智慧粮库粮情监控预警系统设计与实现

沈广浩+邓春伟+姚忠源

0、引言

粮食是关系国计民生的重要战略物资，吃饭始终是人类赖以生存和社会稳定的头等大事，保持粮食科学仓储和流通至关重要，因此，开发一个结合现代计算机技术、自动控制技术的粮管理控制系统，可以简化粮食存储管理过程，保障粮食的安全，减少人力，提高效率，这对于推进粮库管理的现代化将具有非常重要的意义。

1、研究背景

粮仓测控技术的研究始于20世纪70年代，它是科学保粮的重要技术之一，随着国家农业产业政策的不断完善，以及现代科学技术在农业生产中的应用和推广。国家粮食总产量不

断突破历史新高。但国家的粮食储备状况自建国以来却没有得到明显改善。全国80%左右的粮食仍采用原始的存储方式。初期，以铜电阻，热敏电阻作为传感器件，通过检测电阻的变化来反映粮食温度的变化.为粮食保管提供参考依据。但此工作靠人一点一点测精、效率低准确性差。

2、系统分析

本系统采用无线（有线）通信技术[1]、单片机技术和计算机数字处理技术，对粮食储备库中的粮食保管资料建立数据库，通过美国DALLAS公司生产的数字传感器18B20对粮食温度的采集，上传至计算机显示和打印温度信息及变化曲线。传输方式为无线或有线通信，粮仓与主控机房之间的最远距离不低于2千米（无线）或3千米（有线）。

本系统采用工业级元器件组装，经过检验测试能在环境温度 -40?C～+85?C 范围内工作；采取灵活的设计方案，可根据不同规模，不同仓型及用户要求进行配置。

粮管理控制系统由51单片机、温湿度传感器、液晶、无线收发模块、DS1302时钟芯片等元件组成，其中控制系统的选择是关键，控制芯片的选择既要求满足控制的需求，又要省钱、易操作，总而言之是要求性价比达到最高，以便花最少的钱来设计出性能较好的系统。控制中心不仅要处理检测到的数据，还要根据设置来发出相应的操作指令，因而是系统能自动化、智能化的关键。作为测控系统，如何获取精准的数据也十分关键，传感器在系统中是实现测量的主要环节，是测控系统必不可少的部件，如果没有传感器对信号进行准确可靠的检测，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。

3、硬件电路设计

电路的设计主要分为两大块主机电路的设计与测量单片机电路的设计，包括单片机控制电路、温度检测电路、无线收发电路、收发模块与PC机通信电路等电路。

控制系统选用AT89S52单片机，AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

4、主机与PC机的传输设计

主機与PC机的通信采用MAX232芯片，该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v，max232就是用来进行电平转换的，该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平[16]。

该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

主要特点 ：

（1）单5V电源工作；

（2）LinBiCMOSTM工艺技术；

（3）两个驱动器及两个接收器；

（4）±30V输入电平；

（5）低电源电流：典型值是8mA；

（6）符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28；

（7）ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V。

5、软件设计

系统软件设计通过VB进行开发，软件完成数据的存储、处理、数据显示、粮仓报警灯功能，软件模块包括：串口与PC机通信的设计，温湿度程序设计，液晶显示程序设计，无线收发程序设计等。

系统通过三大模块实现系统的主要功能，其中包含系统操作、基本信息、粮情检测模块。

系统操作模块主要是对系统初始值进行设置，主要包含用户管理功能、初始仓温度设置、初始前置表、生成输出位置。

基本信息管理模块主要包含粮库管理、仓库管理模块。该模块主要用于粮库基本信息的管理及其端口的设置IP，系统管理员，网络接口，延时等设置。

粮情检测是系统的主体部分，其主要功能包含显示打印、采集通信、采存定时、数据分析。

显示打印显示检测到每个粮仓，不同层、不同检测点具体温度值，并且提示最高温度及其最低温度，并且进行预警。

6、结论

本设计主要采用单片机技术、自动检测技术对粮仓管理系统进行应用设计，所设计的系统完滿完成了设计的要求，实现了设计的各项功能，具体包括：

（1）能检测到各仓库的温度与湿度，并在液晶上显示；

（2）能利用按键设置临界值，当超过之后会自动报警并提示是那个房间那种值超标，然后自动采取相应的措施来除湿与降温保持仓库的良好环境；

（3）能通过无线发收模块将检测到的值传到电脑上，可以通过界面来监控粮仓的情况；

（4）能利用按键来查阅某段时间的温湿度，更好了解仓库温湿度的变化情况；

（5）通过时钟芯片，能设置时间与显示；

通过多次的检测、测试，证明粮仓管理系统的设计比较稳定，各个功能都能按照我们的设想进行工作，有比较好的智能化与自动化，能利用一台主机对多台分机进行监测，粮仓管理系统的应用，大大缓解了粮食仓储的压力，它能及时、准确、快速地反映粮堆温度、湿度的变化情况，既省时又省力。

参考文献

[1]周航慈.单片机应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，2011.

[2]何希才、虹敏.传感器应用接口电路[M].机械工业出版社，2010.

[3]刘笃仁、韩保君.传感器原理及应用技术[M].机械工业出版社，2013.8.

[4]康华光.电子技术基础.高等教育出版社[M]，2013.6.

[5]<美>M考夫曼、AH塞德.电子计算手册[M].国防工业出版社，2012.