CN207502026U - 一种粮仓料位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子检测技术领域，具体涉及一种粮仓料位检测装置，包括主控模块、光敏电阻电路模块、通信模块、显示模块、报警模块和电源模块，所述主控模块以ATmega128单片机为核心，所述光敏电阻电路模块包括8个模拟多路复用开关芯片74HC4067和光敏电阻电路，且光敏电阻电路包括参考电阻和光敏电阻，所述通信模块包括SPI、485和TTL串行口接口电路，所述显示模块使用串口液晶屏，本实用新型设计的粮仓料位检测装置，通过将光敏电阻作为非接触开关使用，制定了装置安装、布线、检测规则，采取了一系列硬件和软件上可靠数据检测措施、提出了基于该装置的双机联合检测方法，极大的保障了粮仓储粮安全，具有很大实用、应用价值。

Description

一种粮仓料位检测装置

技术领域

本实用新型涉及电子检测技术领域，具体涉及一种粮仓料位检测装置。

背景技术

在粮情测控领域，粮食管理单位为了及时、准确掌握粮仓内所存储粮食的数量，经常需要对仓内粮食的高度信息(即料位) 进行测量。所以对粮仓料位的是粮情监控领域的关键技术之一。现有的料位测量装置主要有接触式、非接触式两种类型。在接触式测量装置中：有的采用在粮仓的最顶端和最低端各安装一个阻旋式料位开关的方法来判断粮仓是否处于装满或清空状态，却不能测量在这两种极限状态之间的准确粮食高度信息。有的采用接触式开关对料位检测，虽然触摸式开关动作灵敏，但是受到粮食的挤压故障率高，维护成本高。在非接触式测量装置中：超声波料位计，有效探测距离只有5～10米。红外线料位计，很容易受外界其他光源干扰。雷达测料计虽然具有较高的测量精度而且抗干扰能力强，但是其价格太高，不利于大规模推广。有的采用非接触式开关对料位检测，非接触式开关不与粮食直接发生接触，粮食不会对其产生粘附、挤压、磨损等损害，但是容易受到周围温度、周围物体的影响。综上所述，粮情测控领域中低成本、高可靠性的料位检测装置亟待研制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种粮仓料位检测装置，用于解决以上背景技术中涉及到的问题。

具体技术方案如下：

一种粮仓料位检测装置，包括主控模块、光敏电阻电路模块、通信模块、显示模块、报警模块和电源模块，所述主控模块以 ATmega128单片机为核心，所述光敏电阻电路模块包括8个模拟多路复用开关芯片74HC4067和光敏电阻电路，且光敏电阻电路包括参考电阻和光敏电阻，所述通信模块包括SPI、485和TTL串行口接口电路，所述显示模块使用串口液晶屏，所述报警模块包括声光报警单元和GSM报警单元，所述电源模块包括变压器、整流电路和稳压电路；

优选的，ATmega128单片机使能掉电检测器BOD，在供电电压低于4.0V时，单片机能够自动重启，在ADC转换器的电源AVCC处增加滤波电路，使用ADC时ATmega128单片机的工作模式变更为 ADC噪声抑制模式；

优选的，通过模数转换器通道序号、74HC4067编号和 74HC4067选通引脚序号来确定所述光敏电阻的高度位置；

优选的，该装置支持双机联合检测，检测主机获取检测分机的料位数据，并将所有料位数据按照位置信息进行融合从而得出精确的料位信息。

有益效果：

本实用新型包括主控模块、光敏电阻电路模块、通信模块、显示模块、报警模块和电源模块。通过将光敏电阻作为非接触开关使用、高可靠的数据检测措施、装置的可拓展性为用户提供了精确稳定的粮仓料位检测装置，该装置减少了粮仓事故发生概率，有效保障了储粮安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：粮仓料位检测装置整体结构框图；

图2：粮仓料位检测装置粮仓中安装示意图；

图3：粮仓料位检测装置主控模块电路原理图；

图4：粮仓料位检测装置主控模块与74HC4067连线示意图；

图5：粮仓料位检测装置单机模式电路示意图；

图6：粮仓料位检测装置光敏电阻在0～1.5MΩ阻值范围内ADC 测量电压在不同参考电阻下的仿真图；

图7：粮仓料位检测装置光敏电阻在无光阻值的70％～100％阻值范围内ADC测量电压在不同参考电阻下的仿真图；

图8：粮仓料位检测装置双机模式电路示意图；

图9：粮仓料位检测装置工作机制程序流程图。

附图标记如下：1、光敏电阻；2、透光性强、抗挤压的管道；3、仓顶；4、LED灯；5、仓壁；6、出料口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种粮仓料位检测装置，包括主控模块、光敏电阻电路模块、通信模块、显示模块、报警模块和电源模块。主控模块以ATmega128单片机为核心；光敏电阻电路模块包括8 个74HC4067和光敏电阻电路，一个光敏电阻电路包括一个参考电阻和一个光敏电阻；通信模块包括SPI、485和TTL串行口接口电路；显示模块使用串口液晶屏；报警模块包括声音报警单元和GSM报警单元；电源模块包括变压器、整流电路和稳压电路。该装置支持提出的双机联合检测方法，检测从机的光敏电阻依次放置在检测主机的相邻两个光敏电阻中间，通过双机通信，检测主机获取检测分机的料位数据，对所有检测数据分析得出料位信息。该方法能够将料位检测精度提升一倍。本粮仓料位检测装置具有成本低、精度高、安装和维护便捷、抗干扰能力强等优点。

参见图1，本实用新型的粮仓料位检测装置结构主要包括主控模块、光敏电阻电路模块、通信模块、显示模块、报警模块和电源模块。参见图3，所述的主控模块为ATmega128单片机及其外围电路组成最小系统，外围电路主要由时钟、复位电路，电源及滤波电路组成。ATmega128单片机使能掉电检测器BOD，一旦供电电压下降到触发电平4.0V以下，单片机复位，当供电电压恢复到正常，才正式开始从头执行程序，保证了系统的可靠性。测量光敏电阻的电压时，使用主控芯片ATmega128单片机的精度为10位的ADC。ADC电源滤波减少ADC在使用时的干扰，实现了ADC的高可靠性转换。

具体的，以立筒仓为例说明装置在粮仓的安装方法。参见图 2装置在粮仓安装示意图，图中的标号分别代表：1、光敏电阻； 2、透光性强、抗挤压的管道；3、仓顶；4、LED灯；5、仓壁； 6、出料口。透光性强、抗挤压的管道2布置在粮仓侧壁上。管道内部布置等间距的光敏电阻1和线路。大功率LED灯4悬挂于粮仓的顶部，由ATmega128单片机通过继电器控制，只在检测料位时开启。

具体的，以两片74HC4067为例说明光敏电阻电路中 74HC4067和主控模块的连接方式。参见图4，主控模块与 74HC4067连线示意图。所述的光敏电阻电路模块包括8个74HC4067，74HC4067的使能端、地址输入端S0～S3都由 ATmega128单片机控制。其中，每个74HC4067的使能端分别由单片机的不同的IO口控制，8个74HC4067四个地址输入端 S0～S3共用4个IO口，为减小电压纹波干扰，提高74HC4067的工作稳定性，每片74HC4067的VCC和GND之间都设置了滤波电容。

具体的，所述的光敏电阻在粮仓侧壁上的管道内等间距排列，光敏电阻的间距可以根据实际需要调整。例如高度是30米的立筒仓，通过8片74HC4067挂载的128路光敏电阻，可实现0.25 米的料位测量精度。即120*0.25米/个＝30米，另外8个光敏电阻不进行安装。对于其他不同高度的粮仓与此类似。

具体的，以一个74HC4067的布线说明单机模式光敏电阻转换模块布线规则。参见图5，单机模式电路示意图。光敏电阻电路模块包括8个74HC4067和光敏电阻电路。布线规则是：把模数转换器通道ADC0～ADC7对应的74HC4067依次按照粮仓从高到低排序，每个74HC4067的公共输入端Z分别与一路ADC相连接并且Z经过参考电阻后与VCC相连。74HC4067的16个独立输出端都挂载一路光敏电阻，把每个74HC4067的输出端Y0 至Y15所挂载的光敏电阻，依次从高到低等间距的排列在管道内部，光敏电阻的一端另一端接地。为避开模拟信号和数字信号相互干扰，对该装置的模拟地和数字地进行了隔离，即把光敏电阻单独供地，并且光敏电阻的GND和主控模块的GND用0欧姆电阻短接。

具体的，对于光敏电阻，光照愈强，阻值愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下，光敏电阻对光线十分敏感，在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达 1.5MΩ。将光敏电阻作为非接触开关使用，选定无光阻值的70％作为开关状态判断阈值，通过ADC测量计算到的电阻值和阈值的比较，能精确判断相应高度位置的光敏电阻是否被物料掩盖。依据光敏电阻感光阻值的范围和不同参考电阻的阻值所产生的光敏电阻电压特性和对比分析，以光敏电阻在其无光阻值的 70％～100％范围内的电压分辨率高为标准，选出合适的参考电阻。参见图6，光敏电阻在0～1.5MΩ阻值范围内ADC测量电压在不同参考电阻下的仿真图，参考电阻为10KΩ时，在光敏电阻近零阻值范围内仿真曲线变化很剧烈故不选。参见图7，光敏电阻在无光阻值的70％～100％阻值范围内ADC测量电压在不同参考电阻的仿真图，光敏电阻在其无光阻值的70％～100％范围内，参考电阻为100KΩ时更趋于直线并且斜率最小，此时ADC测量的电压分辨率最高，因此选择100KΩ电阻为参考电阻。

具体的，检测规则是：ATmega128单片机根据74HC4067的使能端按照对应的物理位置从高到低依次选通，再由74HC4067 的四个地址输入端S0～S3从高到低依次选通挂载光敏电阻各个支路，然后使用ADC测量光敏电阻的电压。在ADC测量光敏电阻的电压时，ATmega128单片机的工作模式变更为ADC噪声抑制模式。单片机的ADC测量VCC经过参考电阻分压后光敏电阻的压降V1，VCC减去V1即为参考电阻压降。根据欧姆定律可计算支路中的电流，进而计算光敏电阻的实时阻值，判断光敏电阻处于闭合或断开状态。其中闭合记为1，断开记为0。为提高可靠性，在测量时，对光敏电阻的阻值进行多次测量，每次测量后，去除本次测量的极大值和极小值，最后计算平均值即为光敏电阻的实时阻值。最后通过模数转换器通道序号、74HC4067编号和 74HC4067选通引脚序号确定光敏电阻的高度位置。此外还对光敏电阻进行故障检测，当测量的电压为5V、0V时，即判定该路光敏电阻发生故障，根据编号对此光敏电阻进行故障定位并在显示屏上显示，便于维修。

具体的，该装置支持双机联合检测方法，该方法能够将料位检测精度提升一倍。图8所示双机模式电路的示意图，检测从机的光敏电阻依次放置在检测主机的相邻两个光敏电阻中间。然后对光敏电阻进行编号，编号规则是：主机记为1，从机记为0，模数转换器通道序号记为m，m的取值范围是 {m|0≤m≤7,m∈N^*}，把ADC0～ADC7对应的74HC4067也记为 m，74HC4067的输出端标号记为y，y的取值范围是 {y|0≤y≤15,y∈N^*}，所以一个光敏电阻的编号为(m，1，y)或 (m，0，y)。例如，在单机工作模式下，图5单机模式电路示意图，若该片74HC4067连接在ADC0，因为单机模式时默认为从机，则标号为0的光敏电阻编号为(0，0，0)，标号为1的光敏电阻编号为(0，0，1)，其他类似。在双机工作模式下，图8双机模式电路示意图，若主机所在的该片74HC4067连接在 ADC1，则主机标号为0的光敏电阻编号为(1，1，0)，对应从机标号为0的光敏电阻编号为(1，0，0)，其他类似。

具体的，如图6所示两种模式下工作机制程序流程图。 ATmega128单片机包含4K字节的EEPROM，掉电不丢失数据。无论是单机还是双机模式，刚开始都对片内EEPROM进行初始化，编号和对应的检测结果依次都存到EEPROM中。当在单机工作模式下，默认为从机，对光敏电阻编号后进行检测，把检测结果按照光敏电阻编号顺序依次存储，然后分析数据即得到检测结果，只有在收到外部指令时才向主机发送数据，数据包括编号和对应的检测结果。在双机模式下，主机编号检测之后暂存数据，然后通过通信模块发出指令指示从机开始工作，再获取从机数据，最后把双方数据融合分析得到检测结果。在双机模式下的数据融合机制是，主机获取到分机的数据，然后把双方数据按照对光敏电阻的编号信息把检测结果排序，最后综合分析得到检测结果。

具体的，通信模块包括485接口电路。可以通过485接口进行远距离通信，可实现远程监测。

具体的，从工业应用和粮仓现场施工的角度出发，对本装置设计了电源模块，电源模块包括变压器、整流电路和稳压电路，为该装置提供5V直流供电。

本实用新型设计的粮仓料位检测装置，通过将光敏电阻作为非接触开关使用，制定了装置安装、布线、检测规则，采取了一系列硬件和软件上可靠数据检测措施、提出了基于该装置的双机联合检测方法，极大的保障了粮仓储粮安全，具有很大实用、应用价值。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种粮仓料位检测装置，其特征在于：包括主控模块、光敏电阻电路模块、通信模块、显示模块、报警模块和电源模块，所述主控模块以ATmega128单片机为核心，所述光敏电阻电路模块包括8个模拟多路复用开关芯片74HC4067和光敏电阻电路，且光敏电阻电路包括参考电阻和光敏电阻，所述通信模块包括SPI、485和TTL串行口接口电路，所述显示模块使用串口液晶屏，所述报警模块包括声光报警单元和GSM报警单元，所述电源模块包括变压器、整流电路和稳压电路。

2.根据权利要求1所述的粮仓料位检测装置，其特征在于：ATmega128单片机使能掉电检测器BOD，在供电电压低于4.0V时，单片机能够自动重启，在ADC转换器的电源AVCC处增加滤波电路，使用ADC时ATmega128单片机的工作模式变更为ADC噪声抑制模式。

3.根据权利要求1所述的粮仓料位检测装置，其特征在于：通过模数转换器通道序号、74HC4067编号和74HC4067选通引脚序号来确定所述光敏电阻的高度位置。

4.根据权利要求1所述的粮仓料位检测装置，其特征在于：该装置支持双机联合检测，检测主机获取检测分机的料位数据，并将所有料位数据按照位置信息进行融合从而得出精确的料位信息。