1、本科毕业设计（论文）（20 届）远程粮仓湿度监测系统设计与实现上位机系统所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期目录摘要 IIIAbstractIV第一章 绪论 11.1 引言 11.2 现状 11.3 意义 11.4 技术路线 2第二章 湿度及湿度传感器 HS110132.1 湿度 32.1.1 湿度的基本概念 32.1.2 湿度对人类影响 32.1.3 湿度监测方案 32.2 湿度传感器 HS110142.2.1 简介 42.2.2 原理 4第三章 虚拟仪器 LabVIEW63.1 虚拟仪器 63.2 LabVIEW73.2.1 VI 的组成 73.2.2 LabVIEW 选
2、板 8第四章 总体设计 94.1 系统设计 94.2 上位机设计 94.3 数据通信 104.4 软件工作流程 10第五章 详细设计 115.1 前面板的设计 115.2 程序框图的设计 125.2.1 串口配置模块 135.2.2 读取串口 155.2.3 数据同步 175.2.4 湿度显示模块 195.2.5 显示下位机测试地点 19第六章 调试与实现 206.1 VI 调试 206.1.1 串口配置 206.1.2 串口读取 216.1.3 数据处理 226.1.4 LabVIEW 调试 226.1.5 数据查看 236.2 实物实现 24第七章 总结与不足 28参考文献 29附录一 上
3、位机 VI 源代码 30附录二 上位机前面板 31致谢 32远程粮仓湿度监测系统设计与实现上位机系统摘要粮食关系着民生，由于湿度的不适，造成大量的粮食浪费，给国家和人民造成了巨大的经济损失，粮仓的性能成为了粮食质量的决定因素。粮食的储藏对环境湿度的要求较高，因此对粮仓的湿度监测非常必要。本设计的目的就是研究设计一个能实现异地粮仓湿度监测的远程分布式集散系统，以替代传统的人工监测手段，降低粮食储藏成本。远程粮仓湿度监测系统采用单片机与虚拟仪器 LabVIEW 相结合的技术来进行湿度监测。系统利用基于微控制器 MCU 技术的湿度监测系统对湿度数据进行采集，再将数据传输到计算机中通过虚拟仪器 VI
4、进行数据处理与显示，本系统具有控湿精度高、价格低、简单灵活、智能化、可实时监控等优点，相信本系统具有广泛的应用领域。本文主要负责远程粮仓湿度监控系统的上位机软件设计，由 USB 串口传输过来的数据包传输给电脑，电脑基于虚拟仪器 LabVIEW 软件将数据分析和数据处理，并将其波形图，频率，湿度值显示出来，以供给用户读取，知道粮仓的湿度，更好的保护好粮食。关键字：LabVIEW；虚拟仪器；上位机；数据采集Design and Implementation of Remote Measurement System of Granary HumidityUpper Computer System A
5、bstractRelationship with the peoples livelihood and food, the discomfort due to moisture, causing a lot of food waste to the country and the people has caused tremendous economic losses, the performance of the granary as determinants of food quality. Food storage on the environmental humidity are hi
6、gher, so the granary of the humidity detection is necessary. The purpose of this design is to study the design of a granary and humidity to achieve remote monitoring remote distributed distribution system to replace the traditional manual testing methods, lowering the cost of grain storage.Granary a
7、nd humidity monitoring system using remote MCU and LabVIEW virtual instrument technology to a combination of the humidity detection system MCU microcontroller-based humidity detection technology and humidity data acquisition system, and then transfer the data to the computer through the VI virtual i
8、nstrument Data processing and display, this system has high precision humidity control, low price, simple, flexible, intelligent and real-time monitoring etc., that The system has a wide range of applications. This article is mainly responsible for the granary humidity control system of the remote h
9、ost computer software design, the USB serial transmission of data packet transmission over a computer, computer software based on LabVIEW virtual instrument data analysis and data processing, and its waveform, frequency, humidity display Out to supply the user to read and know the granary of the hum
10、idity, better protect food. Keywords: LabVIEW, Virtual Instrument, Upper Computer, Date Acquisition第一章 绪论1.1 引言粮食的安全存储是关系到国计民生的战略大事，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值。粮食在存储期间，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓内的湿度会发生异常，这极易造成粮食的腐烂或发生虫害。目前我国的粮食仓储存在安全且保质保量储藏难度大等弊端。为保证粮食仓库具有一个正常的湿度环境，有必要对仓内湿度，包括粮食里面的湿度进行监测。同时湿度也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，像化
11、工电子行业，潮湿是电子产品质量的致命敌人，绝大部分电子产品都要求在干燥条件下作业和存放。还有食品工业，药品行业等等。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对湿度的分析监测就非常有必要了。所以，环境湿度的分析监测的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。1.2 现状湿度关系着我们生活的方方面面，湿度监测系统在化工电子，食品行业，药品行业等方面，应用越来越广泛，面对着工业、农业等行业对湿度监测的日益需求，对湿度监测系统精确性的严格要求，为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强湿度的监测工作，在这种新形势的要求下，湿度
12、的测试方法油然而生，常见的湿度测量方法有：动态化（双压法、双温法、分流法） ，静态法（饱和盐法、硫酸法） ，露点法，干湿球法。这些方法存在测量误差较大、设备复杂、成本较高等缺点，因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的湿度监测系统。1.3 意义随着科学技术的不断进步，电子式湿度传感器法的出现克服了传统湿度测量方法误差较大、设备复杂、成本较高的缺点，湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数监测的方向迅速发展，为开发新一代湿度监控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平，并不断向前发展。本课题的主要意义就在于让我们将所学的知识很好的应用，由下位机产生湿度数据包传给上位机
13、，借助于 LabVIEW 软件平台，实现与计算机的串口通信以及建立非接触测量的概念等知识良好应用到毕业设计中，方便快捷地提供给用户关于湿度的信息。1.4 技术路线虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。本课题要做的是用 LabVIEW 软件开发出虚拟仪器，将下位机传来的频率数据传送到计算机中，计算机运行 LabVIEW 软件，并调用虚拟仪器 VI，配置串口，读取数据、数据进行
14、同步等，并将用户所需要的数据形象的显示出来。下位机湿度测量系统做好硬件实物后，将实物与计算机用串口连接好后，再在计算机中启动 LabVIEW 软件，调用虚拟仪器 VI，调节好参数启动即可实现远程粮仓湿度监测 1。第二章 湿度及湿度传感器 HS11012.1 湿度2.1.1 湿度的基本概念湿度，表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。空气的干湿程度叫做“湿度” 。若表示在湿蒸汽中液态水分的重量占蒸汽总重量的百分比，则称之为蒸汽的湿度。空气湿度是指空气潮湿的程度，可用相对湿度(RH)表示。相对湿度是指空气实际所含水蒸气密度和同
15、温下饱和水蒸气密度的百分比值。常见的湿度物理量有绝对湿度、相对湿度、露点等。所谓绝对湿度就是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，即空气中的水汽密度 2。2.1.2 湿度对人类影响在任何气温条件下潮湿的空气对人体都是不利的。研究表明，湿度过大时，人体中一种叫松果腺体分泌出的松果激素量也较大，使得体内甲状腺素及肾上腺素的浓度就相对降低，细胞就会“偷懒” ，人就会无精打采，萎靡不振。长时间在湿度较大的地方工作、生活，还容易患湿痹症；湿度过小时，蒸发加快，干燥的空气容易夺走人体的水分，导 致 人 的 皮 肤 弹 性 下 降 ， 加 速 皮 肤 衰 老 ， 出 现 表 皮 粗 糙 、 细 胞 脱 落 等
16、 现 象 ，一 定 程 度 上 降 低 了 皮 肤 抵 抗 病 菌 的 能 力 。 我 国 南 方 妇 女 皮 肤 细 嫩 、 光 润 ， 主 要 原 因之 一 是 南 方 相 对 湿 度 高 。另 外 ， 湿 度 对电子工业、生物学、农业与林业、建筑、化工行业、冶金行业、电力行业、国防军工领域等都有重大的影响。2.1.3 湿度监测方案现代湿度测量方法最主要的有两种：干湿球测湿法，电子式湿度传感器测湿法。干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。其维护相当简单，应用中，只需定期给湿球加水及更换湿球
17、纱布即可。干湿球测湿法相比电子式湿度传感器，不会产生老化，精度下降等问题。在高温及恶劣环境下，干湿球测湿法是明智的选择。电子式湿度传感器是采用半导体技术，因此对使用的环境温度有要求，超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。两种湿度监测方法的相比，不难发现：电子式传感器测湿法具有精确度高、更加直观、易于控制等特点。另外，前者可外加 LabVIEW 等数据处理显示软件来构成一个智能监测系统，使读者更能直观的看到湿度值，使用上更加方便。因而本课题采用电子式传感器测湿法进行系统设计。2.2 湿度传感器 HS11012.2.1 简介湿度传感器
18、HS1101 基于独特工艺设计的电容元件，湿度传感器可以应用于办公自动化、车厢内空气质量、粮仓性能控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他，也可以得到很大的应用。现代专用湿度传感器和测湿仪表有：高温测湿用的湿度传感器及测湿仪表、高湿测量用的湿度传感器及测湿仪表、固体表面凝聚水量的测量技术及仪器、微区空间测湿用的湿度传感器等。湿度传感器 HS1101 实物图如图 2.1 所示：图 2.1 湿度传感器 HS1101 实物湿度传感器 HS1101 在标准环境下不需校正、可用于线性电压或频率输出回路、反应时间快、其精确性比其它传感器高，全互换性，在标准环境下不需校正长时间饱和下快速脱湿可以自
19、动化焊接包括波峰焊或水浸高可靠性与长时间稳定性专利的固态聚合物结构可用于线性电压或频率输出回炉，快速反应时间而且其价格相对其它传感器要便宜，其实用价值和性价比高。2.2.2 原理HS1101 湿度传感器充当振荡电容，电容值随着空气湿度的变化而变化，用 555 集成电路组成振荡电路，因此将电容值的变化转换成频率的变化，完成湿度到频率的转换。这一模块实现的功能是完成湿度到频率的转换，完成频率数据的采集功能。湿度频率关系（参考 6208Hz 为 55%RH/25）空气相对湿度与 555 芯片输出频率存在一定线性关系。表 2.1 给出了典型频率湿度关系（参考点：25，相对湿度：55%，输出频率：6.2
20、08kHz ） 。可以通过微处理器采集 555 芯片的频率，然后查表即可得出相对湿度值。为了更好提高测量精度，将采用下位机负责采集频率，将频率值送入上位机进行分段处理，式中 RH 为相对湿度值。参照频率湿度关系表 2.1，用户就可以更好的知道此刻的湿度值及湿度变化曲线 3。362835()()1.038.9610.1403.401)mesFHz RHRHRH表 2.1 频率湿度关系（参考 6208Hz 为 55%RH/25）RH 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Frequency 6852 6734 6618 6503 6388 6271 6152 6029 5901 5766 5623
