粮仓监控系统

粮仓监控系统（精选十篇）

粮仓监控系统 篇1

近年来,随着科学技术的不断进步,农业生产持续而稳定的增产,粮食数量也日益增多,我国粮食年产量和常年储存量均居世界首位。我国的粮食储备状况大部分仍采用原始的存储方式:通过检测铜电阻或热敏电阻传感器件的变化反映粮食温度的变化,为粮食保管提供参考依据。但此工作需要工人逐点测量,效率低、准确性差。因此,为了减少粮食储藏过程中的损失,保障粮食的品质和质量,应及时准确地掌握粮食储藏过程中各种物理因素的变化情况[1]。

虚拟仪器技术为数据的自动采集和远程实时监测提供了一种理想的解决方案,其最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。LabVIEW 是国际上应用最广的虚拟仪器开发环境,具有强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷快速的程序设计能力,其为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案,并在航空、航天、通信、汽车、半导体、生物医学等世界范围的众多领域得到了广泛应用。所以,采用基于LabVIEW的软件开发平台,开发集温度、湿度、防盗为一体的粮仓自动监控系统,从而降低劳动强度,保障粮食的品质和质量[2]。

1 系统的总体设计

粮食储藏的主要物理参数是粮食的温度以及粮库内、外的温度、湿度,这些参数的快速、准确、自动监测对于减少粮食损耗具有重要意义。粮仓监控系统的总体设计结构,如图1所示。该系统利用计算机构成整个粮食仓储区管理系统,系统设计成主从工作方式,上位机具备通讯、数据显示、数据存储、数据分析等主要管理功能,下位机系统具备通讯、控制及参数输入等基本功能。

2 硬件部分设计

2.1 上位机

上位机选用PC机作为主机,通过一定程序的运行向下位机发出启动信号,启动下位机及被控机构,同时准备接收下位机送来的信号和数据。其可实现与多台下位机的通讯,对多个粮仓进行网络化的检测、管理和控制。

2.2 串行通讯

由于PC机的串口是RS232标准,传输距离短,容易受外界干扰,所以采用RS485总线与检测分机连接,构成上位主机和若干分机的串行通信。这里采用美国生产的低功耗的MAX485通信收发器,其速率高达2.5Mb/s,标准的传输距离可达1200m多。它支持多点通信,传输距离长,可根据情况随时进行系统的调整和扩展。

此外,为避免通讯中可能出现的信息冲突与竞争,首先对各从机进行编址,通讯时,主机先发送地址帧,各从机收到地址帧后,与自身地址相比较,如果相同则发送数据,不同则继续等待主机访问;主机收到数据后,发确认信号给从机,从机收到确认信号后一次通讯即告结束。若主机未收到数据,则从机重复发送,直到收到确认信号为止。

2.3 下位机

下位机采用宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机STC89C52最小系统设计,作为从机,不用外扩其它硬件,成本低、体积小。其定时采集数据,并保存在内部存储器中,通过本身带有的RS485接口实现与主机的远距离通讯,从而完成巡回检测和传送。其结构如图2所示[3]。

2.3.1 温度传感器

本系统采用的温度传感器是美国公司生产的数字式温度传感器DS18B20,其检测范围为-55~125℃,检测精度为±0.5℃,采用单总线接口。其中,采用9个位表示测温点的温度值,每个DS18B20内部都设置有1个单一的序列号,因此其测温电缆与传统的热敏电阻测温电缆不同,该测温电缆1根导线可以连接多个温度传感器。同时可以利用数据线供电,在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可连接多个温度传感器,降低成本,提高测温电缆的抗拉强度,较适用于高大粮仓(如浅圆仓、立筒仓)的应用环境,使高大粮仓在不需重新安装测温电缆的情况下,更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。

2.3.2 湿度传感器

HM1500是专门适用于需要精确可靠检测湿度的环境,该湿度传感器测量精度高,测量结果稳定可靠,使用寿命长,能够满足粮情测量需要。其将湿度转换为模拟电信号,经过输出电阻转换为电压信号,经AD转换器转换为数字量。湿度变送器用于测量粮仓内、外空气湿度,将测量结果送到上位机,上位机根据测量结果控制继电器,是否打开通风风机。

2.3.3 防盗传感器

自然界中存在的各种物体,如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线,利用红外传感器可对其进行检测。这里采用GH-718人体红外传感器,其特点:不需要用红外线或电磁波等发射源;灵敏度高、控制范围大;隐蔽性好、可流动安装,适用于防盗报警装置。

2.3.4 键盘和显示电路

键盘和显示电路作为单片机系统的窗口,是人机交互的界面,显示模块选用液晶显示器,并采用串行接口方式,即单片机与液晶显示模块的片选、输入数据、输入时钟3个管脚采用串行连接方式相连,键盘电路的按键采用单线接法。

2.3.5 AD转换器

AD转换器采用12位逐次逼近型模数转换器TLC2543,其采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接,3个控制输入端为片选、输入/输出时钟以及串行数据输入端。片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个,采样—保持是自动的,转换结束,输出标志变高。

3 软件部分设计

3.1 上位机软件

粮仓环境监控系统在整个系统控制中起辅助作用,主要功能是:数据采集、分析、查询、打印等处理、保存和参数设置等。LabVIEW 是国际上应用最广的虚拟仪器开发环境。采用强大的图形化语言(G语言)编程,编程界面非常直观形象,都是工程师们熟悉的旋钮、开关、图形等,面向工程师而非专业程序员,编程方便,人机交互界面友好,具有强大的数据可视化分析和控制能力,为用户快速地构造自己的控制系统提供了良好的环境[4]。

本系统选用美国国家仪器公司(NI)的 LabVIEW 8.5虚拟仪器开发平台编写可视化的软件包,实现对粮仓温度、湿度、防盗系统的监控。为了实现软件的可重用和升级性,软件开发采用模块化设计思想,以提高应用程序的效率和性能。其软件设计流程,如图3所示。

3.2 下位机软件

由于C语言的结构化和高效简洁性,汇编语言执行效率高,其单片机程序采用汇编语言和C语言混合编程,实现键盘输入、液晶显示、数据采集、数据处理、控制输出等功能。

3.3 数据库设计

LabVIEW具有基于ADO技术的数据库访问工具包LabSQL,由于粮仓环境检测数据量大,实时性强的特点,数据库采用具有客户机/服务器体系结构特点的SQL Server。其具有直观的图形化用户界面、丰富的编程接口工具、与Microsoft Office产品集成方便、在多种平台下使用、支持Web技术、提供数据仓库功能等,基于这些特点,本系统采用SQL Server 2000数据库作为粮仓监控系统的数据存储容器。

4 结论

粮食的质量、数量和安全关系到国民经济的发展和社会稳定的大局,因此做好粮食的储备工作具有重大的意义。影响粮食储藏好坏的物理参数是粮食的温度、湿度等因素,对于粮食安全性检测还有防盗也是必不可少的。快速、准确地检测这些参数并及时进行处理,对于减少粮食损耗是有着重要的现实意义。笔者研究了基于LabVIEW的粮仓监控系统,实现了一个快速、准确、性能较好的粮仓监控系统,用来完成粮仓温度、湿度的自动监控。该系统功能比较完备,通用性强,为计算机测控领域提供了一个新的控制思路。但随着网络控制、远程控制的不断成熟,该系统需要进一步完善,实现远程监控。

参考文献

[1]孙瑶瑶.基于单片机粮仓测控系统的研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2007.

[2]高敬格,王书强,杨怡君,等.虚拟仪器技术在实验教学中的应用[J].科技情报开发与经济,2007,17(16):234-235.

[3]吴炳胜.80C51单片机原理与应用[J].北京:冶金工业出版社,2003:20-40.

粮仓监控系统 篇2

本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书

学院 专业 级（届）

班 学号 学生

题 目：粮库温湿度的检测系统设计

专题题目（若无专题则不填）：

原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)：

1、本设计的工作基础：粮库温湿度环境参数的检测是粮库粮情检测的重要参数，早期大多采用干湿度表、毛发湿度计、双金属式测量计和湿度试纸等人工测试器材，检测方法费时费力、效率低、误差大。后大部分采用有线的方式，铺设大量电缆检测温湿度参数，但对于大型粮库，存在面积大布局分散布线困难、现场信息分散等问题。采用无线的方式进行参数检测具有实时性高、低成本、低功耗、效率高等特点。设计一套基于无线网络的粮库温湿度参数检测系统，实现实时采集、处理、传输和显示数据，对粮库粮情的检测具有重要的应用价值。

2、本设计的研究条件: 各种传感器器件、zigbee无线数据传输模块，射频芯片、装有开发环境的PC机，单片机实验室、物联网实验室等。

3、本设计的应用环境:在环境参数的在线实时监测中具有广泛应用价值。系统具有结构简单、实时性强、成本低，功耗低等特点，除了在粮库参数检测中能运行之外，在其他应用领域具有通用性，例如对于大面积范围的环境参数检测，农业大棚内的实时参数检测、文物环境参数检测等。

4、工作目的：选择合适的传感器对温湿度要求比较高的应用环境进行实时监测，掌握传感器的工作原理；同时，设计一个以无线为传输介质的实时检测系统，包括硬件设计和软件设计，主要实现对温湿度的实时显示、数据管理和控制。另外，本课题的研究将提高学生正确使用技术资料、查阅专业学术期刊、撰写专业技术论文等方面的能力以及提高学生回答、阐述问题的能力。

主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：

研究内容：

1、掌握国内外粮库温湿度的检测系统的研究现状及发展趋势；

2、掌握各种参数检测的传感器的工作原理；

3、以单片机为核心，设计一套温湿度的检测系统的硬件电路；

4、掌握无线通信协议的原理。

5、根据功能要求，对系统实现软件设计。

6、在设计中，在上位机软件如何实现实时数据采集以及与数据库的连接；同时对于实时数据如何进行实时显示和数据管理； 具体要求：

1、在熟悉传感器工作原理之后，以单片机为核心，硬件电路设计包括控制器模块、传感器模块、电源模块、显示模块、按键模块等等的设计；至少能实现在线模拟仿真，画出符合要求的原理图和PCB电路图；

2、软件设计要求在硬件设计的基础上，画出整个系统的流程图，选择合适的编程软件实现各模块功能的要求。

3、传感器测得的数据在上位机上能实现实时显示，与数据库连接，对历史数据进行存储管理和交互；

4、对设定时间内采集的数据进行实时变化曲线显示；

5、在完成上述功能后，对系统增加报警系统，设置上、下限，可以是硬件报警也能是软件报警。日程安排：

整个设计要求在13周内完成，具体进度安排如下：

第一阶段：现场调研：认真收集有关资料，了解粮库环境参数检测系统的研究现状及一些相关的控制算法。

第二阶段：了解系统：了解各传感器的工作原理和无线传输原理。第三阶段：提出设计方案：在前面两个阶段的基础上，提出对整个系统的实现设计方案，撰写开题报告等相关材料。

第四阶段：程序设计：根据系统的整体方案，对整个系统的硬件设计和软件设计、调试。

第五阶段：文件编制：撰写论文初稿，准备答辩提纲，进行答辩。主要参考文献和书目：

[1] 袁秀英．组态控制技术[M]．电子工业出版社，2007．

[2] 杨宁，黄元峰．微机控制技术第二版[M]．高等教育出版社，2005． [3] 周乐挺．传感器与检测技术[M]．高等教育出版社，2005．

[4] 何希才.传感器技术及应用[M].北京航空航天大学出版社,2005.[5] 赵家责.传感器电路设计手册[M].中国计量出版社,2002.[6] 王家杰.控制技术与仪表武[M].汉理工大学出版社,2002.[7] 龙志文.电力电子技术[M].机械工业出版社,2006.[8] 潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安电子科技大学出版社,2007.[9] 王忠民.微型计算机原理[M].西安电子科技大学出版社,2007.[10] 林福宗.多媒体技术基础[M].清华大学出版社，2002.[11] 张子慧.热工测量与自动控制[M].中国建筑工业出版社,1998.增加近期的期刊

参考文献增至20个以上

指导教师（签字）：

年 月 日

节能型粮仓降温灭虫控制系统 篇3

我国是世界上最大的粮食消耗国，为了防止粮食在贮藏过程中产生霉变以及减少虫害，确保粮食质量，减少陈化粮的出仓率，目前最常用的是喷洒包括杀虫剂在内的粮食化学保护剂。

但因化学保护剂成本高、在高温条件下稳定性较差且害虫的抗药性强等因素，虫害灭而不绝。因此，研究高效、低污染的替代灭虫法，是库存粮食研究工作的当务之急。

一、研究思路

研究一种无化学剂、不耗电的粮仓水管热交换降温灭虫法，利用建筑室外和地下两种不同自然温度，通过自来水管热交换降低粮仓室内的温度，使其长年保持在相对恒定、低温又干燥的环境中。它由室内水管热交换器、室外水管热交换器、高水位蓄水装置、温控开关、地下自来水管网、碳素防潮剂和建筑室内等部分组成。

二、装置说明

控制系统地下自来水管网的进、出水温控开关分别与室内水管热交换器和室外水管热交换器的两端接头相连通；室外水管热交换器（包括带有温控开关的两端接头）与室内水管热交换器两端接头相连通。

高水位蓄水装置连接在室内水管热交换器与室外水管热交换器相连通的管道高处；建筑室内放置碳素防潮剂，并且充分利用夏天较低的水下、地下温度和冬天更寒冷的地面温度，有效降低粮仓内的湿度、温度。

粮食在入库前经阳光晒干或烘干机脱水处理后，粮食害虫基本被消灭，剩下不多的耐高温害虫跟随谷物入库后，一般在15℃左右无法繁殖，10℃以下休眠直至冻死。

关闭室外水管热交换器上的两个温控开关，同时打开室内水管热交换器与自来水管网相连通的进、出水温控开关，在自来水压力的作用下，冰凉的地下自来水从进水温控开关流经室内水管热交换器和高水位蓄水装置，不断替换出粮仓内的热量。

当气温降至低于地下温度时，打开室内水管热交换器与室外水管热交换器相连通的温控开关，让自来水流入室外水管热交换器内并逼出管内的气体之后，关闭室内水管热交换器与自来水管网相连通的地下水管热交换器的进、出水接头的温控开关。

由于高水位蓄水装置中的水确保了室内、外两水管热交换器的连通，管内有一定的水压，在不断水的前提下，室内、外温差迫使两水管热交换器中的热水向上升，冷水向下沉，作连续不断的封闭式循环水热交换，同时将水中含有的气体导入高水位蓄水装置中，构成室内、外温差热交换。

当温度接近0℃时，关闭与室外水管热交换器相连通的温控开关，室内水管热交换器不工作，确保室内温度不被替换出仓。当室内温度高于地下温度时，再次打开室内水管热交换器与自来水管网相连通的进、出水温控开关，直至保持在相对恒定的地下、水下低温环境中。

三、创新点

1.自来水管网是巨大的、现成的热交换器，蕴藏着巨大的地能，是构成室内与地下温差热交换的重要组成部分。本发明有效利用地下、地面的自然温度差，降低粮仓室内的温度和湿度，是一种无污染、不耗电的建筑节能粮仓水管热交换降温灭虫控制系统。

农垦粮仓温湿度无线监控系统探究 篇4

根据科学的数据证实, 大多数蛀虫和霉菌的生存温度在10摄氏度以上, 低于这个温度, 害虫即丧失活动能力和停止繁殖, 而相对湿度在65%以下, 多数霉菌就无法正常发育。目前, 国内生产的粮情监测系统品种繁多, 现场检测电路和上位机的通讯大多采用RS-485, 使整个系统抗干扰能力差, 实时性和纠错能力不强, 增加了节点困难。当某一通信节点出现故障时, 还会影响整个系统。因此, 为了提高粮仓监控系统的可靠性, 设计了基于的粮仓温湿度无线监控系统。

1 系统的总体组成

粮仓监控系统由监控中心、无线监控通信终端、智能监控器和GSM无线通讯网络组成。采用GSM通信模块TC35i实现无线数据传输的通信终端, 该终端通过模块化设计和高度可靠的传输机制, 能够很好地完成粮仓温湿度监控系统的无线数据传输功能。监控系统智能控制器以单片机MC68HC912BC32为核心…, 通过传感器检测粮仓内的温度、湿度等因素, 并对检测到的信息进行判断, 每个监测点安装一台温湿度控制器, 通过一根4芯通讯线联接到无线短线报警器上。用户可根据需求自行设定每台温湿度控制器的温湿度超限值, 任何一个点位的温湿度控制器监测到的温湿度数据超标时, 无线短信报警器都会发短信信息到管理人员手机上, 每台温湿度控制器都有属于自己的地址码, 管理人员看到短信就能知道哪个监测点出现问题, 能够及时进行相关处理, 非常方便监管。也可将数据直接发送至监控电脑。

2 监控系统的硬件实现

2.1 无线监控通讯终端硬件

无线监控通讯终端采用讯模块, 配以MAX3232实现电平的转换。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频 (GSM900/GSMl800) 、RS232数据口、符合GSM0707和GSM0705, 且易于升级为GPRS模块模块集射频电路和基带于一体, 向用户提供标准的AT命令接口, 为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输, 方便用户应用开发及设计。TC35i有40个引脚, 通过一个ZIF (零阻力插座) 连接器引出。这40个引脚可以划分为5类, 分别为电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。其中, 15脚为点火线IGT, 当TC35i通电后须给IGT一个大于100ms的低电平, 模块才启动。数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器, 符合接口标准。它有固定的参数:8位数据位和l位停止位, 无校验位, 波特率在300-115kbps可选, 硬件握手信号用RTSO/CT件流量控制用XON/XOFF, CMOS电平, 支持标准的AT命令集。

2.2 智能控制器硬件组成

智能控制器主要有4部分组成:Motorola单片机MC68HC912BC32最小系统、传感器电路、液晶显块和键盘。通过键盘设定/输入监控中心的电话号码, 并由液晶显示屏实现人机交互功能。处理器CPUl2, 支持背景调试模式, 程序存储器, 具有SCI, SPI和tus CANl2串口, 8通道10位A/D转换, 最大I/0数为63。x液晶显示模块显示模块采用带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的FYDl2864-0402B, 内部含有国标一级级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块:内置8192个16×16点汉字, 与128个16×8点ASCII字符集也可完成图形显示。

采用相对湿度传感器HIH36并配合一线总线智能电池监视器件实现湿度采集, 组成一种完全符合一线总规范的湿度传感器。相对湿度传感器HIH3610在供电电压为5V时, 其消耗电流仅为200m A, 故完全可满足一线总线对器件低功耗的要求, 由于一线总线上供电电压值为变量, 故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压K州的值。HIH3610测量湿度值还与环境温度有关, 故应进行温度补偿, 因此, 为得到准确的湿度测量值, 还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。

DS2438硬件资源有2个ADC和1个温度传感器;电压ADC对0-IOV输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0-5V输入信号实现9位变换, 用来读取加在电源引脚上的电压硬件资源有2个ADC和1个温度传感器, 电压ADC对0-10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0-5V输入信号实现9位变换, 用来读取加在电源引脚上的电压。智能型数接度传感器, 它采用一线接口, 既可通信, 又可通过数线供电, 只需占用微处理器的一个I/0位;并且Sl8820将测得的温度信号转换为数字量输出, 可以接与微处理器相连, 大大简化了电路的设计。

3 监控系统软件

本系统程序设计的任务是:一是温湿度的采集与处理;二是TC35I的启动、状态检测;三是智能控制器与TC5i的串口通信;四是键盘扫描设定发送手机号与液晶显示。系统软件主要由初始化模块、检测模块程序、串口发送模块程序和显示模块4部分组成。目前, 发送短消息常用Text和PDU (Protocol温度值Unit, 协议数据单元) 模式。使用Text模式收发短信息代码简单, 实现起来容易, 但缺点是不能收发中文短信;而PDU模式不仅支持中文短信, 也能发送英文短信。PDU模式收发短信可使用3种编码:7-bit, 8-b和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符, 8-bit编码通常用于发送数据消息, UCS2编码用于发送Unicode编码字符。单片机与TC35i的软件接口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术, 首先设置TC35i模块的工作模式;AT+CMGF=n, /7, =0为PDU模式, 文本模式;通常设置为PDU模式, 在这种模式下, 能传送或接受透明数据 (用户自定义数据) 。AT+CMGL=凡为读TC35i模块内的短消息, n为短消息信号。列出模块内的短消息, n=0时未读的短消息, 忍=1为已读的短消息, 凡=2为未发送的短消息, 凡=3为已发送的短消息, n=4为所有短消息。AT+CMGL=n为删除TC35i模块内的短消息, /'t为短消编号。通过TC35i写入不同的AT指令, 能完成多种功能, 如网络登录、发送SMS消息、接受SMS消息等。

4 结论

整套监控系统适合农垦粮仓的温湿度监控, 它基于传感技术、网络技术、信息管理技术、通信技术等先进技术为主体, 按照分布式原则设计, 以全数字信号进行传输, 提高了系统的可靠性和可维护性。通过我们的专用温湿度监测软件接收、显示、分析、监测, 从而达到实时监控被测点位的温湿度环境变化。是一套可无人值所, 能24小时不间断实时监控记录的自动化监测系统。

摘要：对于农垦的生产而言, 粮食的储存问题一直是备受关注的难题, 粮仓内温、湿度的高低, 对能否安全储粮起着关键作用。如何有效地控制和改变粮仓内部的温度、湿度, 是我们一致长期研究的问题。以单片机MC68HC912BC32为核心, 配以温度传感器和总线湿度传感器组成监控器, 采用西门子TC35i及其外围电路构成无线监控通讯终端, 利用GSM无线通信网络实现对粮仓内的温湿度进行智能监控, 为粮仓温湿度无线监控系统的设计提供参考依据。

《大国粮仓》启迪心得 篇5

导演史凤和采取散文诗化的手法，以环球杂志记者绿蒂对袁隆平的采访为主线，设计成三个“乐章”，以交响曲贯穿始终，电影艺术地再现了杂交水稻之父袁隆平矢志不渝、创造奇迹的非凡经历。

正如先生片头讲的那样“只要有阳光，就有生命的交响曲”，先生用他的执着谱写了生命的最强音，成为了高山仰止的歌者!蓝天，白云，海边，先生说“我是一个把生命当歌唱的人”。整部影片视角下移，用乐观、阳光、朴实的画风和手法，讲述了袁隆平历经坎坷研究出杂交水稻，解决人类吃饭难题的故事。

三年自然灾害造成的全国大饥荒，是真正触动袁隆平的点，让天下人都能吃饱饭，让人类远离饥饿的崇高理想真正的“生根发芽”。他尊重科学，根据生物遗传学，潜心研究水稻，他发现了一株结有230粒的高产稻穗，他把它们当成种子培育，可事与愿违，这230粒种子结出的稻穗参差不齐。他依据对生物遗传学的深入研究，同时，仔细观察和反复推敲，论证了先前“鹤立鸡群”的稻株就是“天然杂交稻”。从此，袁隆平杂交水稻高产梦启程了。

他历经千辛万苦在茫茫的稻海里找到了败育型雄性不育株。随后他为了加快三系配套(不育系、保持系、恢复系)育种步伐，袁隆平告别妻子和孩子，带着两个助手远赴海南，追逐梦想。在海南人民的配合下，他们兵分几路寻找野生稻。因为他不想错过野生稻一年一度的抽穗扬花期。却错过了父亲的葬礼。

经历了十多年的研究，杂交水稻没有突破性的进展，引来了水稻专家的冷嘲热讽，可不但没有削弱他的锐气，反而更加坚定了他的信念，袁隆平说“就算撤消项目，停拨科研经费，我也决不放弃研究”，最后终于发明了高产的杂交水稻，以致大面积育种，在全国推广。

电影没有离奇曲折的故事情节，却通过人物朴实幽默的语言，用平民化的视角来塑造他，减少人物的神话色彩，努力展示出人物真实生动的人格之美，通过他面对谎言、挫折的态度，生动地刻画了一个真实、执着、幽默、多才多艺、纯粹而高尚的人物形象，还原了真实的伟人袁隆平。

影片结尾，袁隆平亲自出演了老年的自己，这是影片最惊艳的地方。他讲着流利的英文，从容不迫地回答记者绿蒂女士的问题，他说杂交水稻不仅属于中国，也属于全世界，而生命不息，他将继续追寻他的禾下乘凉梦。

“国家粮仓”满之患 篇6

政府每年要花掉巨额的财政补贴，但现实却是，国内粮价越托越高，中储粮粮满为患，粮食市场难以自发形成价格信号调节生产。随着国家层面开始对粮油收储进行改革，中储粮何去何从？

坏消息不断

作为粮食市场的“巨无霸”，中国储备粮管理总公司（以下简称中储粮）在成立15年之际坏消息不断。

2015年6月28日，国家审计署公布说中储粮在财务支出、政策粮收储、内部管理上存在多个漏洞。三个月前，央视曝光了吉林、辽宁中储粮委托的租赁仓库存在“陈粮顶新”事件。7月14日，中储粮又被爆出收购粮食“打白条”的新闻。

中储粮原本是为了“粮食安全”的目的而生。从2000年诞生始，这个国家的“大粮仓”就一直执行国家托市收购政策，负责国家政策性粮食收购和储备，收储国家战略储备粮以及用于调节粮食市场的托市收购粮、临时储备粮。

每年，中储粮以托市价从农民手中收购粮食，留下战略储备粮之后，再将剩余部分以市场价格销售给各类粮食企业，粮企再向市场销售。

实行多年的托市收购政策提高了农民种粮积极性，促进了粮食增产。但在持续多年之后，面对已经发生变化的市场，中储粮陷入尴尬。

中储粮官网数据显示，这家公司2014年资产达7000多亿元，销售收入2200亿元，直属库346个，员工4.48万人。

为了这个“巨无霸”，政府财政花了多少钱？据2014年财政部公开的政府财政决算报告，2014年的粮油物资储备支出1539.75亿元。这仅仅是一年的数字。

不仅如此，国内粮食市场目前的现实却是粮价越托越高，中储粮粮满为患，粮食市场难以自发形成价格信号，以指导生产者的计划。

2014年，国务院取消了棉花和大豆临时收储政策，并对新疆（含兵团）棉花和辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古的大豆实行目标价格改革试点。这意味着国家层面开始对粮油收储进行改革。

日前，农业部公布了一份《十二届全国人大三次会议第1480号建议答复摘要》，其中提到，其他几类品种也要“发挥市场形成价格的决定性作用”。

这样的变化中，中储粮该何去何从？

库存压顶

8月，距离国家粮食托市收购截止日期还有一个多月，在安徽亳州这样的粮食主产区，国有粮库门口却没了排队的卖粮卡车队。

2015年，安徽夏粮总产量达到1414.7万吨，同比增长1.1%，实现“十二连增”。中国社科院曾发布《中国农村经济形势分析与预测》显示，2015年中国粮食总产将以“十二连增”达到6.1亿吨。而在粮食产量逐年稳增的同时，国家每年收购的粮食也在增加，由此带来巨大库存量。

中国到底有多少粮食库存，没有公开信息披露。但中央财经领导小组办公室副主任韩俊曾公开称，“全世界最庞大的库存已经建立起来了。”

据多位粮食专家估计，中国库存消费比高达近50%，而这远远高于联合国粮农组织规定的17%-18%的粮食安全标准。“即便是我们人口多，30%就够了。”中国人民大学农业与农村发展学院教授孔祥智对记者说。

中储粮建立如此庞大的库存，缘起于粮食管理体制。

中储粮成立之时，将1990年代初期建造的一批粮库上收；而此时的仓容是为了“国家专项储备”而建。在2004年，国家为了解决农民“卖粮难”等问题，实行托市收购政策。此后，随着粮食产量的逐年递增，收购量也逐年递增。

中储粮官网数据显示，2005-2014年，中储粮累计完成最低收购价和临储粮收购近6亿吨，相当于2014年国内一整年粮食的产量。仅2014年，中储粮购销粮食达到2.6亿吨，管理的政策性粮食占全社会库存的70%，仓容罐容8000万吨，资产7000多亿元。

如此巨大的收储量，仅仅靠中储粮一家企业肯定是完不成的。中储粮官网显示，目前，87%的最低收购价和临时收储粮油分散储存在11000多个地方和民营企业。中储粮自己的直属库仅有346个，委托收储库点数量是中储粮直属库数量的三十多倍，委托代储的政策性粮食比例80%以上。

面对这1万多的委托承储库，监管并非易事。“这几次出事都是中储粮委托或者租赁的库点出事，并不是中储粮自己有问题。”一位中储粮内部人士说。

但从2012年河南中储粮周口直属库主任乔建军卷款潜逃一案开始，在中储粮和承储企业之间就存在着各种潜在的“问题”。而“转圈粮”“以陈顶新”“打白条”问题暴露了中储粮的监管不力。

解决问题的方案，是国家支持中储粮“自建仓库”。中储粮相关负责人对记者称，今年投资100亿元新建仓容，这是中储粮成立以来建设规模最大的一年。

卖不掉的粮食

托市价格连年攀升已逼近市场价格后，收储的粮食从入库到出库难以形成一个循环的体系。中储粮多年执行托市政策之后，渐渐陷入一个粮食补贴越来越高、库存周转不灵的新困境。

“托市”，顾名思义，即把粮食价格“托”起来，稳定粮食价格。国家往往会在每年农民种粮之前公布一个价格，即最低收购价。粮食成熟后，如果市场价格低于最低收购价，即会启动“托市收购”，从而保证农民“卖得出去”粮食。托市收购的执行主体是中储粮。

托市收购开始时主要是针对水稻和小麦。在2008年之后，对玉米、大豆、油菜籽、棉花等大宗农产品，在一些主产区实行临时收储。临时收储与最低收购价收购类似，均可划分至托市收购范围。

超低功耗粮仓无线实时监测系统设计 篇7

温度对粮食的存放起着至关重要的作用,国家粮食法规定,必须定期抽样检查粮库各点的温度,以便及时采取相应的措施保证粮食的安全。但我国大部分粮库采用人工的方式进行粮库温度测量,这样不但费时费力,而且不能做到对粮食温度的实时监测,导致我国每年都会有大面积粮食变质现象的发生[1]。

近年来,我国的科研人员开发了一些无线传感网络检测系统,它们有的采用ARM+ZigBee[2],还有的采用Atmega128L+ZigBee[3]。但是从功耗和成本以及粮仓环境的复杂程度多方面考虑,本文利用MSP430+nRF905设计了基于改进的TDMA通信协议的超低功耗无线传感网络。此系统具有成本低、超低功耗的特点,实现了对粮库温度的实时监控。

1 系统整体结构设计

为了实现超低功耗的设计应从硬件和软件两方面同时进行,硬件电路的设计尽量采用低功耗器件,减少电路设计的复杂程度;软件方面让不工作的节点进入休眠状态,程序设计简练、减少循环[4]。

1.1 系统整体结构

本系统由传感节点、汇聚节点、管理平台三部分构成。系统组成框图如图1所示,传感节点负责完成粮库现场温度的采集和处理,并通过无线传感器与汇聚节点进行数据交换。汇聚节点负责实现两个通信网络之间数据的交换,实现两种协议之间的通信协议转换,它发布管理节点的检测任务,并把收集到的数据转发到管理平台上。管理平台主要是实现对整个网络的检测、管理及采集温度的实时显示,以及对历史采集数据的查看[5]。

1.2 节点硬件的设计

传感节点主要由处理器模块、传感器模块、无线通信模块、电源模块组成。图2为传感节点组成框图。

处理器模块是传感节点核心模块,负责完成数据处理、数据存储、执行通信协议和节点调度管理工作等。传感器模块负责感知数据。无线通信模块负责完成无线通信任务,是传感器节点中最主要的耗能模块。电源模块是所有电子系统的基础,考虑到节点使用的寿命、成本、体积和设计复杂程度,电源模块的设计采用原电池。

1.2.1 处理器的选择

基于本系统只需进行低速数据处理且硬件设计以简单为宜,所以不需使用功能强大价位较高的ARM处理器,处理器模块选用价位较低的TI公司的16 b超低功耗MSP430F149,该芯片具有5种低功耗工作模式,休眠时电流为只有0.1 μA。片内集成60 KB+256 B的FLASH,2 KB的RAM[6],完全可以胜任无线温度检测系统温度。

1.2.2 无线通信模块的设计

无线通信模块采用挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器nRF905。工作电压为1.9～3.6 V,32引脚QFN封装(5 mm×5 mm),工作于433/868/915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道,频道之间的转换时间小于650 μs。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器, ShockBurstTM工作模式,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验),使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低,以-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA,工作于接收模式时的电流为12.5 mA,内建空闲模式与关机模式,易于实现节能。电路图设计如图3所示。

1.2.3 传感器模块的设计

传感器模块采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成,具有耐磨耐碰,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。它的工作电源为 3～5 V DC,测温范围为-55～+125 ℃,固有测温分辨率0.5 ℃。采用独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可实现与DS18B20的双向通信。支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。在使用中不需要任何外围元件。

1.3 通信协议的设计

通信协议的设计直接关系到节点寿命,它决定节点工作与休眠时间的长短。虽然改进的ESRP方案[7]网络的生存周期较长,但是考虑到粮仓中分布的传感节点数目相对较少,以及并不需要频繁进行数据的通信。文献[8]针对无线传感器网络路由协议进行了详细研究得出结论,单路径路由协议简单,数据通信量少,有利于节省节点能量,但是其容错性差和健壮性差。所以放弃以上方案。

本文系统对单路径路由协议在TDMA的基础上进行了改进,克服了容错性差的缺点。节点设定为1 h进行一次温度采集及数据传输,把时间分成60个离散时隙,每个时隙长度为1 min,这样每个时隙长度远远大于每个节点的通信时间,不同节点设定在不同时隙发送数据,在程序设计时人为设定好节点的休眠时间,等到它的工作时隙时唤醒,其他节点进入休眠,1 min后进入休眠,另一个节点被唤醒。这样充分避开了同一时隙多个节点同时发送数据的发生[9,10]。

该通信协议解决了数据传送过程中出现多个节点响应的问题。在系统开始工作前,汇聚节点先发送一个同步信号,使所有的节点时隙同步,在节点不需要进行数据传输时进入休眠状态,解决了接收不必要的数据过度监听造成能量过度消耗的问题,充分避免冲突,提高了信道的利用率以及节点的使用寿命,通信协议在一个节点中的实现程序如下:

1.4 桌面管理程序的设计

在VC++6.0中编写桌面实时显示程序。本程序能够实时的显示节点温度,并且可以切换节点温度显示,以及对温度历史记录的查看。图4为工作在室内环境时显示结果。

2 验证实验

2.1 数据可靠性验证

实验设备包括5个电子温度计,5个具备无线收发功能的节点,1个具备无线收发功能且具有串口通信功能的汇聚节点以及1台运行有数据采集管理软件的PC机。将5个节点置于室内不同位置,两两之间距离大于10 m,并在每个节点旁边放置1个电子温度计。启动设备并记录实验数据如表1所示。

因为DS18bB20的测量精度为0.5 ℃,而且电子温度计本身的测量值与实际的室温有一定偏差,而且在粮仓中只要不出现较大的温度偏差是可以接受的,所以可以认为这个系统测量的数据是可靠的。

2.2 电池续航能力验证

为验证节点能够正常工作的时间,设计了如下实验。实验设备包括5个具备无线收发功能的传感器节点,一个具备无线收发功能且具有串口通信功能的汇聚节点以及一台运行有数据采集管理软件的PC机。为每个节点提供9 V的电池供电,将三个节点放到室内不同的位置,两两之间距离大于10 m,运行系统,设定传感器节点每分钟进行一次温度测量并进行数据发送。

系统开始工作后,记录经测量这五个节点温度采集次数如表2所示。

从表中可以得到虽然节点在电池组电压只有4 V的时候停止工作,但是节点的平均工作时间仍然达到4 564.8次,如果忽略节点处于休眠期间的能量损耗,延长温度采集间隔及每小时进行一次温度采集,平均工作时间将为190.2天。

3 结 论

本文通过分析当前有线网络传输在粮仓温度监测领域存在的问题,设计了用于粮仓温度实时监测的超低功耗无线传感网络系统,其中包括节点、温度传感器模块、无线通信模块以及通信协议的超低功耗设计。最后对传感节点做了验证试验,试验结果表明传感节点符合粮仓实时无线监测系统的设计要求,具有使用采集信息可靠性高、超低功耗工作的特点。

虽然这个无线传感实时监测系统符合设计的要求,但是还是存在一些问题,只适应于传感器节点个数小于60的粮仓,当节点数目大于60个时,需要改变时隙的长度,并且节点有可能处于通信范围外围或边缘,影响通信质量,当出现上述情况的时候就需要设置中继节点并对通信协议进行适当的修改。

摘要：针对在粮库温度智能监测领域,采用电线电缆传输数据的不便以及目前无线传感网络节点寿命短的问题,利用MSP430超低功耗单片机设计了超低功耗无线温度监测系统。基于超低功耗设计了系统的整体框架以及各模块硬件,其中包括节点、温度传感器模块、无线通信模块、通信协议、桌面实时显示程序,通信协议解决了多个节点同时介入时的碰撞问题并设计了节能算法。最后对整个系统的可靠性以及节点的使用寿命进行了实验验证,经过试验的检验本系统具有超低功耗的特点,基本满足超低功耗粮仓无线实时监测系统的设计需求。

关键词：超低功耗,MSP430,硬件,节能,试验验证

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粮仓监控系统 篇8

目前,国内生产的粮情监测系统品种繁多,现场检测电路和上位机的通讯大多采用RS-485,使整个系统抗干扰能力差,实时性和纠错能力不强,增加了节点困难。当某一通信节点出现故障时,还会影响整个系统。因此,为了提高粮仓监控系统的可靠性,设计了基于GSM的粮仓温湿度无线监控系统。

1 系统的总体组成

粮仓监控系统由监控中心、无线监控通信终端、智能监控器和GSM无线通讯网络组成。整个监控系统结构原理,如图1 所示。

采用GSM通信模块TC 35i实现无线数据传输的通信终端,该终端通过模块化设计和高度可靠的传输机制,能够很好地完成粮仓温湿度监控系统的无线数据传输功能。监控系统智能控制器以单片机MC 68HC 912BC 32为核心[1],通过传感器检测粮仓内的温度、湿度等因素,并对检测到的信息进行判断,将结果及时送给监控中心计算机。

2 监控系统的硬件实现

2.1 无线监控通讯终端硬件

无线监控通讯终端采用SIEMENS TC35i[2]作为通讯模块,配以MAX3232实现TTL电平电到RS232电平的转换。TC35i 与GSM 2/2+ 兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI 标准GSM0707 和GSM0705,且易于升级为GPRS 模块。该模块集射频电路和基带于一体, 向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户应用开发及设计。TC35i有40个引脚,通过一个ZIF (零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类,分别为电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。其中,15脚为点火线IGT,当TC35i通电后须给IGT一个大于100ms的低电平,模块才启动,31为Power down, 32为SYNC。16-23为数据输入/输出,分别为DSR0,R ING0,RxD0,TxD0,CTS0,RTS0,DTR0和DCD0。TC35i的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器,符合ITU-TRS232接口标准。它有固定的参数:8位数据位和1位停止位,无校验位,波特率在300~115kbps可选,硬件握手信号用RTS0 /CTS0,软件流量控制用XON/XOFF, CMOS电平,支持标准的AT命令集。其外围电路接线如图2所示。

2.2 智能控制器硬件组成

智能控制器主要有4部分组成:Motorola单片机MC68HC912BC32最小系统、传感器电路、液晶显示模块和键盘,如图3所示。通过键盘设定/输入监控中心的电话号码,并由液晶显示屏实现人机交互功能。MOTOROLA单片机MC68HC912BC32采用16位中央处理器CPU12,支持背景调试模式,具有32kB的FLSAH程序存储器,具有SCI,SPI和 msCAN12串行接口,8通道10位A/D转换,最大I/O数为63。

液晶显示模块显示模块采用带中文字库的128×64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的FYD12864-0402B,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;内置8192个16×16点汉字,与128个16×8点ASCII字符集,也可完成图形显示。

采用Honeywell公司相对湿度传感器HIH3610,并配合DALLAS公司一线总线智能电池监视器件DS2438[3]实现湿度采集,组成一种完全符合一线总线规范的湿度传感器,如图3所示。相对湿度传感器HIH3610在供电电压为5V时,其消耗电流仅为200mA,故完全可满足一线总线对器件低功耗的要求,其输出电压为:Vout=Vsupply[0.0062(sensor%RH)+0.16],若Vsupply固定为5V,则其值仅由相对温度值决定。由于一线总线上供电电压值为变量,故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压Vsupply的值。HIH3610测量湿度值还与环境温度有关,故应进行温度补偿,补偿公式为:RH=(sensor%RH)/1.0546-0.0216T。因此,为得到准确的湿度测量值,还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。DS2438硬件资源有2 个ADC和1个温度传感器;电压ADC对0~10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0~5V输入信号实现9位变换,用来读取加在电源引脚上的电压硬件资源有2 个ADC和1个温度传感器,电压ADC对0~10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0~5V输入信号实现9位变换,用来读取加在电源引脚上的电压。

DS18B20[4]是DALLAS 公司推出的智能型数字式温度传感器,它采用一线接口,既可通信,又可通过数据线供电,只需占用微处理器的一个I/ O位;并且DS18B20 将测得的温度信号转换为数字量输出,可以直接与微处理器相连,大大简化了电路的设计。DS18B20本身带有命令集和存储器,微处理器通过发出控制命令,对DS18B20 的存储器进行读写,完成温度测量。

3 监控系统软件设计

本系统程序设计的任务是:一是温湿度的采集与处理;二是TC35I的启动、状态检测;三是智能控制器与TC5i的串口通信;四是键盘扫描设定发送手机号与液晶显示。系统软件主要由初始化模块、检测模块程序、串口发送模块程序和显示模块4部分组成。主程序流程如图4所示。

目前,发送短消息常用Text和PDU(Protocol Data Unit,协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信息代码简单,实现起来容易,但缺点是不能收发中文短信;而PDU模式不仅支持中文短信,也能发送英文短信。PDU模式收发短信可使用3种编码:7-bit,8-bit和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符,8-bit编码通常用于发送数据消息,UCS2编码用于发送Unicode编码字符。

单片机与TC35i的软件接口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术,首先设置TC35i模块的工作模式;AT+CMGF=n,n=0为PDU模式,n=1为文本模式;通常设置为PDU模式,在这种模式下,能传送或接受透明数据(用户自定义数据)。AT+CMGL=n为读TC35i模块内的短消息,n为短消息信号。AT+CMGL=n为列出模块内的短消息,n=0时未读的短消息,n=1为已读的短消息,n=2为未发送的短消息,n=3为已发送的短消息,n=4为所有短消息。AT+CMGL=n为删除TC35i模块内的短消息,n为短消息编号。通过TC35i写入不同的AT指令,能完成多种功能,如网络登录、发送SMS消息、接受SMS消息等。在本系统中串口通讯采用中断的方式来实现的,其短消息发送流程图如图5所示。

4 结论

本设计充分利用了现有的GSM网络资源,设计出了以Motorola单片机MC68HC912BC32单片机为核心,利用温湿度传感器组成检测粮仓环境的智能监控器,并通过串口与由TC35i构成的无线监控通讯终端通讯,能够控制TC35i发送短信息给监控中心计算机,实现了粮仓温湿度的智能监控系统。

参考文献

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基于以太网的粮仓温度监测系统设计 篇9

国家的粮食存储与国计民生密切相关,温度是影响粮食储藏效果的重要参数。粮食在贮藏过程中,由于外界温度的变化和粮堆内生物成分的生命活动而引起粮堆各部位出现温差时,在湿热扩散和空气对流的作用下,粮堆内外均易产生结露现象[1]。粮仓内的温度控制失衡将导致粮食霉变和滋生蛀虫,造成巨大的损失。温度控制的理想程度是衡量粮食存储系统性能的重要指标,而其基础是快速、准确地检测温度参数并及时进行处理。

传统的有线监测网络大部分是基于RS-485总线的,通信距离较短,通信协议效率低,抗干扰能力不强。无线监测系统成本较高,且随着仓储物的增多,无线信号衰减严重,通信可靠性降低。为此,本文研究以技术较为成熟的以太网为数据传输渠道,以PC为上位机,以AVR单片机为智能数据采集节点的核心,构建监测系统。

1 系统组成

该分布式监测系统以PC机为核心的数据采集中心和若干个温度智能采集节点组成,结构如图1所示。其中,作为采集中心的PC机以LCD显示器作为输出设备,以键盘鼠标为输入设备,用户既可以观看系统的运行状态和采集数据情况,也可以进行功能设置输入。采集中心与节点之间通过RJ-45接口的以太网进行连接,中心与节点之间的数据通信采用主从查询应答方式 。系统运行时,采集中心按一定的顺序不断轮询各节点,节点收到中心发来的符合该节点自身标识码的轮询命令后,马上启动采集,然后把数据结果通过以太网送回中心。采集中心收集、处理并显示相关的温度数据。

湿度智能采集节点主要由温度传感器、AVR单片机AT Mega8L和RJ-45接口电路组成,其结构如图2所示。

温度传感器输出的温度数据直接送入单片机内部,由单片机进行处理,并将结果通过以太网接口发送出去。

2 系统硬件电路设计

监测系统在硬件方面主要包括PC主机、显示器、鼠标键盘、采集节点模块和以太网接口电路。采集中心负责整个系统的采集任务总调度与数据汇总、处理和显示;采集节点模块服从中心发出的命令,共同实现温度数据的采集、传送、处理与显示。

2.1 温度数据采集电路

温度智能采集节点采用美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式集成温度传感器DS18B20采集温度数据。该传感器测量范围为-55~+125℃ ,最高精度可达0.0625℃[2],不需A/D转换电路,其内部直接将温度值转换成数字量输出。该传感器使用特有的温度测量技术。DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号,高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号[3]。当计数门打开时,DS1820对该频率信号进行计数,计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器,可对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。

DS18B20遵循严格的单线串行通信协议,内部含有64位激光烧刻的ROM,用以存放序列号。每个DS18B20序列号互异,使得多个传感器分时共用单条数据线与单片机进行通信成为可能。AT Mega8L和DS18B20的接口电路如图3所示。

每个智能节点有8个DS18B20,8条DQ线均连接到AT Mega8的PD0引脚。由于DQ是漏极开路输出,所以必须接上拉电阻才能输出正确幅值的脉冲信号。

2.2 采集节点以太网接口电路

采集节点的以太网接口部分主要由网络控制芯片W3100A、物理层接口芯片RTL8021BL和RJ-45接口HR901102A组成。电路如图4所示。

W3100A采用0.35μm CMOS 制造工艺,内含TCP,IPVer.4,UDP,ICMP和ARP硬件协议栈,内建可作为数据缓冲区的16kB 双口RAM,支持硬件以太网协议DLC 和MAC,支持4路独立的网络连接和Ping 命令。其协议处理速度可达全双工4~5Mbps[4]。W3100A带有I2C (Inter IC Bus)接口,可与AT Mega8L的两线串行接口TWI(Two-wire Serial Interface)直接相连。这里采用AT Mega8L的PD3对W3100A进行复位控制,采用PD7~PD5控制W3100A的接口模式,用PD1产生片选信号。

RTL8021BL通过标准的MII(Media Independent Interface)接口[5]与W3100A连接,以非独立、非重复、自谈判、全双工、10Mbps全速和无连接省电的模式工作;使用5类非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Paired),所以RTL8021BL的MII,LDPS,SPEED,DUPLEX,ANE接高电平,ISOLATE、RPTR和RXER/FXEN接低电平。为了降低系统功耗,提高工作稳定性,RTL8021BL的功能引脚与相应的电源端之间要通过4.7kΩ的电阻相连,与相应的接地端之间通过1.5kΩ的电阻相连。

RTL8021BL的网络接口TPTX和TPRX与HR901102A相应的引脚相连。HR901102A是汉仁电子有限公司生产的集成了网络变压器的RJ-45连接器,符合IEEE802.3和IEEE802.3ab标准的要求[6],可实现稳定的以太网物理层电气连接。

此外,为了保证可靠通信,W3100A与RTL8021BL采用高精度和稳定度的25MHz有源晶振为外部时钟源,采用CLC滤波电路对RTL8021BL的模拟信号电源与数字信号电源进行隔离,降低串扰噪声。

3 软件设计

监测系统采用具有高传输有效性的TCP协议进行数据传输。采集中心的IP定为“192.168.2.1”,端口序号(Socket ID)为2600,各采集节点的IP范围为“192.168.2.2~192.168.2.255”,通过设置采用不同的MAC(Media Access Control)地址。系统工作时,中心在按IP顺序向各节点发出采集指令,收到指令的节点马上将该节点的8个位置的温度数据回传给中心。各节点具有温度超限判断功能,当温度异常时马上给中心发送报警信息。

软件设计主要包括节点温度数据采集程序设计、采集节点以太网接口程序设计和采集中心程序设计3大部分。

3.1 节点温度数据采集程序设计

单片机AT Mega8L按照30ms的时间间隔进行多路测量[7],采集节点中8个DS18B20的温度数据,并将数据按传感器所在的位置排序后暂存。节点对中心指令的响应是以中断的方式进行的,当接收到中心下达的采集指令后立即将相关数据回送。如果发现温度异常,马上发出报警信息。

节点温度采集程序流程如图5所示。

3.2 节点以太网接口程序设计

利用WIZnet公司网站提供的Socket API函数,可以更简便地编写操作W3100A的程序。该程序主要涉及到建立网络连接和进行网络数据传输两个方面的内容[8]。首先,应建立基于TCP协议的面向连接的网络传输。其中,采集中心在服务器模式,采集节点工作在客户端模式。在建立网络连接之前需要对W3100A进行初始化,包括以太网接口参数初始化和套接字初始化。然后,节点与中心建立网络连接后进入监听状态,在连续进行温度数据采集的同时等待中心指令的到来。以太网接口对数据的读取与发送实质上是对W31OOA内部读写指针寄存器进行操作。在单片机AT mega8L内部定义相关指针寄存器,分别指向连接在节点系统中的W3100A各个寄存器地址,通过对指针的操作实现数据传输。

3.3 采集中心程序设计

在采集中心的PC机硬件平台上,以Matlab R2007a开发环境为工具,利用其自带的TCP/IP控件编制监测中心的数据采集、储存、处理以及操作界面等相关程序。首先利用控件进行网络接口初始化,打开通信端口(Socket),然后向各节点发出采集指令,收集、处理、存储并显示温度数据,同时监听报警信息。当中心接收到温度超限的报警信号时,立即启动相关区域的执行机构进行温度调节,以使温度变回到正常范围。

4 结束语

本文中所设计的基于以太网的粮仓温度监测系统由数据采集中心和温度智能采集节点两部分组成。数据采集中心以PC机为核心,以Matlab为平台开发监测程序,并利用RJ-45接口的以太网进行命令发送和数据收集汇总。系统使用具有出错自动重传功能的TCP协议进行数据传输,保证了通信的可靠性,增长了通信距离。

节点中的AT Mega8L单片机内部嵌有6通道10位精度的ADC(Analog-to-Digital Convertor),用户可根据实际需要在目前系统硬件基础上挂接其它传感器模块,通过增加相应的软件功能模块,实现对更多模拟量(如湿度、气压和粮食存储高度等)的监测。

摘要：粮食储藏时的温度参数直接影响着储藏效果,准确检测出粮仓内部各位置的温度是实现对其理想控制的基础。为实现对多点温度数据的自动监测,设计了以PC机为核心的多路数据采集和处理系统。该系统采用单一采集中心和多个智能采集节点的分布式结构,节点与中心采用基于TCP协议的以太网进行通信,采集中心通过运行在Matlab环境下编制的监测程序不断收集、处理和显示各智能节点传回的温度数据,提高了数据采集的效率和稳定性。

关键词：粮仓,温度,以太网,单片机

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粮仓监控系统 篇10

随着国家粮食产业的发展, 我国在粮食的仓储与流通设施建设上取得了巨大的成绩。从这一期间开始, 主要使用的粮仓监测技术是基于温度计测量法, 其具体操作过程是将温度计放置在特制的插杆中, 然后工作人员根据实际经验将插杆插在粮仓的多个测温地点[1]。虽然这种测量方法对粮情监测起到了一定作用, 但由于人工读数不准确、温度计精度不高等其他原因, 十分容易产生人为误差[2]。由于这种温度监测方法不仅精度不高, 而且速度慢, 无法进行彻底的抽样检测, 从而使得测量误差很大, 并且局部粮食温度过高难以被及时发现, 以此导致因局部粮食发霉变质而引起大规模的粮食霉变情况经常发生[3]。

利用光纤布拉格光栅结构检测温度, 在之前的实验研究过程中已经完成了系统搭建以及整体的测试, 温度检测结果虽然满足探测要求, 但是限于光纤探测原理和光刻技术, 仍存在较明显的非线性误差。本文为了进一步提高温度检测的准确度及均匀性, 故此设计了针对光纤布拉格光栅测温系统的光谱校正算法。

1. 系统结构设计

系统采用光纤布拉格光栅技术, 对实验箱内各个任意的位置进行温度监察, 系统原理如图1所示。当检测出光纤发生了微小形变时, 则说明了实验箱内产生了温度的变化。根据事先在光纤上所设置的系统, 温度微弱的改变会使光栅产生变化, 从而出射光发生频移。选取的校正算法使温度产生的不均匀的光谱频移线性化, 光谱的均匀分布可以使反演对应位置的温度更加精准。本文首先根据系统工作原理性能, 建立测温模型及分析导致光谱偏移的主要影响因素, 在此基础上, 设计了光谱校正算法。

2. 温度数据求解步骤

由于温度响应差、灵敏度低, 通常温度系数较小的光纤光栅是不单独用于温度检测的。而采用高导热刚性封装可以较好地传递被测位置的温度。由于光纤和光栅写入工艺的不同, 导致光纤光栅的敏感特性不尽相同, 所以温度必须经过标定才准确。温度标定的步骤为:

(1) 标准温度的选取是在被测位置上放置高精度的温度传感器, 那么每个光纤光栅在采集温度时获得一个标定用的标准样板温度, 以此用于拟合温度偏差修正曲线; (2) 采集波长和温度数据时, 维持在一段时间内, 重复采集求其平均值和, 通过求取平均值来降低随机误差; (3) 当被测温度每升高或降低1℃时, 记录波长变化量, 将温度变化量以及上一步中所获得的波长变化量带入式 (8) , 反演k值, 并对k值进行曲线拟合, 绘图以及拟合曲线, 便可得到新的温度波长变化分布函数, 此分布函数就可以应用于对未知温度的检测了。

3. 温度检测实验

实验采用可控温度加热箱, 把光栅光纤分布在箱体内, 测温范围30℃~65℃, 温度误差<0.5℃。光源中心波长为1550nm, 通过良导热性金属制成温度传感探头, 金属外壳可以有效避免由外部应力导致的误差。温度每升高5℃测量一次读数, 每一个温度点共需测量10次数据, 后期取平均值, 记录的波长数据。根据实验数据可知, 当中心波长移动0.04nm时对应的温度变化约为1.0℃, 而由表1可知, 系统可检测出的波长变化在10-3nm数量级, 温度检测精度完全满足要求。由拟合直线所得到的被测位置粮温的测量精度和K型热电偶传感器检测所得到的标准值, 其误差范围<±0.5℃, 使其在大范围网络分布式实时监测粮温的条件下, 将精度提高了近一个数量级。

总结

本文针对实时监测粮仓内大范围的粮食温度具有较大困难的原因, 设计了粮仓温度网络监测系统。本系统会依据FBG测得的温度与中心波长之间存在的线性关系, 利用光谱线性频移函数获取粮仓内各个位置的精确温度。实验采用FBG封装光纤探测器, 各个测点的温度信息, 则是通过对光谱线性频移量以及温度标定的计算方法所获得的, 并与K型热电偶单点测温的方法进行比较。实验结果表明, 系统可获得大范围内多个测量点的实时粮温数据, 因此精度满足此次设计要求。

参考文献

[1]刘智超, 杨进华, 王高.FBG测温系统的光谱校正算法的研究[J].光谱学与光谱分析, 2014, 34 (7) :1793-1795.

[2]Michael Buchwitz.Retreval of CH4, CO, CO2 total column amounts from SCAMACHY near-infrared nadir spectra:Retrieval algorithm and first results[J].SPIE, 2004, Vol.5235:375-388.