基于51单片机的粮仓温湿度检测

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.26.041

2018 NO.26SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于51单片机的粮仓温湿度检测

曾鹏 陈其军 段浩楠 高雁凤 许素安 陈锡爱(中国计量大学机电工程学院 浙江杭州 310018)

摘 要：随着社会科学技术发展，越来越多的产业开始实现自动化。近年来，互联网实时监控日渐普及，得到了广泛应用，本文设计了一套基于51单片机的粮仓温湿度检测系统。该粮仓管理系统根据用户所期待的温湿度对环境(粮仓)进行检测，将数据通过2.4G无线网络上传并记录在数据库，并在超出阈值时报警。关键词：粮仓管理 51单片机 温湿度检测 无线通讯 串口技术中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)09(b)-0041-03Abstract: For the large range of temperature fluctuations and pushing tube speed and temperature control matching problems, the heating system and hydraulic in the intermediate frequency bender are analyzed, transfer function of heating system and hydraulic system are established. A double closed loop controller is developed and variable integral PID method is adopted in hydraulic system control strategy. The results show that base on a double closed loop and variable integral PID control method ensures accurately control to the temperature and high-level quality to the elbows.

Key Words: Double closed loop; Variable integral PID control; Medium-frequency heating; Pipe bender

粮库是粮食仓库的简称，是存储粮食的重要方式，由粮食部门统一管理，担负着国家粮食储备、地方粮食储备、粮食流通的主渠道作用，其主要任务是完成粮食的接受、保管和调运输送等粮食流通诸环节。在粮库中，当温度和湿度变化时，会引起粮食发霉，生潮等问题，在我国北方，依然存在着将粮食存于地下库内存储方式，因此研究温湿度的控制非常有必要，在自动化时代进一步改善储存控制方式，提升水平。

我国地大物博，各地的自然环境条件不同，所以在不利于存储粮食的自然环境中，具有自动可调节温湿度的粮库更能够创造适宜存储的条件，中国各地的经济发展极其的不平衡，所以设计出具有实用价值并且采用最低的成本达到最好的效果是非常有必要的，既能节约人力成本，又可以节约制造成本，不仅可以改善贫困的地区经济状况，又

避免了资源和经济成本浪费。

1 系统整体设计

本系统由硬件和软件两部分组成，温湿度检测以及报

警装置的硬件电路系统包括温湿度信号的转换电路、单片机系统的硬件电路、LCD显示电路、串口电路、蜂鸣器电路、无线蓝牙电路等；软件部分主要是用单片机C语言进行编程，实现对信号的采集、转换、分析以及显示，在符合软硬件相适应的前提下，先进行硬件电路的设计，再进行软件编程，以及模块化设计，并对各模块进行调试，最后软硬件链解，排除故障，如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 单片机电路组成

本次使用的主要由是8051微处理器CPU、传感器、蜂

温湿度传感器发送数据至串口读取并分析ADC值判断温度和湿度数值大串口LCD显示蜂鸣器超过预定值蜂鸣器报警上位机显示图1 系统结构框图

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科技资讯2018 NO.26SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION鸣器、LCD显示屏电路构成，充分利用了该单片机的高效、便捷、数值显示精确等特点。对于测量温湿度是最好的选择。STCC51单片：由三总线(地址总线、数据总线和控制总线)、处理器(CPU)和存储器构成，处理器由运算器和控制器组成。算数逻辑单元ALU(Arithmetic󰀁Logical󰀁Unit)：主要完成算术，逻辑运算；累加寄存器A：用于存放操作数或运算结果；寄存器组：由其他的寄存器组成，主要用于存放操作数和运算结果；标志寄存器F：存放运算结果的标志(零、正负、进位、溢出等)；60kB󰀁Flash程序存储器；1kB󰀁数据Flash；2048B的SRAM；8通道10位高速ADC。

2.2 传感器电路

DHT11数字温湿度传感器上面用的是湿敏电阻，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，DHT11传感器内含一个NTC测温和一个电阻式感湿元件，并与一个8位的高性能单片机相连接，在精确的湿度校验室中DHT11传感器进行过校准，每个DHT11都在OPT内存中存了在校验室中得到的校准洗漱，检测信号的时候，在处理过程中传感器内部要调用这些校准系数，采用单线制的串行接口，使系统集成可以有较低的功耗，而且更加简单快速，信号传输距离超过20m，作为一个数字温湿度传感器DHT11具有响应快速、抗干扰强、性价比高等优点，它的性能指标如下：湿度测量范围为20％～％RH；湿度测量精度为±6％RH；温度测量范围󰀁-10℃～50℃，温度测量精度为±1℃，工作电压3.0～6V，相应时间<5s，DHT1l采用4针单排引脚封装，传感器通电后，需要等待1s，这是因为要越过不稳定的状态，在此期间不需发送指令,电源引脚(VDD、GND)之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。DHT1l引脚说明见表1。2.3 串口电路

STC15F2K60S2单片机具有两个采用UART工作方式的全双工串行通信接口(串行口1和串行口2)。每个串行口由

工 程 技 术

2个数据缓冲器、1个移位寄存器、1个串行控制寄存器和1

个波特率发生器等组成。每个串行口的数据缓冲器由串行接收和发送缓冲器构成，既可以接收数据，又可以发送数据，还可以同时发送和接收。串口1的接收和发送缓冲器共用一个地址号(99H)；串口2接收和发送缓冲器共用一个地址号(9BH)对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配，此系统选择的波特率为9600。2.4 蜂鸣器电路

蜂鸣器有“有源”和“无源”两种类型，有源是指其内部自带多谐振荡器等结构，外部只需要提供工作电压，它(内部的振荡器就工作)就能发出固定频率的声音。

本项目中使用的是无源蜂鸣器，对于无源蜂鸣器，经常采取并联一个二极管的方式，进行保护，发射极接地，使用NPN三极管，单片机输出一个高电平才能导通。2.5 LCD电路

󰀁162液晶也叫1602字符型液晶，16×02，每行14个字符显示两行。它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。󰀁

3 系统软件设计

3.1 下位机

温湿度检测系统的软件是采用模块化的设计，DHT11传感器接受温湿度信号，将温湿度信号转换为电压信号，单片机读取ADC值，将数值分析、计算，并通过串口传给上位机，上位机显示温度和湿度信号的数值以及相关曲线；当温湿度的值超过设定值时，蜂鸣器进行报警。3.2 上位机

图2位上位机窗口展示。上位机部分的设计主要用QT编程设计，分为页面的设计和函数的调用，首先在界面库中选择相应的元件，进行界面设计，之后进行程序的编写，

图2 上位机窗口展示

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工 程 技 术

表1 DHT11引脚说明

PIN1󰀁234

名称VDDDATANCGND

注释供电3~5.5V串行数据、单总线空脚，请悬空接地，电源负极

2018 NO.26SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯技术的发展，无线网络与数据的传输，蓝牙技术，视觉处理等技术，创新是第一生产力，这些技术将会在我们日常生活中运用的更加的广泛，也会推动自动化行业的快速发展，提升我国的科技技术水平。

参考文献

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本项目选用的是较为基础的界面模块，调用库中的函数并

进行相应的更改，即可得出简单的界面应用。

引用库中的函数，实现列表、曲线、以及时间变量的定义，串口功能现，打开串口，数据的删除，接受数据，查询串口，导出数据等功能。可以直观看到温湿度数据的动态变化，便于合理的控制。󰀁

4 展望

本文主要介绍了通过检测温湿度，直观看出外部温湿度的变化，达到报警的功能，控制外部温度，运用于保存粮食。测量温湿度数据，下位机通过蓝牙进行无线通信数据传输，很大程度提高了粮仓温度的可控性，随着社会的发展与进步、无线网络与数据传输技术在农业、工业方面的运用越来越广泛，例如粮食存储、大棚蔬菜、卫星导航、航空航天等，涉及广泛，在未来的社会，相信随着我们

(上接40页)

表1 实验数据

试验

1234改进手段生料带平垫圈制动弹簧生料带+制动弹簧合格率数量/件20%50%

10

80%100%

阀柱活塞上三道O型圈槽上缠加生料带；(2)在辅助阀柱活塞上加平垫圈；(3)在辅助阀杆上侧安装制动弹簧；(4)缠绕生料带，并加装制动弹簧。实验数据如表1所示。

5 结语

虽然通过这4个试验应用手段不同，效果也有差别，采用实验4的方法最佳，效果达到了100%，但目的主要都是要减小柱塞向上的力，抑制柱塞的位移。导致辅助阀柱塞有向上过大的位移，是因为膜板阻力小，经多次反复实验和探讨，最终确认为膜板的生产质量有问题，设计时弯曲度参数不正确。经与生产厂家多次交流沟通，将膜板的内外圈的高度差值减小了0.6󰀁mm，并将O型圈与O型圈槽配合精度提高一个精度等级。此后生产的F8型空气分配阀有效地控制了辅助阀漏泄问题，发生自然缓解的故障现象明显减少，F8型空气分配阀发生故障率下降50%以上，减少了工作人员维修作业量，提高了检修质量，也对列车运行调度组织具有积极影响。

大密封的同时也加大了柱塞上移的摩擦力，然后上试验台实验。

3.2 辅助阀膜板可能存在弹性复位现象

导致常用制动保压位辅助阀活塞及辅助阀杆上移过大，辅助阀产生漏泄现象。分析故障阀发现，既然辅助阀活塞及辅助阀杆向上有位移，这就说明它们上应该存在一个向上的力，虽然这个力可能很小，但是它可能导致辅助阀泄露的因素。为此我们辅助阀杆的位移量，在辅助阀柱活塞上加平垫圈，改变柱塞长度；或者减小辅助阀杆向上的力，在辅助阀杆上侧安装制动弹簧。

参考文献

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4 实验研究

4.1 实验标准

根据中华人民共和国铁道行业标准TB/T󰀁3030-2002，F8辅助阀缓解位漏泄试验，将制动管容积风缸、工作风缸、辅助风缸压力充至定压。要求：(1)用流量计检查紧急排气口，漏泄量不得大于󰀁160󰀁mL/min；(2)用肥皂水检查常用和紧急排气堵，10s󰀁内肥皂泡直径不得大于󰀁20mm；(3)用肥皂水检查两排气堵、各阀盖与阀体结合部及阀体表面均不得有漏泄。4.2 实验方法

取出任意10套不合格的辅助阀，分别采取：①在辅助

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