基于单片机的粮仓温湿度远程监控系统的设计

徐爽

（银川能源学院，宁夏银川，750105）

0 引言

随着大数据时代脚步的不断加快，国家粮食管理对粮食温度、湿度的控制也越来越严格，并不断使用现代化科技，从而实现监控系统的智能化。传统粮仓管理需管理员对粮仓进行定期实地观察，采集与记录粮仓的温度与湿度的相关数据，再对数据进行一系列分析与研究，最后决定是否给予仓库通风。这种工作方式效率低下，且随意性较强，难以实现对粮仓温湿度的准确控制，投资成本较大。另一方面，国人对粮食的巨大需求对粮仓管理工作又提出了高标准与新要求，基于此，粮仓管理的相关部门及工作人员需结合现代传感器技术、计算机技术及通信技术，对粮仓环境进行远程监控与管理。

1 系统整体结构设计

图1 监控系统结构框图

粮仓智能监控系统的工作原理是温湿度传感器将采集数据送到单片机处理，然后借助GSM无线网络对环境数据信息进行传输。采用MSP430单片机为控制核心，利用传感器来检测各监测点温湿度，并对数据信息进行处理与传送，如果超出正常值范围，立即发出预警信息。除此之外，每个监测点的相关数据还可呈现在LCD屏幕上，便于管理人员对数据的处理与记录，管理员可轻易通过手机或PC机实现对粮仓或粮堆的温湿度监测。控制系统还配备有风机开启与报警装置，当温度不满足规定所需或系统出现运行故障，监控系统则会立即开启预警。监控系统结构框图如图1所示。

2 系统硬件设计

■2.1 核心控制器

系统选用MSP430系列的MSP430F449为核心控制器，它具有工作效率高、低功耗、工作状况稳定、全周期使用寿命长等优势。工作电压为1.8～3.6V，16位微处理器，内部有 12位的 A/D转换器，三个16位的定时/计数器，2KB的随机存储器和60KB的闪存等。

■2.2 粮仓温湿度采集单元设计

设计采用SHT11系列传感器，完成对温湿度信息采集。这种系列传感器能实现温度和湿度数据的同时采集，能大大节约反应时间。一体化的传感器在很大程度上提高了设备的使用性能，降低了投资成本。单机芯片内含有对温度与湿度高敏感设备，采用I2C总线接口，SHT11传感器的规定工作电压为2.4 V～5.5 V，转换与接口均采用两线串行连接方式，温度检测范围为-40℃～123.8℃。

此外，其湿度的检测范围为0%～100% RH，对于14位的分辨率为0.01℃ 。在传感器运行过程中，测温与测湿元件会将相关数据信息通过转换器转化为相应的电信号，I2C总线接口再将转换后的电信号输出至单片机，再由单机片对数据信息进行处理与保存，最后控制GSM模块发送信号，温湿度采集电路如图2所示。除此之外，为避免数据信息与电信号间产生冲突，可在DATA端外接一支上拉电阻，并根据实际情况决定是否在VDD和GND之间接去藕电容。

图2 粮仓温湿度采集电路图

■2.3 粮堆粮食温度采集单元设计

系统选用Dallas公司提供的DS18B20温度传感器，其体积小、精度高、控制方便、适用范围广。据相关检测规定，DS18B20温度传感器的检测范围为-55℃～125℃，分辨率最高为12位，并且其读取信息或写入只需单线接口即可完成。DS18B20的控制总线工作流程简便，无需外接电源与A/D转换模块，电路设计简单，其接口电路如图3所示。

■2.4 GSM无线通信模块设计

通讯系统是粮仓温湿度远程监控系统的重要组成部分，研究采用GSM无线通讯网络作为传输载体，其传输范围广，其内部的TC35i模块可完成对信息的转化与传输，其供电电压为3.3～4.8V，发射的双频段可实现对数据和语音的传输。此外，该设备还支持Text和PDU格式的SMS传输，功能强大，具有极大的应用前景。

3 系统软件设计

■3.1 主程序设计

图3 粮堆粮食温度采集电路图

单片机开发程序使用 C语言编写，C语言不仅具有汇编语言的特点，而且具有高级语言的特点。粮仓温湿度远程监控系统的主程序设计主要用于对粮仓的温湿度情况进行全面检测与处理。包括初始化各模块、温湿度采集、LCD显示、键盘处理、预警与通讯等。通过设备间的相互合作，从而实现对数据的有效处理与分析。由图4可知，初始化模块主要执行配置单片机各功能部件的初始任务，并且启动看守功能即“看门狗”；传感器的主要功能是实现对温湿度数据采集；LCD显示当前的温湿度数据，便于管理人员采纳应用，从而有效提高对粮仓的管理与监控；通信模块的主要功能是将采集的温湿度数据与PC机或手机间之间进行数据传输。当粮仓温度或湿度出现异常时，预警装置会发出报警提示。

图4 主程序流程图

■3.2 上位机软件设计

粮仓上位机监测软件采用VC++6.0语言为开发基础，人机一体化操作大大简便了操作流程。上位机软件具有温湿度实时显示、温湿度图形显示、系统设置及保存等功能。系统界面不仅能实时显示监测数据，又能进行数据的分析，管理人员根据数据的分析情况对粮仓内环境的变化进行监测与处理，不仅提高粮仓管理的实效性，而且保证了储粮的安全性。

4 实际应用分析

MSP430F449单片机是粮仓温湿度自动化远程监控系统的关键部分，能有效保障系统对粮仓及粮堆温湿度的准确控制，其安全性与高效性为GSM无线网络获得了巨大竞争优势。监控系统完成数据采集与处理后，在PC机显示粮仓各个监测点的温度和湿度，管理人员可通过手机与PC机看到粮仓及粮堆的温湿度条件，此种方式工作效率高，值得被广泛推广与应用。

除此之外，温湿度的相关数据还可以坐标曲线形式保存在计算机内，管理人员有需要时，可直接在计算机中进行查找，完成数据的分析与比较，从而达到最佳的经济效益。

5 结语

随着科技的不断发展，大众生活水平的日益提高，人们对粮仓管理的方式将逐步实现智能化与一体化。基于此，本文提出了以单片机MSP430F449为核心的粮仓远程监控系统的设计，利用GSM无线通信技术和单片机技术实现与PC机或手机的远程通信，及时掌握并调控粮仓的温湿度，保证了一个安全的储粮环境。