CN103576727A - 一种粮仓温湿度测量监控装置 - Google Patents

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刘胜
隋维舜
邢博闻
田霂
李冰
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本发明涉及一种针对粮仓的可实现自动通风调节功能的粮仓温湿度测量监控装置。本发明包括安装在粮仓内的核心控制模块、安装在粮仓顶棚的通风模块、安装在仓外的温湿度数据发送模块、安装在监控室内的数据接收模块和数据终端机，核心控制模块放置在距离粮仓中，核心控制模块的主控制器分别与温湿度传感器、温度传感器、通风模块连接。本发明通过对粮仓中的温度、湿度数据进行采集、提取，通过智能算法对粮仓内状态进行判断，以此对粮仓的温湿度进行调节，并将检测到的结果传输给上位机，以实现检测员对粮仓的实时监测。

Description

一种粮仓温湿度测量监控装置
技术领域
本发明涉及一种针对粮仓的可实现自动通风调节功能的粮仓温湿度测量监控装置。
背景技术
粮食是国家的战略性资源，粮食存储一直是国家性的重点课题。粮仓温湿度的实时自动监测与调节作为农业自动化领域的重要组成部分，其研究与应用在近年来取得了长足进步。但现有的粮仓测控系统主要是有线方式和人工方式结合，布线复杂，投资大，工作量大，逐个粮仓检测粮温、收集数据需要耗费大量的人力财力，精度差且无法实时获得粮仓的温湿度数据。因此，更准确、及时地采集并上传粮仓温湿度数据已经成为一个新的研究课题。
随着农业自动化、智能化的程度越来越高，人们对于全天候监控粮仓温湿度的需要越来越迫切。而无线传输技术的发展和完善，为实现实时监控粮仓内的温湿度提供了可能。所以，为了保证粮食存储的安全以及适宜粮食存储的粮仓温湿度，可设计一款能进行无线传输的粮仓温湿度监控调节系统，其功能包括对粮仓内的温湿度数据信息进行采集，并将所采集的信息上传给控制器，控制器经过处理对粮仓的通风系统进行控制，使粮仓温湿度一直维持在正常的范围内。此外，系统通过无线通讯装置周期性地、不间断地将数据上传给上位机，检测员可以通过上位机接收到的信息实时地监控粮仓内的温湿度。该监控系统的硬件核心为温度检测模块和湿度检测模块以及无线传输模块。而对温度、湿度数据进行实时提取及快速传输成为设计粮仓监测调节系统所应着重考虑的问题。
目前在核心期刊与专利查询中均未发现与此发明类似的设备介绍。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时检测调节粮仓温湿度的粮仓温湿度测量监控装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种粮仓温湿度测量监控装置，包括安装在粮仓内的核心控制模块、安装在粮仓顶棚的通风模块、安装在仓外的温湿度数据发送模块、安装在监控室内的数据接收模块和数据终端机，核心控制模块放置在距离粮仓中，核心控制模块的主控制器分别与温湿度传感器、温度传感器、通风模块连接。
通风模块由两个电动换气扇组成，包括进气扇，出气扇。
温湿度传感器和温度传感器的测量端安插在粮仓的粮食中，数据输出端与核心控制模块连接。
数据接收模块和数据终端机连接，数据接收模块接收温湿度数据发送模块发送的数据。
核心控制模块主要组成包括单片机STC89C52、温湿度传感器SHT75、温度传感器PT100；温湿度数据发送模块为无线数据传输装置ANT-JTT-433UDI；通风模块主要由两个电动换气扇组成，并由DS1E-S-DC继电器控制；数据接收模块由无线数传模块SI4432无线模块作为数据接收器。
核心控制模块分别与温湿度数据发送模块和通风模块连接，完成温湿度数据测量与处理工作，通过温湿度传感器和温度传感器检测粮仓内的温湿度，采集温湿度数据，对采集到的数据进行运算处理，同时将数据传递给温湿度数据发送模块，温湿度数据发送模块发送核心控制模块发出的温湿度数据，无线接收模块接收温湿度数据并上传给数据终端机实时监测。
本发明的有益效果在于：
本专利应用无线通讯技术完成控制器与上位机的通信；
采用STC89C52单片机作为数据处理器实现温湿度控制器的设计；
依据粮仓中的温度、湿度等数据信息实现粮仓的温湿度的调节；
该温湿度调节器通过两个换气扇分别实现进气和出气的功能，以保证粮仓内温湿度保持在正常范围内。
本发明通过对粮仓中的温度、湿度数据进行采集、提取，通过智能算法对粮仓内状态进行判断，以此对粮仓的温湿度进行调节，并将检测到的结果传输给上位机，以实现检测员对粮仓的实时监测。
附图说明
图1粮仓温湿度无线监控与调节系统组成图；
图2粮仓温湿度无线监控与调节系统硬件控制电路组成图；
图3粮仓核心控制模块原理图；
图4粮仓温度及湿度采集模块原理图；
图5温湿度数据检测无线传输系统控制器流程图；
图6粮仓温湿度无线监控与调节系统上位机软件界面示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明专利做更详细地描述。
本发明控制器是STC89C52数据处理器、接收发送数据装置由ANT-JTT-433UDI模块和无线数传模块SI4432无线模块组成。温湿度检测装置由模拟电路PT100测温电路以及SHT75成品温湿度传感器组成。在数据终端机上，本系统利用Visual C＋＋设计相关软件，应用MSCOMM ActiveX控件实现与下位机之间的通信，实现监测点温湿度的实时显示，利用ADO技术管理数据库软件实现对温湿度信息和参数设置信息的保存，并利用Excel自动编程方法实现数据报表。
结合图1，图1所示为粮仓温湿度无线监控与调节系统组成图，其中主要的模块包括：核心控制模块、温湿度数据发送模块、通风模块、数据接收模块和数据终端机等。核心控制模块主要组成包括单片机STC89C52、温湿度传感器SHT75（即图1中传感器A）、温度传感器PT100（即图1中传感器B）。温湿度数据发送模块为无线数据传输装置ANT-JTT-433UDI。通风模块主要由两个电动换气扇组成，并由DS1E-S-DC继电器控制。数据接收模块由无线数传模块SI4432无线模块作为数据接收器。
核心控制模块分别与温湿度数据发送模块和通风模块连接，其功能为完成温湿度数据测量与处理工作，其通过传感器A和传感器B检测粮仓内的温湿度，采集温湿度数据，对采集到的数据进行运算处理，如果粮仓内温湿度超出正常范围，则控制通风模块对粮仓内温湿度进行调节，使其恢复至正常水平，同时将数据传递给温湿度数据发送模块。温湿度数据发送模块主要完成发送核心控制模块发出的温湿度数据。通风模块包括两个电动换气扇，两个分别负责进气和出气，使粮仓内的温湿度达到正常值。无线接收模块实现温湿度数据的接收，并上传给上位机，检测员可通过上位机实时监测粮仓内的温湿度，以防止起火、仓温过低等紧急情况。
结合图2，图2所示为粮仓温湿度无线监控与调节系统硬件控制电路组成图。该系统采用ANT-JTT-433UDI模块作为无线数据传输模块，实现检测模块和接收模块之间的通信；该模块传输距离为1700米，能够满足远程监控的要求。系统采集温度湿度的传感器分别为PT100和SHT75。系统采用DS1E-S-DC5V直流电机带动换气扇转动。系统的输入电压为+12V，采用L7805产生+5V工作电压，采用REF02产生标准电压。
结合图3，图3所示为粮仓核心控制模块原理图。其中，U3为51单片机STC89C52,其管脚1连接P87管脚2，管脚2连接P89管脚1，管脚3连接P89管脚2，管脚4连接R8，管脚5连接P10管脚1，管脚7连接P10管脚2，管脚8连接电阻R001，管脚9连接电阻R002，管脚11连接U5管脚19，管脚12连接U5管脚18，管脚13连接U5管脚17，管脚14连接Y1管脚2，管脚15连接Y1管脚1，管脚16连接GND，管脚18连接U5管脚16，管脚19连接U5管脚15，管脚23连接P8ture管脚3，管脚24连接P8ture管脚4，管脚25连接P8ture管脚7，管脚29连接R5，管脚38连接+5V电源，管脚42连接P88管脚1，管脚43连接P88管脚2，管脚44连接P87管脚1。电阻R5两端分别连接U3管脚29与+5V,R8两端分别连接U3管脚4与GND。电容C4两端分别连接U3管脚38与GND。
其中，Y1为晶振，两端分别连接U3管脚14与管脚15。电容C1两端分别连接Y1管脚1与GND，C2两端分别连接Y1管脚2与GND。
其中，P10为通信开关模块，其管脚1连接+5V，管脚2连接U3管脚5，管脚3连接U3管脚7，管脚4连接GND。
其中，U1为电源模块L7805，其管脚1连接+12V电源，管脚3连接R1，管脚4连接GND。电阻R1两端分别连接U1管脚3与D3。电容C8两端分别连接U1管脚1与GND，C9两端分别连接U1管脚1与GND，C10两端分别连接U1管脚3与GND，C11两端分别连接U1管脚3与GND。二极管D3两端分别连接R1与GND。其中，power与P2为电源与开关接口，power管脚1连接P2管脚2，管脚2连接GND，P2管脚1连接power管脚1，管脚2连接+12V。
其中，U4为电压基准源ADREF02Q/883B，其管脚2接+12V电源，管脚4接GND，管脚6连接C21。电容C20两端分别连接U2管脚2与管脚4，电容C21两端分别连接U4管脚6与GND。
其中，U6、U7为DS1E-S-DC继电器，U6管脚1连接+5V，其管脚6连接Q1管脚1，其管脚7连接P001管脚1，其管脚12连接B1。R001两端分别连接U3管脚8与Q1管脚2。电机B1两端分别连接P001管脚2与U6管脚12。晶体管Q1管脚1连接U6管脚6，管教2连接R001，管脚3接GND。U7管脚1连接+5V，其管脚6连接Q2管脚1，其管脚7连接P002管脚1，其管脚12连接B2。R002两端分别连接U3管脚9与Q2管脚2。电机B2两端分别连接P002管脚2与U7管脚12。晶体管Q2管脚1连接U7管脚6，管教2连接R002，管脚3接GND。
其中，P8ture为无线通信模块接口，其管脚1连接GND，管脚2连接+5V，管脚3连接U3管脚23，管脚4连接U3管脚24，管脚5连接U3管脚7，管脚6连接U3管脚5，管脚7连接U3管脚25。
结合图4，图4所示为温度及湿度采集模块原理图。其中，温度采集模块包括三组电路，分别为PT00，PT01，PT02。其中，U7C为运算放大器，其管脚4接+5V，管脚11接GND。PT00为温度传感器PT100接口模块，其管脚1连接GND，管脚2连接R60，管脚3连接R61。电阻R60两端分别连接PT00管脚2与R64，电阻R61两端分别连接VREF与PT00管脚3，R62两端分别连接VREF与R64，R63两端分别连接PT00管脚3与U7C管脚9，R64两端分别连接R60与U7C管脚10，R65两端分别连接U7C管脚10与GND，R66两端分别连接U7C管脚8与管脚9，R67两端分别连接U7C管脚8与U5管脚4，ZD3两端分别连接U5管脚4与GND，电容C62两端分别连接U5管脚4与GND。
U7D为运算放大器，其管脚4接+5V，管脚11接GND。PT01为温度传感器PT100接口模块，其管脚1连接GND，管脚2连接R70，管脚3连接R71。电阻R70两端分别连接PT01管脚2与R74，电阻R71两端分别连接VREF与PT01管脚3，R72两端分别连接VREF与R74，R73两端分别连接PT01管脚3与U7D管脚13，R74两端分别连接R70与U7D管脚12，R75两端分别连接U7D管脚12与GND，R76两端分别连接U7D管脚14与管脚13，R77两端分别连接U7D管脚14与U5管脚5，ZD4两端分别连接U5管脚5与GND，电容C72两端分别连接U5管脚5与GND。
U7A为运算放大器，其管脚4接+5V，管脚11接GND。PT02为温度传感器PT100接口模块，其管脚1连接GND，管脚2连接R80，管脚3连接R81。电阻R80两端分别连接PT02管脚2与R84，电阻R81两端分别连接VREF与PT02管脚3，R82两端分别连接VREF与R84，R83两端分别连接PT02管脚3与U7A管脚2，R84两端分别连接R80与U7A管脚3，R85两端分别连接U7A管脚3与GND，R86两端分别连接U7A管脚1与管脚2，R87两端分别连接U7A管脚1与U5管脚6，ZD5两端分别连接U5管脚6与GND，电容C82两端分别连接U5管脚6与GND。
其中，湿度采集模块包括三组电路，分别为P87，P88，P89。其中，P87为温湿度传感器接口模块，其管脚1连接R92，管脚2连接R91，管脚3连接+5V，管脚4连接GND。电阻R91两端分别连接+5V与P87管脚2，电阻R92两端分别连接+5V与P87管脚1。P88为温湿度传感器接口模块，其管脚1连接R94，管脚2连接R93，管脚3连接+5V，管脚4连接GND。电阻R93两端分别连接+5V与P88管脚2，电阻R94两端分别连接+5V与P88管脚1。P89为温湿度传感器接口模块，其管脚1连接R96，管脚2连接R95，管脚3连接+5V，管脚4连接GND。电阻R95两端分别连接+5V与P89管脚2，电阻R96两端分别连接+5V与P89管脚1。
其中，U5为模数转换器TLC2543，其管脚14接VREF，管脚4、5、6、7、8、9、10、11、12、13接GND，管脚1接R67，管脚2接R77，管教3接R87，管脚15接U3管脚19，管脚16接U3管脚18，管脚17接U3管脚13，管脚18接U3管脚12，管脚19接U3管脚11，管脚20接C7。电容C7两端分别连接U5管脚20与GND。
结合图5，对温湿度数据检测无线传输系统控制器的程序流程进行阐述：
步骤1，系统初始化,调用存储于单片机中的程序，调用结束后，程序开始运行，进入步骤2；
步骤2，通过PT100温度采集模块采集温度数据，等待接收上位机发送的指令，进入步骤3；
步骤3，系统通过无线模块等待接收上位机的指令，若未接收到上位机指令，则继续采集温度信号，若接收到上位机指令，则通过无线模块向上位机发送采集到的数据，进入步骤4；
步骤4，系统处理采集到的数据，进行湿度控制，进入步骤5；
步骤5，系统通过判断检测到的湿度数据控制排气扇和进气扇，如果室内湿度大于要求，则控制电机A转动进气，如果室内温度小于要求，则控制电机B转动排气，进入步骤6；
步骤6，系统控制电机运转，直到满足湿度要求，如果不满足，则返回步骤5，继续进气或者排气，如果满足湿度要求，则返回步骤2继续采集数据。
如图6所示，图6为上位机软件界面示意图。在本系统的终端机软件界面上设置监测点温湿度上下限，设定采样周期，设定端口参数，设置测试名称；监测软件可以按设定的采样周期，对各监测点的温湿度进行采集，并将采集到的温湿度进行保存；通过设定的通讯协议，监测软件可以和温湿度集中器进行数据通信，得到监测点的实时温湿度；将采集到的各监测点的即时温湿度，进行实时显示，并以折线图和列表两种方式显示各监测点的温湿度变化趋势；以列表形式查看数据库中的各监测点所有温湿度的历史信息；将数据库中的所有信息导出到EXCEL中，实现报表的生成。

Claims (6)

1.一种粮仓温湿度测量监控装置，包括安装在粮仓内的核心控制模块（1）、安装在粮仓顶棚的通风模块（41、42）、安装在仓外的温湿度数据发送模块（5）、安装在监控室内的数据接收模块（6）和数据终端机（7），其特征是：核心控制模块放置在距离粮仓中，核心控制模块（1）的主控制器分别与温湿度传感器（2）、温度传感器（3）、通风模块（41、42）连接。
2.根据权利要求1所述的一种粮仓温湿度测量监控装置，其特征在于：所述的通风模块由两个电动换气扇组成，包括进气扇（41），出气扇（42）。
3.根据权利要求1或2所述的一种粮仓温湿度测量监控装置，其特征在于：所述的温湿度传感器（2）和温度传感器（3）的测量端安插在粮仓的粮食中，数据输出端与核心控制模块（1）连接。
4.根据权利要求3所述的一种粮仓温湿度测量监控装置，其特征在于：所述的数据接收模块（6）和数据终端机（7）连接，数据接收模块（6）接收温湿度数据发送模块（5）发送的数据。
5.根据权利要求4所述的一种粮仓温湿度测量监控装置，其特征在于：所述的核心控制模块主要组成包括单片机STC89C52、温湿度传感器SHT75、温度传感器PT100；温湿度数据发送模块为无线数据传输装置ANT-JTT-433UDI；通风模块主要由两个电动换气扇组成，并由DS1E-S-DC继电器控制；数据接收模块由无线数传模块SI4432无线模块作为数据接收器。
6.根据权利要求5所述的一种粮仓温湿度测量监控装置，其特征在于：所述的核心控制模块分别与温湿度数据发送模块和通风模块连接，完成温湿度数据测量与处理工作，通过温湿度传感器和温度传感器检测粮仓内的温湿度，采集温湿度数据，对采集到的数据进行运算处理，同时将数据传递给温湿度数据发送模块，温湿度数据发送模块发送核心控制模块发出的温湿度数据，无线接收模块接收温湿度数据并上传给数据终端机实时监测。
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