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基于单片机的粮仓温湿度实时监控系统的设计 　　摘要：针对粮仓环境温湿度监测工作量比较大的问题，设计了基于单片机的粮仓温湿度实时监控系统。该系统利用传感器节点采集粮仓环境温湿度参数，单片机对数据进行处理后，再利用无线传输技术将数据发送到主控机。该系统具有实用性强、稳定性好和价格便宜等优点，不仅能监测粮仓环境参数，也可推广到其他领域，具有较好的实用价值。 　　关键词：传感器；单片机；监测与控制；无线通信技术 　　中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2370-03 　　中国是产粮大国，粮食的存储工作尤为重要。在粮仓管理工作中最重要的是防潮、防霉和防腐，传统手段采用湿度试纸和温度计、干湿度表、毛发湿度计等人工进行温、湿度的监控工作。这些方法费时费力、效率低、测试结果不稳定、误差大。 　　近年来由于粮食产量不断增长，粮仓容量随之扩大，传统的粮仓温、湿度监控方式已不能满足需要，亟需设计一种便于操作、性能可靠的高效监控系统。为此，本研究设计了一种以PC机为核心，基于数字温、湿度传感器的自动监控系统，对粮仓中各重要位置的温度和湿度等参数进行实时自动监控，从而提高粮仓管理的科学化和自动化水平。 　　1 系统设计架构 　　基于单片机的粮仓温湿度实时监控系统结构如图1所示。由用户监控层、主控机控制层和分机测量层三部分构成，用户监控层由微型计算机系统构成。主控机控制层由单片机系统构成，分机测量层由传感器构成。分机与主控机采用主从式分布连接结构，通过无线通信技术实现数据传输。总体结构也可以分为温湿度采集模块、短距离无线通信模块、系统控制及数据处理模块。 　　2 系统硬件设计 　　系统硬件设计主要包括温湿度采集电路设计、无线通信子系统电路接口设计和温湿度显示电路设计三部分。 　　2.1 温湿度采集电路 　　在进行温湿度采集电路设计时首先要选取好传感器和单片机。传感器主要有数字和模拟两种。数字式传感器可得到数字信号，就能直接与数字设备进行信号的处理，具有抗干扰能力强、可靠性高、测量精度和分辨率高、稳定性好等优点。模拟式传感器的优点主要表现为测量速度快。测温范围宽：但对信号处理过程复杂，且模拟信号传输易受干扰。本系统从传感器的特点和设计成本综合考虑，温度传感器选取数字式的DS18820，湿度传感器选取模拟电压集成式的HM1500，DS18820能总线供电，具有使用方便、成本低、体积小、传输距离远和MCU的通信协议简单等优点。HM1500湿度传感器具有精度较高、测温面广、响应较快、稳定性好、使用方便、价格实惠、性价比高等优点。采用多只DS18820和HM1500建成的多点温湿度监测网络如图2。HM1500输出为模拟量，因此要用A/D转换器ADC0809将HM1500湿度传感器采集的模拟信号转换为数字信号。系统以16个温湿度监测点为例，则要用2个CD4051模拟开关进行扩展，CD4051选通地址A-C由单片机P2口的低位地址P2.2-P2.4进行控制。将选中的信号送到ADC0809的两个通道IN0和IN1后转换为数字信号，再由DO-D3口输出到89C51的P0口，送入单片机进行数据处理。 　　2.2 无线通信子系统电路接口 　　无线通信子系统电路接口如图3所示。无线射频收发芯片是无线通信模块的关键元件，主要有nRF401、nRF905、RF2915等。其中nRF401集成了高频发射、接收，FSK调制、解调，双频道切换等功能，具有性能优异、功耗低，且外围元件很少，使用方便等特点。因此本设计选用nRF401。CPU采用89C51，它接收上位机传来的数据，同时通过nRF401发送到各子系统，nRF401的DIN端与89C51的TXD端连接，需发射的串行数据由DIN输入：DOUT输出数字信号与89C51的微控制器的RXD相连，nRF401解调出来的信号由DOUT输出到微处理器：PWRUP为模式选择，与微处理器的P1.1相连。PWRUP=1时nRF401正常工作：当PWRUP=0时芯片处于待机模式，此时工作电流为8μA，不能进行接收和发射数据。TXEN为发射允许控制端，与微处理器的P1.0相连，TXEN=1时nRF401工作在发射模式，此时系统向外发送数据，当TXEN=0时为接收模式。CS为信道选择输入，通过微处理机P1.2端进行控制，CS=0表示芯片工作在信道0（433.92MHz），CS=1则工作在信道1（434.33MHz）。 　　2.3 显示电路 　　显示模块选择PS7219芯片，因为PS7219采用同步串行外设接口（SPI），与单片机连接方便，能驱动8位LED。显示器件主要有液晶显示器（LCD）和数码管显示器（LED）。考虑到要适合各种环境，因此本设计采用数码管显示器。把89