生理状态，需要测定储粮的呼吸系数。

--在粮仓内部署二氧化碳或氧气浓度传感器，实时监测粮库中的气体含量，当浓度超过系统设定的阙值范围时，通过有线或无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。

（3）数据存储功能

具有大容量数据存储功能，现场可显示、查询监测数据和设备工作参数。

（4）设备联动控制功能

--降温、散湿、通风是仓房日常管理中的一项操作较为频繁、辛苦的工作，经常需要在半夜开机，由于粮食呼吸，储粮稳定性较差，保管员需不断翻动粮面，通风降温散湿。实现仓窗、制冷、制热、通风等设备自动开关，对提高工作效率、降低劳动强度意义重大。--上位机控制平台可根据粮库环境的要求，对已设置的温湿度数学模型进行分析，自动计算和控制加热、制冷、降湿、通风等设备状态，也可根据人工设定的数值定时控制设备或根据需要进行人工开启。

（5）防火自动报警功能

可提供现场声光报警，监测系统报警，并通过电话语音拨号报警或发送报警短信通知相关人员。

（6）现场报警功能

用户可设定某些参数指标的上限和下限，根据温湿度实测值与人工设定的超限值进行对比分析，若实测值超过设定的范围，则通过屏幕显示报警或现场声光报警。

（7）远程传输和网络管理功能

可联网远程传输现场监测到的各种信息，上级部门可随时调用、检查粮库环境的各项数据、报表，提供集中式系统管理及数据检索功能，可与其它信息系统共享数据，支持TCP/IP协议。

第五部分：监测软件数据平台

我公司自主研发的粮仓粮库温湿度系统软件，实时采集粮仓粮库现场数据，经传感器数据模块传送至ZigBee节点或RS485节点上，然后通过光纤、GPRS/3G网络传输到数据平台，按照相关设定进行分析运算、控制、存储等功能，并进一步与粮仓内设备（如通风、制冷、制热、熏杀等）联动完成相应控制。

（1）友好的用户登陆管理界面

--规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全，操作简单而富有人性化。

（2）实时历史、曲线报表数据分析

--系统将采集到的数据信息以实时曲线的方式显示给用户，并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便于对粮仓粮库的运转情况进行分析并做出改进，提高粮食仓储的效率与安全。

（3）多种形式的报警功能，适合不同场合需要

--工作人员根据粮仓粮库内的具体情况，设置温度、湿度等参数限值。在监测时，如发现有监测结果超出设定的阈值时，系统会自动发出报警提醒工作人员，报警形式包括：声光报警、电话报警、短信报警、E-MAIL报警等。

（4）远程控制

--现场采集设备将采集到的数据通过有线、无线、GPRS/3G网络传输到中控数据平台，用户从终端可以查看粮仓粮库现场的实时数据。并使用远程控制功能，通过继电器或采集输出模块对粮仓粮库内的相关设备进行自动化控制，如自动通风系统、自动制冷制热系统、自动除湿系统等。

（5）监控终端

--监控终端通过可视化、多媒体的人机界面实现以下主要功能：

①粮仓内粮情、温湿度、CO2浓度全面显示，可查询，包括各种参数以及历史数据等；

②向粮仓内监控终端发出调度命令、调整设备运转状况，确保粮仓内环境维持稳定状态，保证粮食仓储安全。

篇2：粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案

我国是一个人口众多的大国, 科学 储粮是保障人民粮食供应, 促进社会安定的大事, 粮仓温度的监测在科学储粮 中占有重要地位[1]。在大多数粮食存储企业, 目前仍主要靠人工检测粮仓温度。由于粮库占地面积大，粮仓分散，仓内温度测试点多，因而人工监测工作量大，效率低，检测周期长，容易漏检，而且测量器件损坏率高，测试精度难以保证。

粮仓温室度检测技术的发展现状随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变 化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。粮仓温室度检测技术的发展现状随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变 化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。

粮食温度是 能否保证粮食安全储存的重要指标之一,只有及时,准确地测得粮堆各层面的粮 温数据,并根据检测的温度数据对粮食储存情况进行分析,作出决策,采取措施, 最大限度的减少粮食在储存过程中的损失。正目前,粮库中的温湿度检测,基本上是人工检测,劳动强度大,繁琐,由于 检测报警不及时,造成库储粮食损失的现象时有发生,于是,设计并研制性能价 格比较高的粮库温湿度自动检测系统迫在眉睫。由于大型粮库分布广、储量大，粮库的管理和监测难度大，基于粮库粮情检测系统上的计算机管理软件的设 计，由每个粮仓中配置的下位机将粮情数据通过无线数传模块发送给上位机，上位机将下位机的数据以曲线和表格的形式表示出来，清晰直观地显示出各仓 内温湿度状况，由上位机对粮仓进行监视，管理人员在控制室就可以看到实时 粮情数据，对粮情数据进行分析，实现粮仓管理自动化、智能化。

系统的数据采集 部分是将温湿度传感器置于仓库内部，测出仓内的温湿度值，经过放大、A/D 3 粮仓温湿度检测系统的设计 转换为数字量之后送入 AT89C51 单片机中，然后通过 8 位 LED 显示，单片机 将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处 理发送相应指令控制执行机构动作，接通或关闭各种执行机构的继电器，进而 控制干燥机、空调和风机等设备，以此来调节仓内温湿度。如此循环不断，使 温湿度值与设定值保持一致。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出声 光报警，如果有必要，仓管人员还可以根据实际的情况通过键盘或按钮来人工 修改片内存储的预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化 控制温湿度的目标。

一）系统硬件设计： ◆单片机芯片：.通过比较，选用 AT89C51 单片机来构造本系统。◆A/D 转换器：A/D 转换器采用 8 位串行控制模数转换器 ATC0809。◆ 温度传感器 ：由计算机采集“电压-时间”的数据，以发挥其实时和准确 的特点。另外，该器件价格比较低廉，也完全能满足粮仓内粮食监测的需要。◆ 湿度传感器：该器件具有不需校准的完全互换性、高度可靠性、长期稳 定性、快速响应和专利设计的固态聚合物结构，适用于线性电压输出和频率输 出两种电路，可经多路开关直接输入到 A/D 转换器。

（二）系统模块设计： ◆测控模块：检测各分机所在粮仓的温湿度数据 ◆显示模块：温度采用四位显示，湿度也采用四位显示，使测量结果更直观，便于管理人员做出决策。◆报警模块：系统采用三极管驱动的蜂鸣音报警，当温湿度严重超标或出现 火情、遇盗时，系统做出声光报警，同时记录并打印事故出现的时间、仓号、控 制点等情报，并能启动适当应急措施

2.1.4 温度传感器的分类及特点 温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额 大大超过了其他的传感器。从 17 世纪初人们开始利用温度进行测量。在半 导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN 结温度传 感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继 开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测 8 量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度 范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环 境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以 称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，温度传感器 本文温度传感器采用了接触式热电偶温度传感器，根据前文基础知可以知道 接触式热电偶温度传感器具有如下特点： 虽然它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置 放大器温度漂移的影响，不适合测量微小的温度变化，但是，由于热电偶 温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度 传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测 温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。非接触式传感器其 测温范围比较大，粮仓测温不需要这种值度，所以不宜采用，采用接触式 热电偶传感器在粮仓中测温最适宜。计算方法有： 温度测量是建立在热平衡定律的基础上的，根据温度的不同，可将温度测 量的方法分为接触式和非接触式两类。由于非接触式测温方法是基于物理的热 辐射能随温度变化的原理，用在本系统中不合理，故本系统中我将采用接触式 测温计，其中接触式测温计热电偶测温计和热电阻测温计，由于热电偶的更适 合本系统的应用且课本《检测技术及仪表》中关于这方面的知识比较熟悉，所 以综上所述，温度传感器里将用热电偶温度计。热电偶温度计的可用冷端温度补偿方法：（1）0℃恒温法（2）计算修正法；设计计算公式： Eab（t，to）= Eab（t，th）+ Eab（th，to）（3）补偿电桥法，本文主要采用补偿电桥法测温

湿度传感器的分类及特点

1、湿度传感器的分类 湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都是在基片涂覆感湿 材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发 生很大的变化，从而制成湿敏元件。

2、湿度传感器的特性：(1)精度和长期稳定性(2)湿度传感器的温度系数 湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在 0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又 有差别。(4)互换性 目前(5)湿度校正 校正湿度要比校正温度困难得多

湿度传感器湿度检测仪的主电路包括：（1）系统时钟电路；（2）系统复位电路；（3）按 键电路；（4）显示电路；（5）电源控制电路；（6）湿度检测传输及 A/D 转换电路 六部分组成。集成湿度传感器 HS15 的输出电压在 1～4V 之间随湿度呈线性变化，设计的 湿度信号采集电路如图 2.6 所示，该电路测湿范围为 0%～100%RH。由于该电路 中没有出现负压，电路主体采用差分式减法电路，精密电阻 2.4KΩ，2KΩ，用 这四个电阻可调节增益。通过 HM1500 传感器测量所得到的湿度电压信号从 IN 输 入。HS15 特别适用使用于 10～98%RH 环境的精确测量，超过上述范围将不会对 HS15 稳定性造成影响。

温度传感器 本文温度传感器采用了接触式热电偶温度传感器，根据前文基础知可以知道 接触式热电偶温度传感器具有如下特点： 虽然它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置 放大器温度漂移的影响，不适合测量微小的温度变化，但是，由于热电偶 温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度 传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测 温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。非接触式传感器其 测温范围比较大，粮仓测温不需要这种值度，所以不宜采用，采用接触式 热电偶传感器在粮仓中测温最适宜。计算方法有： 温度测量是建立在热平衡定律的基础上的，根据温度的不同，可将温度测 量的方法分为接触式和非接触式两类。由于非接触式测温方法是基于物理的热 辐射能随温度变化的原理，用在本系统中不合理，故本系统中我将采用接触式 测温计，其中接触式测温计热电偶测温计和热电阻测温计，由于热电偶的更适 合本系统的应用且课本《检测技术及仪表》中关于这方面的知识比较熟悉，所 以综上所述，温度传感器里将用热电偶温度计。热电偶温度计的可用冷端温度补偿方法：（1）0℃恒温法（2）计算修正法；设计计算公式： Eab（t，to）= Eab（t，th）+ Eab（th，to）（3）补偿电桥法，本文主要采用补偿电桥法测温。

粮仓温室度检测系统的具体设计 3.1 设计结构根据系统需求及总体的思路，设计出如下总体框图： 通过温室度传感器在粮仓内部某个面积采集相关的温室度数据，经过 A/D 转换器将模拟信号转换为单片机可识别的数字信号，单片机插上电源后就会开始 工作，对数据进行编译识别，经过单片机数据处理后，显示器将数字显示出来，对数字进行比较较真，当测得的值大于预定值则自动启动报警电路，发出报警，通知 相关人员记录相关数据。

篇3：粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案

粮食的安全储藏是国家为了备战和预防灾荒的重要战略决策,而粮库储粮监测技术又是科学保粮的关键技术之一。传统的方式是用干温度表、毛发湿度计、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材人工检测,对不符合温湿度要求的库房进行通风去湿和降温。这种人工方法费时费力,效率低,误差大。目前,国内生产的粮情监测系统品种繁多,且系统结构各异,但其监测的内容主要集中在粮库内外温度和湿度。现场检测电路和上位机的通讯大多采用RS-485,这就使整个系统抗干扰能力差,实时性和纠错能力不强,增加了节点困难。当某一通信节点出现故障时,还会影响整个系统。因此为了提高粮情监测系统的可靠性,扩大粮情监测的功能,提出了基于CAN总线的多功能大型粮仓远程监测系统。采用本测试系统对库区内每个库房的每个仓位的湿度、温度的变化情况都能自动测试,一旦出现异常现象就能及时处理,实现粮库的温湿度自动控制。

1 系统硬件设计

温湿度监测系统由上位管理主机(HOST)、USB/CAN转换器和多个智能节点组成,节点的数量由大型仓库里的粮库数量决定。一般在采用标准帧进行CAN通信时,节点不超过110个;采用扩展帧CAN进行CAN通信时,节点数量原则上无限制。整个监测网络采用总线式拓扑结构,其结构原理图如图1所示。

1.1 上位机

上位管理机采用PC机,主要完成监测网络系统的参数设置、粮库的状态查询、数据处理、粮情分析、超限实时报警和报表打印等功能。下位智能节点由单片机、数据采集电路和CAN通控制驱动电路等构成。

1.2 下位机

下位机不仅要实时监测本粮库内各个测试点的温湿度情况,并保存和显示结果,还要负责接收上位管理机的命令,根据上位机的要求上传数据。

下位机以单片机AT89S52为核心,通过扩展显示电路、数据采集电路和CAN通信模块构成一个完整的硬件体系。

1.3 USB/CAN转换器

USB/CAN转换器负责将上位机通过USB口输出的命令转换成CAN总线数据格式,再下传到CAN总线;或者将下位机通过CAN总线上传的数据转换成USB数据格式后再送到PC机,来实现对1号、2号…N号粮库的控制。该转换机简单方便,易于操作,为粮库的自动控制带来了极大的方便。

1.4 温度传感器的选择

温度传感器采用Dallas最新单线数字温度传感器DS18B20,它为 “一线器件”,体积更小,适用电压更宽,更经济。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。

CPU对DS18B20的访问流程为:首先,对DS18B20初始化;然后,进行ROM操作命令;最后,对存储器和数据进行操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程,根据DS18B20的通讯协议,需经3个步骤,每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。其作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

1.5 湿度传感器的选择

湿度传感器采用HIH3610和DS2438组合模块。图2所示为一线温湿度传感器电路,其中HIH3610是Honeywell生产的电压输出的三端集成湿度传感器,具有线性度好、精度高、性能稳定和0～100%RH非凝结态全范围可测量等突出优点。

1) 电压输出。

Vout=Vsupply{0.0062(sensorRH)+0.16} (1)

式中 Vout—从DS2438in测得的电压值;

Vsupply—实测供电电压值;

sensorRH—环境温度在25℃时的相对湿度。

2) 温度补偿关系。

RH=(sensorRH)/(1.054 6-0.002 16T) (2)

式中 RH—经过温度补偿的湿度值;

T—实际环境温度值。

图2中,DS2438是具有一线总线通讯接口的10位A/D转换器,片内包含一个高分辨率的数字温度传感器,它可用于湿度传感器的温度补偿。供电电压在2.4～10.0V之间。内部留有40字节的非易失性用户存储器。因为湿度传感器产品的参数分布具有一定的离散性,所以Honeywell公司在环境温度为25℃时对每只传感器的两点电压进行测量标定,并提供给用户作计算依据:一是电源电压为5V时,环境湿度为0%RH时的零点补偿电压输出V0;二是 氯化钠饱和溶液容器内空气相对湿度平衡点75.3%RH时的电压输出Vs。用两点电压求出相对湿度的斜率为

Slope=(Vs-V0)/75.3 (3)

sensorRH=(Vout-V0)/Slope (4)

把V0与Vs的值存入DS2438的非易失性存储器中,实测时在一线总线上读出Vout、V0和Vs,由一线总线仪表将sensorRH代入上述公式,计算出测量的实际相对湿度值RH。

1.6 显示电路

显示电路和微控制器的连接采用I2C总线,如图3所示。由于AT89S52单片机内部没有集成I2C总线模块,故采用软件模拟的方法实现I2C通讯。显示驱动器采用具有I2C总的器件SAA1064,可动态驱动4位8段LED显示器。它内部具有显存和自动刷新功能,可免去微控制器的频繁刷新任务,腾出大量时间做其他事情。

1.7 CAN通信模块

CAN控制驱动模块由CAN控制器SJA1000、光耦6N137模块和CAN驱动器82C50构成。SJA1000负责与微控制器进行状态、控制和命令等信息交换,并承担网络通信任务;82C50为CAN控制器和总线接口,具有对总线的差动发送和对CAN控制器的差动接收功能。光耦6N137起隔离作用。

1.8 通风模块

通风模块是用来调节粮库温度和湿度的关键器件。当系统测得温湿度超出标准时,启动通风机通风降温去湿,恢复标准后通风机停止。

2 系统软件设计

系统软件流程图如图4所示。

3 结果与讨论

系统装好后,可以及时对粮库的温湿度进行调整,使粮食在适当的温度下能够进行长时间的保存。在主机设定好温湿度范围之后,系统能够将粮库的状态保持在适当的条件内。CAN总线实现了多个粮库的集中控制。智能系统又使系统能够自动运行,不需要人员监控,大大节省了人力资源。

本系统根据一线总线规范提出一种一线总线温湿度传感器,一线总线主机可根据读取的湿度值、温度值及电压值经计算后得到实际的湿度值,同时可利用存储在DS2438 E2PROM中的传感器标定参数对传感器的输出值进行修正,以减少传感器标识误差。因此, 本传感器具有较高的智能化程度和测量精度。同时,由于每个传感器均挂在一条总线上,从而大大减少了布线及安装费用,使采用单总线微网技术构成的多点温湿度测量系统成为可能,因此具有广泛的应用前景。

在系统中采用的传感器DS18B20和HIH3610都能够很好地实现技术要求,而且价格便宜、质量好,是同类产品的佼佼者。温度与湿度调节方法简单,只使用通风机就可以实现对粮库的去湿和降温。此系统实现了1台PC控制机可以对区域内多个大型粮库的自动控制,每个粮库都设有一个下位机来实现温湿度的测量和调节,对于粮库面积大还采用了多点式的测量布局,从而很好地实现了对粮食的有效管理,给国家的粮食储备工作带来了极大的方便,同时也节省了人工测量的费用。

参考文献

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[2]王毅峰,李令奇.基于CAN总线的分布式数据采集与控制系统[J].工业控制计算,2000(5):53-54.

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[4]乌宽明.CAN原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000:34-44.

[5]何立民.单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993:78-82.

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[7]李标荣,张鳍札.电子传感器[M].北京:国防工业出版社,1993:210-220.

篇4：粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案

【关键词】无线传输 温湿度远程监控 系统设计

我国是农业大国，粮食的生产是促进我国经济正常发展的根本所在，其不仅属于经济问题的范畴，同时也属于政治问题。在国家中为了保证粮食存放的安全性，其库存数量要能够满足国家全年使用数量的75%，在我国由于人口众多，因此粮食的库存量相当庞大。在粮食的储存过程中为了减少其产生霉变，就需要对于进行监测。在对粮仓的监测过程中温度和湿度是重要的内容，因此设计出远程检测系统有着十分重要的意义。随着计算机技术应用范围的逐渐扩大，在粮仓的远程监测中使用无线传输技术有着十分重要的现实意义。使用传感器对粮仓中温度值和湿度值进行监测，之后使用驱动电机实现仓库的自动通风。在远程监控系统中使用ZigBee技术进行无线传输能够实现信号的快速传输，有效地解决了监控系统中存在的布线复杂和扩展能力较差的问题，实现粮仓温湿度的实时监控。

一、系统结构设计

（一）系统整体结构

在粮仓温湿度远程检测系统的设计中主要包括：温度和湿度传感器，ZigBee终端节点和协调器、远程服务器和主机等各部分，其中传感器和监测点中的ZigBee终端进行有效连接，之后和协调器之间进行通信连接，在这一过程中，协调器和上机位之间进行连接，上机位为服务器提供相应的服务，例如能够对数据的采集和传输进行有效控制，并未终端中的数据查询提供数据显示，在系统的末端为远程主机。

（二）系统硬件设计

在系统中包括终端节点、协调器和服务器三个部分。其中，终端节点包括：射频模块、供电系统和调试装置以及温湿度传感器。终端节点主要对监测到的粮仓内的温度和湿度进行有效提取，并按照一定的传输原则将数据通过传输协议传输到协调器中。协调器是由射频模块、供电系统和调试装置组成，协调器主要是对串口发送的命令进行准确接收，之后在网络中采用广播的形式发送数据，最后又服务器接收到温度和湿度的相关数据。

（三）系统软件设计

在ZigBee系统软件的设计以Z-Stack为基础，在其结构框架中主要包括：物理层、协议网络层、控制层以及设备对象和应用层组成，在不同的层面中主要通过之间的接口进行通信连接。Z-Stack是以操作系统为基础构建而成的，主要使用消息轮训机制。在系统中要对硬件系统进行初始化，之后再对 各个层面进行初始化，此时整体系统就会处于低耗状态。在进行系统的使用过程中，整个系统就会共同产生反应，转变模式，对发出的指令进行执行。

1.接口函数设计。在系统中通过异步接受装置和数字转换器进行使用是将数据采集过程中使用的数据按照需要进行选择使用，为了保证数据使用的方便性，要将异步接受装置和数字转换器进行封装设置。

2.事件处理函数设计。首先是利用协调器对采集到的数据进行处理，协调器对服务器串口中发送的数据进行接收，之后再将数据传送到终端节点内，最后发送到服务器内进行使用。其次是对终端节点数据采集任务的事件进行处理。在这一阶段中，终端节点主要是对粮仓中的温度和湿度产生的数据进行收集。

二、后台管理系统设计

在粮仓温度远程监测系统中，后台管理位于服务器的一端。在系统的使用过程中要在服务器端完成相应的系统操作，首先是向协调器发送指令和接受协调器传输的数据；其次要想网络用户提供相应的网络服务，为仓库管理人员提供数据查询的有力条件，使其能够准确控制数据采集的频率。在服务中使用java对后台管理系统进行设计。在系统的使用过程中使用访问控制的方式，提高系统使用的安全性，在前台页面中主要包括以下几个方面：

（一）登陆，在进行系统的访问过程中要使用已注册的用户名和正确的密码，只有在进入到系统后才能够进行操作。

（二）用户管理，在使用时，管理员必须要具有高级权限，在此页面中能够进行内容的添加、修改，从而保证系统使用的合法性。

（三）串口设置，在该页面中主要包括服务器中的所有串口，在使用时要保证串口波特率的合适性。

（四）采集控制，其主要是对粮仓中产生的温度湿度数据进行采集。

（五）数据查询，管理员可以利用其进行固定时间段的数据查询，在页面和后台程序实现交互后能够获得相应的数据。

在进行后台接口的设计过程中，要参照整体设计和使用功能规划，在后台管理过程中主要使用数据库和串口设计方式，同时根据数据结果绘制出相应的图形，使得监控数据一目了然。

三、结束语

在粮仓温湿度远程监控系统中使用ZigBee技术实现了对于粮仓中的温湿度数据的准确采集，解决了系统设置中存在的诸多问题，综合互联网技术，建立起了相应的后台管理系统，为仓库管理过程中进行数据的采集和数据查询提供了便利。有力的打破了对管理工作地点的限制。使用该项技术能够保证数据的正确传输，减少温度和湿度误差，保证数据传输的实时性，同时实现了低能耗，在今后的使用中，ZigBee远程监测系统将得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]李劲松，杨明，刘晓平.基于CC2430和ZigBee2006协议栈的通信模块设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（5）.

篇5：粮仓粮库环境温湿度监测系统设计方案

关键词：CC2430,Zigbee,传感器,嵌入式网络

1、绪论

1.1 本课题的研究背景及意义

粮库的防潮、防霉、防火历来是仓储工作人员的主要任务, 而这个任务的顺利完成离不开粮库内部温湿度的监测。传统的粮库管理, 是以人工的形式定期测量, 这种形式难免有一定的误差和难度, 更主要的是粮库一般面积比较大所以需要很多人工的支出, 所以这样的监测往往时间间隔比较长, 数据一般不能及时反映粮库内部的真实情况, 给粮库的日常管理带来了困扰。

1.2 无线传感器网络

无线传感器网络 (wireless sensor networks, WSN) 是一种无线网络它结合了传感器、嵌入式计算、网络及信息处理等技术。它可以实时的对各种环境或监测对象的信息进行感知和采集, 并且这些信息都可以以无线方式被传送, 并可以以自组多跳的方式传达到用户终端, 以满足人类社会越来越复杂的需求。

1.3 IEEE 802.15.4/ZigBee简介

目前, 在WSN的无线通信方面可以采用的主要有ZigBee、蓝牙、Wi-Fi和红外线等技术。其中ZigBee技术由于其自身的经济、可靠、高效的优点在WSN中有着广泛的应用前景。ZigBee技术是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率的无线技术, 它工作的频率是2.4GHz和868/928MHz。

2、粮库温湿度监测网络总体架构

2.1 网络架构设计

在网络中包含一个FFD设备即是主站设备, 为节省能耗终端节点设备选用RFD设备。其中的主站设备负责汇聚来自由各仓的数据依次存储到网络数据库当中。主站设备为每个仓建立数据表, 在后台进行数据的分析和汇总。

2.2 网络软件开发主要架构

网络软件开发方面主要负责两个方面, 一方面是数据的传输, 这个功能在汇聚节点及普通节点上都要有, 另一方面的功能是管理功能, 这个功能主要是由协调器节点负责。

汇聚节点是无线传感器网络的协调器, 它的程序实现网络的配置管理包括为新加入的节点分配地址、维护路由表、响应绑定要求、定义通信信道, 还一方面的功能就是汇聚由各结点传来的数据以传递给上位机。

2.3 实施所选方案需解决的关键问题

(1) 网络动态管理设计; (2) 数据采集流程; (3) 路由发现与多跳传输; (4) 网络安全及能量管理

3、网络硬件结构与节点设计

3.1 Zigbee节点总体设计

一个硬件节点是由控制模块、射频模块、电源、时钟和传感器构成。本课题所采用的是Chipcon公司的CC2430开发套件, 它是整合了业界领先的2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigbeeRF收发机2240及工业标准的增强型8051MCU的卓越性能的片上系统解决方案。将在下一部分详细说明。而传感器部分我们选择了SHT11温湿度传感器, 它是已校准数字输出型传感器, 对于分析和处理数据非常方便。

3.2 配置CC2430的IEEE802.15.4工作模式

CC2430将传输的数据先进行变换, 为IEEE802.15.4的数据帧格式提供硬件支持。其MAc层的帧格式为, 头帧加数据帧加校验帧, 物理层的帧格式为同步帧加PHY头帧, MAC帧的帧头序列长度可以通过寄存器设置进行改变。可以采用16位的CRC校验来提高数据传输的可靠性。发送或接收的数据帧被送入ARM中的缓存区进行相应的帧的打包和拆包的操作。

3.3 数字温湿度传感器SHT11

电源引脚的工作电压为2.4-5.5V, 传感器通电以后要一段时间越过休眠, 大概为11ms, 电源引脚之间可以增加电容实现去耦滤波;S C K串行时钟输入, 实现微处理器与传感器之间同步通讯;DATA串行数据, 用于数据读取, 它需要一个10kΩ外部电阻, 在电路中已经设计好了, 可以进行自动校验, 传输的速度跟测量的位数相关, 发布的测量命令格式的相应位表达测量的是湿度还是温度。

为获得准确数据, 可以用如下公式来进行修正湿度输出值:

温度传感器具有优良的线性特性, 可用如下公式进行温度值转换:

4、结语

本文通过讨论无线传感器网络, 以及CC2430开发套件在这个课题上的实际应用, 探讨一种在粮库内部节点较多的情况下一种无线监测的方案。通过比较多种传感器的特性和本课题的实际应用, 选择了瑞士公司的SHT11传感器, 对于它稳定性及抗干扰能力等都进行了实验验证, 最终通过实验室的设计和模拟, 结论是可以实现一种基于Zigbee的无线温湿度测量的实际应用。

参考文献

[1]王殊.无线传感器网络的理论及应用[J].北京航空航天大学出版社, 2007.

[2]马菁菁.Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究[J].武汉理工大学, 2007年.

[3]高守玮, 吴灿阳.Zigbee技术实践教程[I].北京航空航天大学出版社, 2009

[4]金纯, 蒋小宇, 罗祖秋.ZigBee与蓝牙的分析与比较.信息技术与标准化, 2004年06期