大學(xué)生科技創(chuàng)新項目-糧倉溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)

1、佳木斯大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項目申請書（自然科學(xué)類）創(chuàng)新項目： 糧倉溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的 研究與開發(fā) 指導(dǎo)教師： 史慶武 依托學(xué)院： 信息電子技術(shù)學(xué)院 佳 木 斯 大 學(xué) 科 技 處共青團(tuán)佳木斯大學(xué)委員會二零一一年四月二十五日制表一、項目簡介項目概況項目名稱糧倉溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)項目性質(zhì)（）基礎(chǔ)研究 （）應(yīng)用研究項目來源（）學(xué)生自主立題 （）教師指導(dǎo)選題起止時間自 2011年5月 至 2012年4月指導(dǎo)教師姓名史慶武性 別男出生年月1974.02專業(yè)電氣工程所在學(xué)院信息電子技術(shù)學(xué)院職稱副教授學(xué)歷工學(xué)碩士項目組學(xué)生成員姓名年齡性 別專業(yè)分工張旭20男電氣工程無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的硬件電路設(shè)計

2、和程序設(shè)計魯軻22男電氣工程上位機程序設(shè)計蔡鐵男21男計算機無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計；上位機與下位機通信協(xié)議設(shè)計；系統(tǒng)抗干擾方案設(shè)計姜維瑋21女電氣工程下位機硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計宋婉齡21女電氣工程下位機硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計二、研究內(nèi)容及研究目標(biāo)研究目的與意義糧食儲藏是國家為防范戰(zhàn)爭、災(zāi)荒及其它突發(fā)性事件而采取的有效措施,因此糧食的安全儲藏具有重要意義。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,我國每年因糧食變質(zhì)而損失的糧食達(dá)數(shù)億斤,直接造成的經(jīng)濟(jì)損失是驚人的。影響糧食安全儲藏的主要參數(shù)是糧食的溫度和濕度,這兩者之間又是互相關(guān)聯(lián)的。糧食在正常儲藏過程中,含水量一般在12%以下為安全狀態(tài),不會產(chǎn)生溫變,一旦糧庫進(jìn)水、結(jié)露等使

3、糧食的含水量達(dá)到20%以上時,由于糧食受潮,胚盤發(fā)芽,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”,并可能形成連鎖反應(yīng),從而造成不可挽回的損失。目前大部分糧庫還是采取人工測溫的方法,這不僅使糧庫工作人員工作量增大,而且工作效率低,尤其是大型糧庫的溫度檢測任務(wù)如不能及時徹底完成,則有可能會造成糧食大面積變質(zhì)。研究切實可靠的糧情監(jiān)測系統(tǒng)，提高糧庫規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化管理水平和糧庫的經(jīng)濟(jì)效益，可以有力地保障糧庫的安全，并為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國家的長治久安提供強有力的保障。研究內(nèi)容及研究目標(biāo) 本項目主要研究低成本、低功耗、高可靠性、容易安裝易于維護(hù)的糧倉溫濕度監(jiān)測系

4、統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如下圖1所示系統(tǒng)由上位機和下位機組成，上位機主要完成溫濕度數(shù)據(jù)的分析、顯示、存儲、打印等功能；下位機完成數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送功能。上位機與下位機利用無線模塊組成無線網(wǎng)絡(luò)，降低了有線網(wǎng)絡(luò)在安裝上的復(fù)雜度。三、創(chuàng)新點及可行性論證創(chuàng)新點1、采用低功耗的數(shù)字集成元件，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時可以降低系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護(hù)成本。2、使用無線模塊組成網(wǎng)絡(luò)，可以降低系統(tǒng)的安裝復(fù)雜度，易于維護(hù)?？尚行?、目前大部分的糧倉還是以人工測溫為主，工作量大且統(tǒng)計不準(zhǔn)，因此能夠完成糧倉溫濕度自動監(jiān)測的設(shè)備具有很大的市場空間。2、設(shè)備采用最新的數(shù)字芯片技術(shù)，大大的降低了設(shè)備成本的同時也提高了系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性，能夠滿

5、足糧食儲備行業(yè)使用自動監(jiān)測設(shè)備的要求。四、研究方案如圖1示所示，糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主要由3個部分組成：一是數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)送模塊，二是測量數(shù)據(jù)的無線傳輸，三是數(shù)據(jù)的集中顯示與處理。1、數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)送模塊 該模塊也稱為下位機，其由多片傳感器、單片機和無線發(fā)送模塊組成，采用目前先進(jìn)的集成數(shù)字式溫濕度傳感器完成對相對濕度和溫度的一體測量，傳感器測量得到的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機簡單處理之后由無線發(fā)送模塊送至無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊?？驁D如圖2所示。 圖2 數(shù)據(jù)采集及無線發(fā)送模塊2、測量數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)的可靠傳輸是糧情監(jiān)測中的一個關(guān)鍵問題。測量數(shù)據(jù)的傳輸包括2個通道，一是下位機到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的無線傳輸通道；二是無線

6、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊到上位機的串行總線RS485傳輸通道。因此，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是數(shù)據(jù)傳輸過程中的核心部件。該部分的框圖如圖3所示。圖3 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊該模塊主要完成2個功能，一是接收上位機的指令，按時對下位機進(jìn)行尋址，以完成對相應(yīng)的糧倉的數(shù)據(jù)采集，按照與下位機的協(xié)議接收下位機發(fā)送過來的溫濕度數(shù)據(jù)，另一個功能是按照與上位機的通信協(xié)議，把來自于下位機的數(shù)據(jù)通過RS485接口發(fā)送到上位機。3、上位機的設(shè)計上位機主要完成數(shù)據(jù)的集中顯示和分析，采用面向?qū)ο箝_發(fā)用戶程序，其功能包括數(shù)據(jù)讀取及顯示，報警參數(shù)設(shè)計，歷史曲線打印等。4、系統(tǒng)的工作過程下位機每30秒采集一次數(shù)據(jù)，但不是每30秒向無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送一

7、次數(shù)據(jù)，如果所監(jiān)測點的溫度或溫度的變化速率不超過規(guī)定的范圍，則溫度采集器每30分鐘向無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送一次數(shù)據(jù)，一旦所監(jiān)測點的溫度超過規(guī)定的溫度或者是溫度變化的速率超過規(guī)定的范圍，則下位機的發(fā)送周期立即縮短為每1分鐘發(fā)送一次，直至溫度恢復(fù)正常。無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將收到的數(shù)據(jù)和當(dāng)時的時間儲存在存儲器中以備用。上位機（PC機）完成顯示、報警、打印、歷史數(shù)據(jù)記錄和再現(xiàn)報表等功能。系統(tǒng)軟件可以在顯示器上開多個顯示窗口，各窗口中同時顯示不同的實時更新的內(nèi)容。一旦出現(xiàn)異常，立即報警并明確指出哪個部分出現(xiàn)異常。運行人員在監(jiān)測系統(tǒng)運行的同時也可以設(shè)置運行參數(shù)。5、系統(tǒng)的適用環(huán)境系統(tǒng)可工作的溫度范圍是-40100，系統(tǒng)的測濕范圍：0100%RH，測溫范圍：-4080 ，該系統(tǒng)可作適當(dāng)?shù)男薷?，例如增加對糧倉的通風(fēng)控制等，還可以推廣應(yīng)用于其它相關(guān)行業(yè)。五、年度計劃及預(yù)期成果年度計劃1、2011年5月至8月：調(diào)研和查閱資料。2、2011年9月至12月：完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計，進(jìn)行仿真。3、2012年1月