粮库监控系统设计及测试

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇粮库监控系统设计及测试范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：本论文主要设计一个粮库粮情监控系统，整个系统可以分为电源电路模块、温度传感器模块、单光束反射式红外光电传感器模块、数字显示模块、无线传输模块、控制芯片模块、报警模块与软件程序模块，并对各模块选用上进行了充分论证。基于该粮情监控系统，我们对其进行了系统测试与数据分析，并通过实验获得的数据论证了该粮库粮情监控系统的可靠性。

关键词：粮库监控 温度传感器模块 红外光电传感器模块 控制芯片模块 测试

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0032-02

粮食是人类的生存来源，是国民经济的基础。粮食安全储藏对于国计民生与社会稳定来说有着极其重要的现实意义。为了及时了解粮库中粮食的储备状况，以及对粮食储存状况进行管理和监控，相关工作和管理人员需要定时对检查粮库中剩余粮食的各项指标（例如：温度、湿度等等），以防止因为外界因素而导致粮食霉变的情况发生。利用分布在粮库中的不同传感器，现代粮食粮情监控系统可以有效对粮库的各项指标以及粮食的有关物理参数进行监控，并对获取的数据进行储存，同时根据设置的报警系统，进行分析，提醒管理人员采取相应措施。该监控系统不仅节省了粮库管理人员的手工作业，同时可以了对粮情数据进行有效的管理，确保了粮库粮食的安全储存。

1 电源电路模块

电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。一般选择稳压电源电路，在电源的选用上需要满足能够稳定、持续输出电能，且电路简单易控制。目前较为普遍采用的有开关电源稳压器、LM25763A开关型降压稳压器与LM317三端可调稳压器。其中开关电源稳压器一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成，为目前主导产品，但缺点是电源电路较为复杂，不易控制，调试耗时长；LM25763A开关型降压稳压器虽然能够输出多种稳定电压，且具备良好的线性与负载调整能力，但其电路系统也较为复杂。

相对前两种方案而言LM317三端可调稳压器使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，内置设有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常情况LM317三端可调稳压器不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317三端可调稳压器输入端的连线超过150 mm。另外LM317三端可调稳压器还有许多特殊的用法，比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317三端可调稳压器的极限就行（注意避免输出端短路），还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出，因此较为适宜用于本粮库粮情监控系统。

2 温度传感器模块

结合目前应用最实用最广泛的温度传感器，我们选用DS18B20作为本次粮仓监控系统的数字温度测量芯片，它的特点具有独特的单线接口方式，只需一个接口引脚即可通信，每一个DS18B20芯片都有一个唯一的64位ROM序列码，在使用中不需要任何元件，可用数据线供电，电压范围：+3.0 V+5.5 V，测温范围：-55 ℃～+125℃。在-10 ℃～+85 ℃范围内精度为+0.5 ℃，分辨率为0.0625 ℃，通过编程可实现9～12位的数字读数方式。温度转换成12位数字信号所需时间最长为750 ms，而在9位分辩模式工作时仅需93.75 ms，用户可自设定非易失性的报警上下限值，告警搜索命令可识别和定位那些超过报警限值的DS18B20芯片，多个DS18B20芯片可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。当电源极性接反时，DS18B20芯片不会因发热而烧毁，而只是不能正常工作；封装后的DS18B20芯片可用于多种温度监控场合，且耐磨耐碰，体积小，封装形状可以多样化，使用方便，适用于各种空间设备数字测温和控制领域。

3 单光束反射式红外光电传感器模块

光电传感器其原理是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器一般有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。在这要强调的是检测放大电路是整个系统的眼睛，产品的灵敏度高低，性能得好坏与放大电路直接相关。因此一定要处理好检测放大电路。对于信号的接收，由于主要是检测人的到访情况，故本次设计采用单光束反射式红外光电传感器。其工作原理是当有人入侵时，传感器接收端就可以接收到红外信号，引起相应电平变化；当没有人时，传感器得接R3收端就不能接收到信号，就不能检测到盗情。单光束反射式红外光电传感器的特点具有信号输出指示、单路信号输出、反射距离可精调，其检测有效距离为4～130 mm，采用此系列的红外传感器足够粮仓监控系统的设计。目前使用较多的有ST178、ST188等光电传感器，其特点都在于体积小、灵敏，可以根据粮库具体面积选用响应距离不同的光电传感器。

4 报警模块

为了避免粮库在噪声过大的时候报警声音过小，影响报警作用。粮库在实际进行粮食运输时会产生大量噪声，因此针对这种情况，本设计选用了ULN2003APG作为声音放大的驱动芯片，LN2003APG的双列16脚封装的晶体管阵列驱动电路，当最大驱动电压为50 V时，I=500 mA，Ui=5 V，适用于TTLCOMS电路，由达林顿管组成驱动电路。其内部由7组达林顿晶体管陈列和相应的电阻网络以及钳位三极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力。

5 数字显示模块

结合整个系统的协调性，方便操作的特性，选用彩屏触摸数字显示模块，其参数为3.2寸的26万色彩屏触摸模块自带触摸屏及触摸控制芯片240×320像素，默认i808016位并行接口，可选8位并行接口方式。转接板上R7开路是选择16位模式，R7短路的时候是选择8位模式，可以直接用STM32等系统驱动。

6 无线传输模块

在粮仓监控设计中，为了满足网络节点对低功耗需求，采用了低功耗的微处理器C8051F920，并采用了通信距离较远的射频芯片SI4432以达到简化系统设计。为了确保系统中各个节点的有效通信，参考了IEEE802.15.4和其它一些专为无线网络开发的通信协议后，针对粮库现场环境设计了一个简单可靠的通信协议以保证网络节点的通信，采集到的粮仓温度和湿度数据上传至上位机保存，最后上传至网络服务器供随时查询。

7 STM32最小系统控制芯片模块

控制芯片模块采用ST公司生产的STM32作为本系统的控制芯片。ST公司的STM32系列芯片采用了ARMCortex-M3内核，其分为两个系列。STM32F101系列为基本型，运行频率为36 MHz；STM32F103系列为增强型，运行频率为72 MHz。STM32全系列芯片都具有引脚到引脚一一对应的特点，并且相同封装的内部资源均相同，这就给用户升级带来很大方便。但是STM32F1

03ZET6系列除新增的功能强化型外设接口外，STM32F103ZET6互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，STM32F103ZET6除标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s模数转换器（交错模式下2-Msample/s）、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口，共设有12条DMA通道，还有一个CRC计算单元，像其它STM32微控制器一样，支持96位唯一标识码。STM32F103Z

ET6微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点，同时启动电路使用STM32内部生成的8 MHz信号，将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒，根据以上特点，本系统选择STM32F103ZET6作为最终的控制芯片。

该系统的整机框图如图1所示，稳压电路向整个系统提供稳定的工作电压，保证系统测试精度不受电源波动。

8 系统测试及数据分析

测试之前，对系统电路进行检测，并调试或设定各个参数，待调试完毕后可开始系统测试与数据分析。调式的过程先打开电源开关，按下系统板的复位键后，进行界面校准，界面校准后，设置温度为18 ℃，接着可以看到温度传感器的五个控制点，测试时，用手捂住1号温度感应器，过一定时间后，若发现报警器开始报警，触摸屏上显示1号温度感应器出现异常，表明该段区后域内的粮食出现发烧情况，接着可以观察到有4对单射式红外发射器，测试时，用手掌将其中3号红外发射器中间位置遮挡，过一定时间后报警器开始报警，触摸屏显示3号位置出现异常，表明该区域有目标接近，粮库管理人员可采取相应措施。按照上述方式进行了12 ℃的温度设置及参数测试，结果见表1。

系统预期设定所得粮情监控情况如表1所示。

由表可以看出当设定温度为不同温度时，分别对5个温度感应器的温度进行控制，当温度高于预期设定的温度值后，报警器开始报警。触摸屏上显示，该段区域的温度预警信息。同时还可以看到通过无线网络通讯的监控结果与即时报警结果相一致。

9 结论

粮仓粮情监控系统能够实现粮仓内温度监控及外来目标活动情况，并及时作出反应，实现粮食储存过程中的有效管理，整个系统不仅实现了预期设定的各项要求，而且每项指标的测试精度都达到了其预定要求。

参考文献

[1] 楼然苗，李光飞.MCS-51系列单片机设计实例[J].单片机与嵌入式系统应用，2003（2）.

[2] 樊建明，陈渊睿.基于SHT11的温室多点测量系统设计[J].国外电子测量技术，2006（11）.