基于STM32的粮仓粮情监测仪系统设计①

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摘要：本次设计采用ST公司的STM32F103ZET6作为控制芯片，通过STM32最小系统板、TFT3.2彩色触摸屏、5个温度感应模块、4组单射式红外感应器构成整个粮仓粮情监测系统的平台，该系统采用模块化的设计方案，包括LM317电源驱动模块、DS18B20模块、ULN2003APG芯片等构成粮仓粮情监测系统。

关键词：粮仓粮情监测 STM32 DS18B20 式红外感应器

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0123-02

粮食储藏是人类为了生存而采取的有效措施，因此，粮食的安全储藏具有重要意义。目前，我国地方及垦区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食储存变质问题。根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度和湿度，以便及时采取相应的措施。但大部分粮库目前还是采取人工测量温度的方法，这不仅使粮库工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度和监测任务如不能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。据有关资料统计，我国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤，直接造成的经济损失是惊人的。

影响粮食安全储藏的主要参数之一是粮食的温度，粮食在正常储藏过程中，含水量一般在12%以下（为安全状态），不会产生温度突变，一旦粮库进水、结露等使粮食的含水量达到20%以上时，由于粮粒受潮，胚芽萌发，新陈代谢加快而产生呼吸热，使局部粮食温度突然升高，必然引起粮食“发烧”和霉变，并可能形成连锁反应，从而造成不可挽回的损失。

粮食在储藏过程中可能面临偷窃、盗取等不良影响；因此也将作为粮食储存监测的一个重要指标，因此设计出一种经济实用的粮仓粮情监测系统是非常有必要的。

本次设计制作一个粮仓粮情监测系统，将整个系统电路划分为STM32系统模块、电源电路模块、温度感应模块、单红外反射式感应模块、TFT3.2触摸屏显示模块等。现对各模块采用方案分析比较如下。

1、控制芯片选型

方案一：采用AT89S52单片机作为主要的控制芯片，其运用比较广泛，具有良好的知识作为基础，上手很快。但是本系统需要高速的运算速率，51单片机难以胜任。

方案二：采用TI公司所生产的MSP430F149单片机为主控制芯片，有非常丰富的资源：6个8位并行口其中两个有中断功能，较为强大的定时器，较大容量的RAM和ROM。

方案三：采用ST公司的STM32F103ZET6作为主控制芯片，该芯片属于中等容量增强型，具有最高72MHZ工作频率，在存储器的0的等待周期访问时可1.25DMisp、MHZ（DhrystONe2.1）；具有低功耗：睡眠、停机和待机模式、Vbat为RTC和后备寄存器供电等。

基于上述分析，ST公司的stm32F103ZET6其具有32位基于ARM核心的带128K字节闪存的微控制器USB，CAN，7个定时器，2个ADC，9个通信接口；32位的Cortex-M3 CPU，综上所述，选择方案三。

2、电源模块方案的选择与论证

方案一：采用开关电源。开关电源在市场占有主导地位，因为其效率高、体积小、功耗低而广泛应用在各电子设备中。开关电源是利用三极管的开关特性，让开关管工作在开关状态下，因此整个电路工作在高频状态下的，但是开关电源电路较为复杂，调试需要大量的时间，且不易控制。

方案二：采用三端稳压芯片LM2576系列芯片设计制作多路电源。LM2576系列的三端稳压器是单片集成的电路，能提供压降开关的稳压器的各种功能，最大能驱动3A的负载，存在优异的线性和负载调整能力，能稳定输出3.3V、5V、12V等多种稳定电压。对整个系统供电以及对恒压源芯片LM324搭建出恒压源供电系统有着很大的基础性作用。从而使得搭建出的恒压源能为电阻测试模块提供恒定的电压，从而为测量出精确的电阻值提供保障。但是，此电路操作复杂，本系统不使用。

方案三：采用LM317为稳压电路，LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载的电流最大为1.5A.LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，因此我们选择LM317作为电源模块，采用型号为TYH-30W的变压器，将变压后为12V的电压传给稳压模块，该模块可以产生5V的电压供系统可供系统使用。

鉴于以上考虑，选择方案三作为电源电路模块，为整个系统供电。

3、温度感应模块的选型

根据市场的调查，DS18B20数字温度传感器是作为普遍的温度感应器其接线方便，封装成后可应用于多种场合，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。因此选择此种方案。

4、红外感应模块

单红外反射式感应器具有信号输出指示、单路信号输出、反射距离可调（精调）。可用于工件计数、智能车寻线、黑白检测等 有效距离5mm～150mm（室内最大距离300mm），采用此种系列的红外传感器足够本系统的设计。

5、显示模块选择与论证

方案一：1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，其液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但是正因为这种特点，1602液晶的显示功能不够智能。

案二：液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等，但是，12864液晶在显示时，相比于1602液晶，较为智能些，但图形和字体显示比较粗糙，不能达到设计的预期目的。

方案三：3.2寸TFT[240*320]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，26万色，默认i8080 16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，（8位模式时数据线接高8位，低8位悬空），可以直接用STM32等系统驱动。

根据现实模块的合理选择，采用TFT3.2彩色触摸屏能够实现设计的所有功能需要。

6、系统设计方框图

该系统的整机框图如图3.1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。由触摸屏的设置选择可将信息传递给系统，最终系统将显示感应器感应后的信息再次显示在触摸屏上，在触摸屏上显示出区域内某处出现的报警情况以及温度变化显示，报警装置作为输出装置，提醒我们进行系列处理。

7、结语

这个系统在后期制作中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超越指标要求。