糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計    【摘要】為了更加精確、及時地對糧倉溫濕度進(jìn)行監(jiān)測與控制，設(shè)計了一套以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，根據(jù)溫濕度值的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，由此實現(xiàn)溫濕度的自動調(diào)節(jié)。測試結(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)簡單、實時

2、性強(qiáng)、精度高等特點。 【關(guān)鍵詞】監(jiān)測與控制；SHT15；LPC1768；糧倉 1.引言 在糧食儲藏過程中，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)糧倉內(nèi)部的溫濕度超過一定閾值時，糧食就易發(fā)霉變質(zhì)。每年由于儲藏不當(dāng)造成大量的糧食浪費(fèi)，給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以隨時監(jiān)測糧倉內(nèi)部的溫濕度變化，具有重要的實際意義。受經(jīng)濟(jì)條件限制，部分地區(qū)的國家糧食儲備庫還采用傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行糧情監(jiān)控，不及時、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，對信號進(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，由此實現(xiàn)糧倉內(nèi)溫濕度的

3、自動化控制與調(diào)節(jié)。 2.設(shè)計方案 2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求 根據(jù)糧食的儲藏條件，我國的氣候條件和目前倉庫的管理水平，通常規(guī)定糧倉溫度不超過20，濕度不超過30%RH2。 系統(tǒng)可對溫濕度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)控制。 當(dāng)儲藏溫濕度超過要求范圍時，系統(tǒng)進(jìn)行報警，以提醒工作人員及時查看溫濕度情況，在系統(tǒng)不能及時自動調(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)計方案 根據(jù)系統(tǒng)的總體要求，本設(shè)計采用如下方案：整個系統(tǒng)由LPC1768微控制器、SHT15溫濕度傳感器、LCD顯示模塊、報警器以及溫濕度調(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)儲存要求預(yù)先輸入溫濕度報警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值

4、。SHT15溫濕度傳感器監(jiān)測值傳輸給LPC1768，當(dāng)監(jiān)測到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時，驅(qū)動蜂鳴器報警，并為溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供相應(yīng)的控制信號，實現(xiàn)自動控制。 3.硬件設(shè)計 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I2C接口、512KB的Flash存儲器等，每個外設(shè)都自帶時鐘分頻器，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： 相對濕度測量范圍：0100%RH； 溫度測量范圍：-40+123.8； 相對濕度分辨率：0.03%RH； 溫度分辨率：0.01； 相對濕度測量精度：±2%RH； 溫度測量精度：±0.4； 相對濕度響應(yīng)時間：8s（type）； 溫度響應(yīng)時間：530s。 3.3 顯示模塊 TS128×64點陣液晶顯示屏的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LPC1768和SHT15提供電源。 3.5 報警模塊

7、 本設(shè)計系統(tǒng)采用聲音提示報警。當(dāng)實時溫度或濕度高于設(shè)定的上限或低于下限時，觸發(fā)報警蜂鳴器有節(jié)奏地發(fā)出警報聲，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 通過串行通訊接口UART0可實現(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 微控制器通過對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，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，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，升溫機(jī)工作；當(dāng)濕度小于20%RH時，加濕器工作；直到糧倉內(nèi)溫濕度回到設(shè)定值范圍內(nèi)。 4.軟件設(shè)計 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。 報警子程序是當(dāng)出現(xiàn)異常情況時輸出報警信號，例如濕度超過30%RH時，發(fā)出報警信號，以提醒工作人員注意，必要時采取人工干預(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。 對于SHT15，溫度測量與濕度測量的基本流程是相同的。圖4所示為讀取溫度測量值的子程序流程圖。其中，延時時間根據(jù)不同分辨率有所不同。 5.測試結(jié)果 將本系統(tǒng)用于對某糧倉內(nèi)某一天8：00到16：00期間進(jìn)行溫濕度測量，同時標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計及基于HTG3515CH模擬溫濕度傳感器的測量系統(tǒng)也在同一糧倉同一時間進(jìn)行測量，得出測量結(jié)果分別如圖5，圖6所示。 由此可以看出，本文設(shè)計的基于SHT15的溫濕度測量系統(tǒng)，其相對濕度測量精度及溫度測量精度都比基于HTG351

10、5CH溫濕度傳感器的測量系統(tǒng)高，該系統(tǒng)測量值更加精確，更適合應(yīng)用于糧倉的溫濕度監(jiān)控。 6.結(jié)論 SHT15是一款全新的含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該產(chǎn)品實現(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)、性價比高等優(yōu)點，極大地方便了在嵌入式測控領(lǐng)域的應(yīng)用。控制器采用NXP公司生產(chǎn)的LPC1768芯片，對傳感器所測溫濕度信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并對外輸出控制信號，以實現(xiàn)對糧倉的溫濕度控制。如此設(shè)計的控制系統(tǒng)實時性強(qiáng)、精度高，能達(dá)到很好的控制效果，具有較高的推廣價值。 參考文獻(xiàn) 1侯俊才，胡耀華等.數(shù)字式糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計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)的糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與研究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)計工程，2011， 19（2）：40-43. 5