基于单片机的仓储自动监控系统设计研究

伍立坤

摘 要：现代仓储对防潮、防火、防腐、防爆等要求越来越高，传统的仓储监测需要大量人工检测进行，效率低、准确性不足、检测不够及时。文章提出了基于单片机的仓储自动监控系统构建思想，并就系统的设计进行了浅要的分析，可供仓储自动监控系统的构建参考应用。

关键词：单片机；仓储监控；系统设计

引言

在现代经济飞速发展的背景下，大量物资需要储备于仓库之中。仓储环境质量的监测，是保障物资仓储质量的重要工作，直接关系着储备物资的使用效能和安全性。在传统的仓储环境质量监测中，通常采用湿度表、温度表等测试工具进行人工检测，以获取库房温度、湿度、通风状况等相关参数。但这种人工检测的方法费时费力、及时性远远不足，且存在较大的误差，甚至因人为原因造成质量安全问题。单片机技术集成度高、成本低、功能强，与现代仪器仪表等技术结合，能有效的提升仓储监控水平，应用单片机构建仓储自动监控系统具有极高的经济价值和社会价值，能很好的满足仓储生产的需要。

1 方案分析

1.1 设计需求

某食品加工企业大型仓库主要应用于储存小麦，目前采用人工检测的方法，利用温度计、湿度計进行温度和湿度的检测，但这种人工检测的方法在检测深度和准确度上存在很大的不足，经常造成小麦腐烂、发霉、虫害等现象，同时还会耗费大量人工，急需对提升检测深度和准确度，提高检测效率和及时性。本方案拟利用单片机和相关传感器，构建智能监控系统，以满足该企业仓储监控的需要。本方案主要针对温度、湿度进行检测，满足温度、湿度的显示和报警功能。温度检测范围为-10℃～15℃，检测精度±0.5℃湿度检测范围为10%RH～65%RH，检测精度±1%RH。

1.2 温度传感器的选择

温度传感器有热电阻温度传感器和数字温度传感器两类。热电阻温度传感器利用电阻作为测量温元件，具有精度高温量范围大的特点，不过价格较高且容易被污染；数字温度传感器利用单片集成，具有成本低、精度高、无需线性化电路的特点。文章拟选用ANALOG DEVICES公司生产的AD590作为温度传感器，该传感器非线形误差为±0.3℃，测温范围在-55℃～+150℃之间，具有高精度、传输距离远、不易损坏的优点，能很好的满足本方案的要求。

1.3 温度传感器的选择

湿度传感器有开关传感器和电容传感器可供选择。如HOS-201湿敏传感器即为开关传感器，其监测范围为0RH～100%RH，工作温度在0～50℃之间，不过这类传感器无法在宽频带范围内检测湿度。电容传感器如HS1101，这类传感器利用电容器件电容量大小的变化进行湿度检测，具有响应迅速、可靠性高等优点，但其误差有可能大于1%RH。虽然在检测精度上，HOS-201更能满足本方案需要，但HOS-201在工作温度处于0～50℃之间才有较好的效果，充分考虑本方案的检测精度要求和工作环境温度范围，小于±2%RH的检测精度通过控制检测范围能满足本方案的需要，为此本方案采用HS1101湿度传感器。

1.4 信号通道结构选择

本方案需要对点温度、湿度信号进行采集传输，在信号通道结构方面，有多路并行模拟输入和多路分时模拟输入两大类。多路并行模拟输入可以根据不同的测量要求构建信号模拟量输入通道，并根据各通道的特点独立编程，每一路信号采用单独的采样保持器和A/D转换器，通过专用接口与单片机连接。多路分时模拟输入利用多路切换器进行不同采集单元信号输入之间的切换，各路信号共用一个采集保持器、一个A/D转换器，通过同一接口与单片机连接。多路并行模拟输入硬件结构复杂，硬件成本较高，但处理速度较快，软件实现容易；多路分时模拟输入硬件结构简单，硬件成本较低，不过处理速度稍慢且软件实现复杂。考虑本方案实际需要，采用多路分时信号模拟传输系统能满足处理速度的要求，其硬件结构更为简单成本较低，因此选用多路分时信号模拟输入结构。

2 系统设计

本方案基本设计思想是利用温度、湿度传感器对仓库多点温度、湿度进行采集，利用单片机的高敏感性和可控性进行温度、湿度数据的分析，做出相应的反应和动作。其基本硬件结构如下：

2.1 信号采集系统

信号采集系统包括温度采集系统和湿度采集系统。温度采集系统采用AD590做为温度传感器，该传感器使用5V直流电源供电，本系统共设24路温度信号采集，利用CD4051多路开关进行多路分时模拟切换。湿度传感器采用HS1101，本系统共设24路湿度信号采集，利用CD4051多路开关进行多路分时模拟切换。

2.2 多路开关

本系统采用CD4051作为多路开关，起到将多个模拟量输入信道通过一个公共模拟输入端分时切换输入单片机的作用。由于本系统分为温度和湿度采集两类信号的采集，因此需要分别采用CD4051，对温度和湿度两个信号模拟量进行提取。考虑CD4051只有8个通道，因此需要分别为温度采集和湿度采集各设置3个CD4051进行扩展，分别扩展为24路通道，以满足本系统的需要。

2.3 A/D转换

A/D转换主要将温度、温度检测电路所检测到的温度、湿度模拟信号转换为数字信号，传输至单片机处理的作用。本系统采用MC14433作为A/D转换器，采用5V电源供电，采用动态分时输出的方法，通过单片机P1口直接与单片机相连。

2.4 单片机及其它电路

单片机是本系统的数据处理和控制核心，本系统采用AT89C51单片机，该单片机具有32个I/O接口，2个16位定时计数器，并内置4k字节FLASH闪存器和时钟电路，能满足本系统的需要。其它电路包括键盘电路、LED显示电路和报警电路，其中键盘电路负责温度、湿度设定值的输入和修改，LED显示电路负责温度、湿度设定值和检测值的显示，报警电路负责温度、湿度超限时的报警，采用蜂鸣器和闪光报警两种方式协同进行。

2.5 软件设计

本系统软件包括键盘扫描、键码识别、温湿度显示、温湿度采样、超限报警几个部分。考虑温度和湿度的变化具有连续性和平稳性，软件系统采用分段定值滤波算法来所检测到的温度值和湿度值，以避免突发性干扰造成检测值波动过大导致误报警现象，以提高系统的抗干扰能力。整个软件系统工作流程按温湿度检测——温湿度数据处理——键盘查询——数据显示进行。系统工作时，首先读取传感器检测的温湿度数据，与温湿度预设置进行对比，当超出设定范围时利用声光报警器发出报警动作。

3 结束语

利用单片机构建仓储自动监控系统，能有效提高监控效率和准确度，降低人工投入。由于篇幅原因，本系统仅针对温度、湿度信号的采集和超限报警进行了构建。在实际应用中，还可以进一步加入通风系统、排湿系统、降温系统等，利用单片机进行温度、湿度的控制，当温度、湿度超限时自动启动相应系统进行处理，能进一步提高仓储质量。

参考文献

[1]俞荣，赵子真.单片机自动控制应用系统的设计探讨[J].机械管理开发，2010（2）.

[2]何晓晕.基于单片机的供暖系统的设计与分析[J].贵阳学院学报，2013（6）.