论文:基于51单片机粮仓温湿度监测-Visual_Basic上位机显示.pdf
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1、论文题目:粮仓温湿度监测系统(软件)专 业:自动化本科生:孙婷婷(签名)指导教师:乐春峡(签名)摘要本设计是以单片机为核心,配合温度传感器(DS18B20)和湿度传感器(HIH-4010),相关的外围电路以及上位机(VB)显示组成了粮仓温湿度监测系统,可以监测粮仓环境 的温度和湿度信号,检测人员可以通过LCD1602液晶显示的数据或者上位机(VB),实 时监控粮仓环境的温度和湿度情况。所有的测量操作都可以通过主机控制软件来实现,温度传感器得到的测量信号,经电路转换为电信号,直接送入单片机。湿度传感器则需 要经过A/D转换芯片(TLC549)的处理送到单片机进行数据处理,然后经过软件分析处 理后
2、送显示装置。本系统还应用RS232与上位机相连接,可以设置温度、湿度的报警值,也可以实时 显示温湿度的采样值,并将其存入数据库,便于以后对于数据的处理。关键词:STC89c52RC单片机,温度传感器,湿度传感器,LCD显示,上位机Subject:Barn Temperature and Humidity Monitoring System(Software)Specialty:AutomationName:SunTingtingInstructor:YueChunxia(Signature)_(Signature)_ABSTRACTThis d esign is based on single
3、 chip microcomputer as the core includ ing the temperature sensor(DS18B20),humid ity sensor(HIH-4010),the related peripheral circuit and PC(VB).It can monitor the temperature and humid ity signal of granary environment.Workers can d isplay d ata through the LCD 1602 or PC(VB)in time to monitor the b
4、arn cond itions.All of the measuring the operation can be controlled by software.Temperature sensors can get the signal and the circuit converts them into electrical signals to send the microcontroller.Humid ity sensor need to make use of A/D conversion chip to convert the d ata to analysis them by
5、MCU send ing them to d isplay d evice by software.This system is connected with PC by RS232.lt can set alarm value of the temperature and humid ity.It also can d isplay temperature and humid ity in time,and save them in the d atabase to hand le the d ata conveniently in the future.Key words:STC89C52
6、RC microcontroller,temperature sensors,humid ity sensors,LCD d isplay,PCii目录第1章前言.11.1 背景.11.2 国内外研究现状及发展趋势.11.3 设计的目的及意义.21.4 设计的主要工作.31.5 本文的主要内容.3第2章系统的软件设计.42.1 单片机及其外围电路软件设计.42.1.1 系统总体框图设计.42.1.2 主程序流程图.52.1.3 DS18B20温度传感器.62.1.4 HIH4010湿度传感器.62.1.5 TLC549 A/D 转换模块.82.1.6 LCD 1602 显示模块.92.1.7
7、按键模块.102.1.8 报警模块.102.1.9 串口通信模块.122.1.10 小结.132.2 上位机软件设计.132.2.1 上位机系统总体设计.142.2.2 系统各个模块.142.2.3 小结.33第3章 系统调试和结果分析.343.1 单片机调试及分析.343.2 上位机调试及分析.34第4章总结.35参考文献.36III致谢.37附录.381.仿真原理图.382硬件原理图.393.上位机显示图.404.实物图.405.单片机程序.41IV第1章前言1.1 背景俗话说“国以民为本,民以食为天”,粮食是一个国家的立国之本。是一个国家稳定繁 荣的基础。所以说粮食对于国家的重要性是不言
8、而喻的。也正因为如此粮食的科学储藏 就显得尤为重要。就我们国家来说,粮食一般存放在粮仓中。对于一些大型粮仓或多或少都还存在着不 同程度的粮食储存变质问题。根据国家粮食保护法规定,必须定期抽样检查粮仓粮食的 温度和湿度,以便及时采取相应的措施,防止粮食的变质。但大部分粮仓目前还是采取 人工测量温度和湿度的方法,这不仅使粮仓工作人员工作量增大,且工作效率低,如果 检测任务如不能及时彻底的完成,则很有可能会造成粮食大面积变质。1.2 国内外研究现状及发展趋势随着传感器技术、计算机应用技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展,监控系统广泛应用于工农业生产等领域,在此同时,粮仓温湿度监控技术的研究
9、在软、硬件等方面都有了 一定的进展。初期,以热敏电阻,湿敏电阻作为传感器件,通过检测电阻的变化来反映粮食温湿 度的变化,为粮食保管提供参考依据。采用人工测量与人工抄录、管理相结合的传统方 法,并且用人工的办法对粮食进行晾晒,通风,喷洒药剂防止因存储不当引起的温湿度 异常及虫害,消耗了大量的人力和财力,效率较低。这30年里,粮情检测技术在祖国的 广大科技工作者不断地探索与努力下,不断完善、进步、并日趋成熟,逐步形成了多样 化的粮仓检测系统,推动了安全、科学储粮了发展。目前,国内生产的粮仓温湿度监控系统种类繁杂,系统结构均不相同,在粮仓外部 温湿度检测、粮食内部温湿度检测及分析、通风机械的控制等方
10、面,比之前有了不少进 步但仍有发展的空间。国外的温湿度监控系统相对比较先进,主要体现在以下三个方面:(1)无论是传感器的测量精度、反应速度、稳定性、功能多样性还是使用环境方面,国外的传感器都比较先进。1(2)构成系统整体的测控技术和管理,无论是硬件还是软件,都已普遍采用相应的 标准模块集成,并且早已实现组态。(3)系统结构已经普遍采用网络连接的现场总线技术(FCS),有些需要的场合,则 连接到Internet上,实现远程控制、远程诊断。粮仓温湿度监控系统主要应用于监测粮仓环境空间的温度及相对湿度,从系统控制 的角度来看,属于纯滞后控制,而这一技术已经相当成熟。目前研制高精度,高性能,多功能的温
11、湿度监控系统是主流,提高可靠性、灵活性和降低成本也是其考虑的重点,并且系统在报警、记录、控制、通信等方面的自动化和智能化也将逐步完善。1.3 设计的目的及意义科学储粮是粮食生产的一个重要环节,若管理不当,粮食发霉或生虫会造成极大浪 费,而粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中温度和湿度的变化。现在,我国在粮仓建 设上己经实现了规范化,但是监测手段一直未能实现同步现代化。我国许多储备粮仓每 年都因测控设备的不完善而导致部分粮食霉变,许多大型储备粮仓的测控设备仍需高价 进口,因此国家准备在未来的几年内对全国所有的粮仓进行翻新和改造工作,要求规范 粮仓管理,实现粮仓管理现代化。影响储粮安全的最主要因素是
12、粮堆内的温度和湿度,因此这就要求有一种经济实用 的粮仓温湿度监控系统能够及时监测粮仓温度和湿度分布,准确分析粮仓温湿度变化,并及时采取相应控制措施,使得管理人员能够方便有效地进行监控操作。基于以上内容,我们的目的是设计一款经济、操作方便、实用的粮仓温湿度监控系 统。该系统,用单片机作为下位机,对现场的温湿度数据进行采集,同时采用PC机作为 上位机,对粮仓进行实时监控。通过RS232实现下位机与上位机的数据通信。粮仓温湿度监控系统是通过现场的单片机检测粮库中粮食的基本温湿度情况。利用 上位机对粮仓进行监控,用户可方便地构造自己需要的数据采集系统,可以查看历史数 据,优化现场作业,提高了生产效率,
13、增强了国家粮食储备安全水平,以获得实时粮仓 管理,实现自动化、智能化,为实现我国粮仓管理现代化更近了一步。21.4 设计的主要工作该系统主要利用单片机来测量粮仓中的温度和湿度,为了完成系统功能做以下设计:(1)根据粮仓温度、湿度的测量范围及要求,选择温湿度传感器。(2)设计温湿度测量系统,使之具有测量、报警、设定限定值及实时显示的功能。设计基于RS232的通信系统及基于Visual Basic 6.0的人机界面。1.5 本文的主要内容本文对所设计的系统进行了介绍和总结,具体安排如卜:第一章:引言,主要介绍了本系统的背景,研究现状,发展方向以及本设计主要内容;第二章:系统的软件设计,分为单片机(
14、下位机)和VB(上位机)两大部分。第一部 分主要介绍了单片机的各个功能模块的软件设计,如温湿度传感器,A/D转换芯片,LCD1602等,第二部分主要是VB上位机的软件设计第三章:总结,对本次毕业设计过进行总结,并对系统的功能和存在的问题进行分析,还陈述了可行的改进方案。第四、五、六章,分别为致谢,参考文献和附录。3第2章系统的软件设计2.1 单片机及其外围电路软件设计2.1.1 系统总体框图设计该系统主要由以下功能块构成:中央控制处理器STC89c52RC;数据采集系统(包 括温度传感器DS18B20,湿度传感器HIH4010),显示模块,报警电路,键盘控制系统以 及上位机显示。系统总框图如图
15、2-1所示:PC(上位机)图2-1基于DS18B20和HIH4010的粮仓温湿度监测系统方框图42.1.2主程序流程图图2-2系统流程图52.1.3 DS18B20温度传感器DS1820数字化温度传感器是高度集成的单总线式的,体积小、功耗低,抗干扰是它 的优点。所以本系统采用DS18B20测量粮仓温度值。单片机的P2.4作为其控制口,与其 DQ端口连接。根据DS18B20必须严格遵守其读/写时序的特点,并且必须按照其单总线 操作协议采集温度数据。协议的流程为:DS18B20的初始化一发送ROM操作命令一处 理数据。以下是DS18B20流程图:图2-3 DS18B20读温度流程图2.1.4 HI
16、H4010湿度传感器本系统的湿度传感器选用霍尼韦尔(Honeywell)公司生产的线性电压输出式集成湿 度传感器HIH4010,该传感器内部包括湿敏电容和信号处理功能电路,可完成将相对湿 6度值变换成电容值,再将电容值转换成线性电压输出的任务.输出电压为:gfXuppiy)X(0.0062 X(sensorRH)+0.16)(2-1)在本系统中V supply固定为+5V,其输出电压值与湿度测量值成正比。当湿度传感器 把测量的湿度值转换成电压信号后,送入A/D转换芯片TLC549,将其转换为数字量后 送单片机I/O 口。以下是在0、25、85时,HIH4010的输出电压丫。皿 与相对湿度(RH
17、)的关系曲线:由图可知:OOA)三S1三隼在0时相对湿度与电压的关系Vour-0.0357 X sensorRH+0.8 OUu-(2-3)在25c时相对湿度与电压的关系Vour-0.0310 X sensorRH+0.8 OUu-(2-3)在85c时相对湿度与电压的关系Voul.-0.070 X sensorRH+0.8 out-(2-4)72.1.5 TLC549 A/D 转换模块所谓A/D转换是指将模拟量转换成数字量。A/D转换器(简称ADC)是数据采集中 常用的A/D转换元件,适用于测量系统及仪表。本系统采用HIH4010湿度传感器采集湿度,其将采集到的湿度值转换为线性电压最 终输出,
18、由于单片机只能处理数字信号,所以必须使用A/D转换芯片,将线性电压转换 为数字型电压。本系统选用一款常用的A/D转换芯片一TLC549,进行湿度数据的转换。A/D程序流程图如下:图2-5 TLC549流程图程序设计时,要将A/D转换输出的数字量转化成对应的电压值。设:X为模拟电压 大小,Y为TLC549采集到的数字量,其中5V为电压最大值(本系统为TLC549的基准 电压值),255为5V对应的数字量。X Y根据公式:(2-5)5V 2 5f得:X=0.196x7(2-6)8通过该式可得到丫值所对应的模拟电压的大小,再根据湿度传感器的计算公式,算 出湿度值。2.1.6 LCD1602显示模块本
19、系统为粮仓温湿度监测系统,需要将温度、湿度以及温湿度设置值显示出来,供 用户使用。所以选用LCD1602作为显示器件,POU为数据口,P2 口为控制口。液晶第 一行显示温度湿度值,第二行显示设置温湿度值。以下是运行时的图形以及程序流程图。图2-6运行时的LCD 1602图2-7 LCD 1602流程图92.1.7 按键模块主程序开始,单片机将温湿度报警线和当前温湿度数据显示在1602液晶屏上。如果 K2键按下,则进入菜单1,光标闪烁到温度报警线。如果按下K0键,则温度报警线加1,如果按下K0键,则温度报警线加1;再次按下K2键,进入菜单2,光标闪烁到湿度报 警线,如果按下K1键,则湿度报警线加
20、1,如果按下K2键,则湿度报警线减1;再次 按下K2,液晶屏正常显示温湿度。按键流程图如下:图2-8按键流程图2.1.8 报警模块当温度测量值超过温度设定值时,绿灯亮,蜂鸣器报警;当湿度测量值超过湿度设 定值时,黄灯亮,蜂鸣器报警。根据硬件电路:当P3.6=0,绿灯亮;当P3.7=0,黄灯亮。因为选择的是有源蜂鸣器,所以当P2.3=0时,蜂鸣器报警。硬件电路图如下:10温度报警灯:湿度报警灯:图2-9温度报警灯电路图 图2-10温度报警灯电路图蜂鸣器电路:LS2图2-11温度报警灯电路图程序流程图如下:图2-12报警流程图112.1.9 串口通信模块在粮仓温湿度监测系统中单片机作为下位机需要把
21、“温度测量值”、“湿度测量值”、“温度设定值”、“湿度测量值”四种数据发送到上位机。为了上位机处理数据的方便,在 发送数据时,将每个数据分为高低两个字节,按照“温度测量值高字节”、“湿度测量值高 字节”、“温度设定值高字节”、“湿度测量值高字节”、“温度测量值低字节”、“湿度测量值 低字节”、“温度设定值低字节”、“湿度测量值低字节的顺序依次发送。同时由于单片机 需要接收上位机传送过来的“温湿度设置值”,所以使用了串口接收中断。以下分别是串 口发送数据流程图2-13,串口接收中断流程图2-14。软件流程图:图2-13串口发送数据流程图122.1.10 小结本节主要介绍了单片机及其外围电路的软件
22、设计,DS18B20是数字型温度传感器,采集的信号可以直接送入单片机,而HIH4010是集成型湿度传感器,输出的信号送入A/D 转换芯片TLC549,然后送入单片机。同时可以通过按键设定报警值,最终LCD1602将 采集数据显示出来。2.2上位机软件设计本次设计主要是完成粮仓温湿度数据的采集,以及上位机显示,所以需要串口通信 的相关知识。用上位机显示,就要设计显示界面,因为数据的数目较多,所以采用表格,为了直观、具体同时绘成温湿度曲线。为了分析采集到的数据,需要建立数据库保存温 湿度数据,同时设计与数据库相关的一系列模块,比如“查询模块”、“数据库模块”、“报 表模块”。同时因为是一个系统,其
23、必须具有完整的用户服务功能,所以设计了“用户登 陆”、“注册用户”、“修改密码”模块。由于以上模块的建立,使得本系统的上位机部分,13具有了一般软件的所具备的基本功能。2.2.1 上位机系统总体设计粮仓温湿度监控系统单片机采集检测的温湿度为上位机提供了数据,粮仓温湿度管 理系统将实现对这些数据的查询、显示、报表生成等处理功能,建立一个方便使用、便 于管理的人机交互界面。粮仓温湿度监测系统目的是对下位机检测的数据进行二次处 理。主要包括以下功能:1.与温湿度度监控系统单片机进行数据通信。2.将测量数据存入数据库。3.实现温湿度度信息库的查询、显示、报表生成等处理功能。粮仓温湿度监测信息管理系统模
24、块框图如下图所示:启 动 画 面注册新用户修改密码实时显示画面查询界面报表界面图2-15粮仓温湿度信息管理系统软件总体框2.2.2 系统各个模块1.启动模块运行本系统,首先出现启动窗体(fimsplsh)。向读者显示系统名称,版本信息等。14系统启动时单击该窗体的任何一处,都将进入下一步,登录模块。软件设计:在“工程”中添加窗体,在“新建”的列表中选择“展示屏幕”,并把“工程属性”中的“启动对象”设置为fhnsplsh窗体。将所需控件拖入窗体中,并设置属性。编写窗体代码:当卸载本窗体时,返回登录窗体Sub Unload Form()Unload MeFrmlogin.ShowEnd Sub只要
25、单击窗体的任何部分或按下任何按键,都会用Unload Form()过程,退出该窗体。Private Sub Form_Click(),单击窗体Unload FormEnd SubPrivate Sub Form_KeyPress(KeyAscii As Integer),按键Unload FormEnd SubPrivate Sub fraEd ge_Click(),单击框架Unload FormEnd SubPrivate Sub imgLogo_Click(),单击图标Unload FormEnd SubPrivate Sub lblInfd _Click(Ind ex As Intege
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