1、本科毕业设计基于单片机的粮库温湿度智能监控系统设计Based on MCU intelligent monitoring system design of grain depot temperature and humidity学 院（系）： 机械电子工程学院 专 业： 测控技术与仪器 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： Eastern Liaoning University基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计- -摘 要粮食的储藏是为了防备一些突发性事件而采取的措施，比如一些自然灾害。“民以食为天”，粮食是人
2、类生存的必要物品，对我们来说，粮食的重要性不言而喻。想要生存就离不开它。所以采用高科技的技术来保证粮食的安全有着非常重要的社会意义和经济价值。每当粮食收获的时候，各个粮库的监控工作的压力是非常的巨大，如若管理不当，损失是非常大的。粮库中温、湿度是能否保证粮食安全储存的重要因素，因此，温度和湿度的监控对保护粮食有着重要的意义，所以，设计性价比高的粮库温湿度智能监控系统已经到了急如星火的地步。本系统是基于单片机的粮库温湿度智能监控系统，为的是保证存储粮食的安全，所采用的单片机是 AT89C52，此单片机作为温、湿度智能监测系统的核心控件，以SHT11 为温、湿度的测量装置，SHT11 是一款当前比
3、较先进的数字式的温湿度传感器，LM016L 为显示元件，报警装置由蜂鸣器和 LED 灯组成。当传感器检测到的温、湿度值不在预设范围内，可实现声、光实时报警，并控制相应继电器，使执行部分做出相应处理，让粮库中的温、湿度值维持在设置范围内。系统设计了按键模块，当因一些现实存在的因素而需要改变系统控制的温、湿度范围时，可由按键修改，LCD 显示模块可实时显示采集的温湿度值。关键词：单片机；智能；温度；湿度基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计- I -Based on MCU intelligent monitoring system design of grai
4、n depot temperature and humidityAbstract Grain storage is measures to guard against some unexpected events, such as some natural disasters. “The feed with food first“, food items are necessary for human survival, for us, the importance of food is self-evident. Want to live without it. So scientific
5、and protection has important social significance and economic value.When there is a harvest, each grain monitoring work pressure is very big, if poorly managed, the loss is very big. In the grain depot temperature and humidity is one of the important factors to ensure food security storage, therefor
6、e, the monitoring of temperature and humidity is of great significance to protect the food, so the design performance of grain price higher temperature and humidity intelligent monitoring system is imminent.This design is integrated the detection and control of single-chip design of grain depot temp
7、erature and humidity. System is adopted by the single chip microcomputer AT89C52, the single chip microcomputer as the core of the intelligent temperature and humidity monitoring system controls, with digital temperature and humidity sensor SHT11 temperature and humidity for detecting element, LM016
8、L for display components, alarm device is composed of buzzer and LED warning lights. When the sensor detects the temperature and humidity value is beyond the scope of the preset, which can realize real-time sound and light alarm, and control the corresponding relay, makes the executive part accordin
9、gly, keep grain depot temperature and humidity value in the range of Settings. This design can also be through the threshold button to change the temperature and humidity, LCD display module can be real-time acquisition of temperature and humidity values.Key Words：MCU；Intelligence；Temperature；Humidi
10、ty基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计- II -目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论.11.1 研究背景.11.2 粮库监控系统国内外现状以及发展趋势.11.3 本设计主要工作内容.12 系统总体设计.32.1 系统硬件电路设计.52.1.1 温湿度检测模块.52.1.2 单片机控制模块.82.1.3 报警电路模块.112.1.4 显示模块.122.1.5 继电器模块.132.1.6 按键模块.142.2 系统软件设计.152.2.1 主程序设计.152.2.2 温湿度子程序设计.162.2.3 报警子程序设计.173 PROTEUS 仿
11、真 .193.1 本设计仿真结果.193.2 仿真案例.194 总结.21参 考 文 献.22附录 A 系统电路图 .23致 谢.24基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计01 绪论1.1 研究背景人类生存离不开粮食，温度和湿度是能否保护好粮食的关键因素，想要保护好粮食，就需加强粮库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法弊端很多，也是因为过去科技落后，在检测部分，我们只能使用温、湿度计来测量粮库的温度和湿度，这种做法不但精度低，实时性也很差；在控制部分也只能人为的进行一些操作来控制粮库内的温、湿度。这样的做法费时、费力、效率还不高，而且检测的温、湿度误差很大。
12、随着科技越来越发达，我们可以使用造价低、控制方便并且检测准确的粮库温湿度智能监控系统，实现对粮食的储藏。1.2 粮库监控系统国内外现状以及发展趋势随着科技的迅速发展，计算机技术、传感器技术也是越来越发达，粮库监控系统的应用也越来越广、越来越完善。从 1978 年的电阻式温度传感器到 1990 年的应用了半导体、热电偶的传感器再到如今的集信号检测、变换和 A/D 转换于一体的数字式传感器；从测量精度低、速度慢到现在的测量精度高、更是做到了实时测量；从需要人为的操作到智能自动控制。这一切都说明了粮库的监控系统是愈发的完美了。近年来，随着单片机功能的壮大，人们对粮库监控系统的要求也是越来越高，寻找对
13、粮库监控系统来说性价比高的单片机、传感器等元件成了研究的热点。在国外的一些发达国家，高科技的数字式温、湿度传感器在粮库监控系统方面已经得到了广泛的应用，在这方面的取得的成就也比较理想。由于此种传感器的输出是以数字式的形式，在传输过程中不必再担心会受到干扰，不必再担心远距离传输而导致检测精度会降低，从而很好解决了曾经普通的温、湿度传感器的弊端问题。我们国家在温、湿度测控技术这方面的研究比较晚，但我国研究人员在学习发达国家温、湿度技术的基础上，也研究出了属于自己的温、湿度监控系统。当今社会下，随着科学技术的越来越发达，单片机技术得到了迅速的发展，以致以单片机作为核心的控制系统也变得越来越完美，在各
14、个领域也已经得到了广泛的应用。1.3 本设计主要工作内容本次设计的目的是保护储存粮食的安全，系统的核心是单片机，它控制本系统的各种功能，所以它的选择是非常重要的，在这里我选用的是 AT89C52 单片机，这款单基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计1片机对本系统的性价比很高，其功能也满足本系统，在软、硬件方面的设计也比较简单其本身也是一款低功耗、高性能的单片机。温、湿度传感器是本设计的检测装置，传感器的优劣关系到系统的优劣，为了解决远距离传输的情况和传输过程中受干扰而致使精度降低的情况，在这里我选择了数字式温湿度传感器 SHT11，此传感器可以直接将所检测的
15、温、湿度值转化为数字量的形式输出，送到 AT89C52 单片机中。单片机对信号进行处理，当检测到的温、湿度值超过阈值时系统可以实现自动报警，并控制继电器做出对应的控制，使温、湿度值在设置范围内，达到自动控制的目的。其中，控制的方法是采用设定报警阀值，当检测到的温度值过低时，系统启动报警装置，即指示灯亮、蜂鸣器响，单片机控制升温继电器吸合，加热装置开始自动工作；当测量到的温度过高时，单片机控制降温继电器吸合，风扇或者是其他的降温装置开始自动工作；当检测到的湿度值过低时，单片机控制加湿继电器吸合，加湿装置开始自动工作；当检测到湿度过高时，单片机控制除湿继电器吸合，除湿装置开始自动工作；当检测到的温
16、、湿度值均在设置范围内时，继电器是处于断开状态。本系统采用LM016L 作为显示元件，这款液晶显示器在功能上满足本系统要求，本身具有低功耗、寿命长、无辐射等优点，在显示这个领域它已经是被广泛的应用。显示部分会实时显示温、湿度值。系统按键模块可根据需要更改阀值。基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计22 系统总体设计本系统的核心是单片机 AT89C52，设计的目的的保护存储粮食的安全。系统中的测量部分是将数字式的温湿度传感器 SHT11 置于粮库中，让其检测粮库中的温、湿度，此传感器可以直接将所检测的温、湿度值转化为数字量的形式输出，送到 AT89C52 单片
17、机中；单片机对接收到的温、湿度值进行一系列的处理，即单片机把传感器采集到的温度和湿度值与所设阀值进行比较，对比较的结果进行处理，如果温度和湿度不在设定的范围内，系统先启动报警装置，使报警模块工作，并控制继电器，使相应设备调节粮库内的温、湿度，让其变化到设定的范围内。LCD 实时显示温、湿度值。本设计的研究方法和思路如下：1） 预设控制范围：考虑到地区的天气等原因对粮库内存储的粮食的影响，再根据粮库内粮食能维持安全所需的温、湿度，设置出系统控制的阀值。2） 信号的采集与处理：传感器对粮库内温、湿度进行测量，将其所测得的温湿度值送入到单片机中，单片机对其进行一系列的处理，液晶显示器会显示当前的温、
18、湿度值，供管理员检测。3） 单片机实现控制：单片机将设置温湿度值的上、下限值与传感器所检测的粮库内的温湿度值进行比较，根据结果做出处理，吸合或断开各种继电器，进而控制空调等一些控制温湿度的设备，以此来调节粮库内温湿度，使其与设定值保持一致。4） 范围可调：由于粮库所在地区不同，环境气候等因素也不同，对粮库内粮食正常保存所需的温、湿度也不尽相同，所以设计按键或者按钮模块，可手动调节系统对温、湿度的控制范围。系统总体框图如图 2.1 所示： 基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计3开 始SHT11 检测温湿度是否超限？启动声、光报警控制继电器结 束单片机AT89
19、C52显示图 2.1 系统总体框图是否基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计42.1 系统硬件电路设计2.1.1 温湿度检测模块（1）传感器的选择随着科技的迅速发展，传感器方面的技术的发达，温、湿度传感器也从曾经的传统模拟式的传感器发展到了现在的数字式的、将温度检测和湿度检测合为一体的传感器。在现在有的较先进的传感器就我所知道的就有 DHT11 数字式温湿度传感器和 SHT1 X 系列的数字式温湿度传感器，它们的性价比高、应用方面也特别的广，在此我考虑到本设计对传感器的功能要求以及设计仿真的难易程度，我选择了数字式的温湿度传感器 SHT11，此传感器集成度高
20、，也满足本设计的全部要求，它除了是以数字式的形式输出信号外，还具有免外围电路等特点。本系统采用数字式温湿度传感器 SHT11 作为测量的元件。（2）传感器 SHT11 简介1）SHT11 的引脚功能引脚图如图 2.2 所示。图 2.2 SHT11 引脚图各引脚的功能如下：GND-接地；DATA-数据线；SCK时钟线；VDD电源线；NC未连接。2）SHT11 的工作原理基 于 单 片 机 的 粮 库 温 湿 度 智 能 监 控 系 统 设 计5对于 SHT11 这个传感器，它是一总集成度很高的传感器，在信号的检测方面，它的内部包含了温度和湿度的检测，温度的检测是靠内部的温敏元件，湿度的检测是靠内
21、部的湿敏元件；而且这个传感器会对本体检测到的温度和湿度进行一系列的处理，其过程是首先将两个敏感元件所检测到的以电信号形式存在的温度和湿度进行放大处理，放大处理是靠内部的放大器来完成的，放大后的以电信号存在的温度和湿度经过内部的 A/D 转换器转换成数字式的温度和湿度，最后再以二线串行的方式输出数字式的温度、湿度值。在本系统中，AT89C52 单片机对数字式传感器 SHT11 的控制是通过表 2.1 所示的代码实现的。表 2.1 SHT11 控制命令代码命令代码 含义00011 测量温度00101 测量湿度00110 写内部状态寄存器00111 读内部状态寄存器11110 复位命令其他 保留3）温度和湿度值的计算湿度线性补偿和温度补偿数字式温湿度传感器 在检测后对温湿度的输出过程中，是通过引脚 11 脚直接输出的数字量的湿度值，但这个值并不是粮库中准确的湿度值，我们2 称这个湿度值为“相对湿度”，为了得到更为准确的湿度值，需要通过式 2.1 进行修正，也称其为湿度值的补偿，公示如下式 2.1：（2.1）=1+2+32式中： _经过补偿后的湿度值，这个值就作为粮库中的湿度值，较为准确；_相对湿度测量值；_线性补偿系数；1_线性补偿系数；2
