專利名稱：一種糧倉溫濕度自動測試與報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是環(huán)境測試技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是一種糧倉溫度和濕度的無線通信自動測試與報警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中國是一個農(nóng)業(yè)大國，近年來我國糧食總產(chǎn)量將近5億噸，其中有20%屬于高水分糧食。以玉米為例，我國玉米產(chǎn)量較大，就黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古和河北等五省統(tǒng)計，年產(chǎn)達1億噸左右，但是玉米水分較高，一般為25% — 35%，有時達40%。我國糧食由于不能及時烘干到安全水分而造成的霉變和發(fā)芽損失是相當嚴重的。因此，減少損失，提高糧食烘干效率，降低烘干費用，從而降低糧食成本，以進一步擴大糧食的工業(yè)應(yīng)用，同時提高糧食烘干后的品質(zhì)以改善人民生活質(zhì)量的要求變的日益緊迫。谷物烘干特別是玉米烘干，是我國糧食儲藏中一個突出的問題。糧食儲藏是國家為防范戰(zhàn)爭、災(zāi)荒及其它突發(fā)性事件而采取的有效措施，因此，糧食的安全儲藏具有重要意義。目前，我國地方及墾區(qū)的各種大型糧庫都還存在著程度不同的糧食存儲變質(zhì)問題。根據(jù)國家糧食保護法規(guī)定，必須定期抽樣檢查糧庫各點的糧食溫度， 以便及時采取相應(yīng)的措施。但大部分糧庫目前還是采取人工測溫的方法，這不僅使糧庫工作人員量增大，而且工作效率低，尤其是大型糧庫的溫度檢測任務(wù)如不能及時徹底完成，則有可能會造成糧食大面積變質(zhì)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國每年因糧食變質(zhì)而損失的糧食達數(shù)億斤，直接造成的經(jīng)濟損失是驚人的。過去的糧倉糧情檢測采取對各倉糧食分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。 近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和測量技術(shù)的提高，傳統(tǒng)的人工查看糧溫的方法已逐步被電子檢溫設(shè)備取代，小的糧倉儲備一般采用小型測溫儀檢測糧溫，大中型儲糧設(shè)備已逐步配備微機測溫系統(tǒng)。前一種方式多采用由操作者撥動手動開關(guān)逐點查看糧溫的方法，有些也采用自動巡檢方式并配備小型打印機記錄糧溫數(shù)據(jù)。后一種方式可在微機機房監(jiān)測糧溫情況，并利用微機對糧食進行分析對比。合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文《無線糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計》設(shè)計了一種無線糧倉的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，但是不能對超限值進行報警，并且采集的信息不能全部儲存到存儲器中。
發(fā)明內(nèi)容
該溫濕度無線檢測系統(tǒng)在系統(tǒng)構(gòu)成上分為溫濕度數(shù)據(jù)采集、溫濕度數(shù)據(jù)處理及溫濕度數(shù)據(jù)分析三部分，通過對現(xiàn)場多個采集點溫濕度的實時采集與無線發(fā)送已達成對糧倉溫濕度信息的全面檢測，并數(shù)據(jù)集中器中進行儲存信息，對于超出設(shè)定上下限的溫濕度點進行聲光報警。最終在上位機上實現(xiàn)對不同采集點的溫濕度的精確曲線、列表展示。該發(fā)明專利在軟硬件及界面設(shè)計上進行了較為詳細周全的分析與驗證，其技術(shù)要點主要包括以下內(nèi)容
1.分別采用MTHOl溫濕度傳感器實現(xiàn)對現(xiàn)場溫濕度的監(jiān)測
MTHOl是一款基于溫度和相對濕度的傳感器模塊，包括一個SPI接口(主模式)為直接的溫度和濕度讀出。數(shù)字輸出是預(yù)先計算并無額外計算要求所必須的。改系統(tǒng)適用于兩個傳感器要素NTC型高精度溫度傳感器和電阻式相對濕度傳感器來自日本。有一個非常獨特的專利和相對濕度的計算算法，該系統(tǒng)通過良好的溫度調(diào)節(jié)補償機制可以保證準確相對濕度輸出。如此高精度讀濕度在整個溫度范圍都可以保證。同時通過在裝置工藝上進行一系列技術(shù)優(yōu)化與革新，在最大限度上削弱了環(huán)境干擾對溫度采集的影響，這也使得溫度采集精度進一步提升。2.采用由nRF905組成的無線發(fā)射模塊實現(xiàn)溫濕度信號的遠距離無線發(fā)送本發(fā)明設(shè)計的無線發(fā)射模塊具有如下特點(1) 433Mhz開放ISM頻段免許可證使
用( 最高工作速率501ApS，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合(3) 125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要(4)內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制(5)低功耗1.9-3. 6V工作，待機模式下狀態(tài)僅為2. 5uA (6)收發(fā)模式切換時間小于 650us (7)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)(提供中斷指示)，(8) TX Mode:在+IOdBm情況下，電流為30mA; RX Mode: 12. 2mA (9)標準DIP間距接口，便于嵌入式應(yīng)用。3.低功耗設(shè)計
由于糧倉大多處于野外，無法提供穩(wěn)定的電源。因此本發(fā)明采用低功耗的MSP430芯片進行開發(fā)設(shè)計，系統(tǒng)供電采用可充電的鋰電池，利用太陽能電池板為電池實時充電，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。4.采用VC++設(shè)計上位機應(yīng)用軟件
本系統(tǒng)利用Visual C++設(shè)計相關(guān)軟件，應(yīng)用MSCOMM Active X控件實現(xiàn)與下位機之間的通信，實現(xiàn)各監(jiān)測點溫濕度的實時顯示以及報警信息，利用ADO技術(shù)管理數(shù)據(jù)庫軟件實現(xiàn)對溫濕度信息和參數(shù)設(shè)置信息的保存，并利用Excel自動編程方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表。5.采用蜂鳴器與二極管實現(xiàn)溫濕度的聲光報警
為了保證糧倉糧食的安全，本發(fā)明還設(shè)計了溫濕度上下限，當采集信息超過溫濕度上下限時，利用蜂鳴器和二極管實行聲光報警，提示監(jiān)測人員注意現(xiàn)場情況。此外，數(shù)據(jù)傳輸線采用四芯全屏蔽線，極大減小了環(huán)境中的電磁干擾。該溫濕度無線檢測系統(tǒng)可推廣應(yīng)用于工廠、農(nóng)場、礦場等工業(yè)環(huán)境下的溫濕度信息采集與測試，同時可作為溫室、農(nóng)田的培植監(jiān)測，具有極大的市場推廣及經(jīng)濟價值。
圖1是本發(fā)明的信息采集硬件示意圖。圖2是本發(fā)明的溫濕度處理硬件示意圖。圖3是本發(fā)明的軟件界面示意圖。圖4為數(shù)據(jù)集中器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
信息采集硬件主要由微處理器、無線收發(fā)模塊、時鐘芯片、溫濕度傳感器、太陽能電池等幾部分組成，實現(xiàn)溫/濕度數(shù)據(jù)接收存儲、時鐘計時、發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能。無線溫/濕度采集器每10秒采集一次數(shù)據(jù)，但不是每10秒向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送一次數(shù)據(jù)，如果所監(jiān)測點的溫/濕度或溫/濕度的變化速率不超過規(guī)定的范圍，則溫/濕度采集器每二十分鐘向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送一次數(shù)據(jù)，一旦所監(jiān)測點的溫/濕度超過規(guī)定的溫/濕度或者是溫/濕度變化的速率超過規(guī)定的范圍，則無線溫/濕度采集器的發(fā)送周期立即縮短為每一分鐘發(fā)送一次，直至溫/濕度恢復(fù)正常。微控制器采用TI公司的MSP430F133微控制器，溫/濕度監(jiān)測單元采用TI公司的數(shù)字溫/濕度傳感器MTH01，無線數(shù)傳模塊選擇Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器riRF905，如圖1所示。數(shù)據(jù)集中器一直處于接收狀態(tài)，無線溫/濕度采集器主動地向數(shù)據(jù)集中器發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中器只是被動地接收數(shù)據(jù)，在接收到數(shù)據(jù)后在將新的命令參數(shù)(包括溫/濕度上限、下限、死區(qū)溫/濕度等)發(fā)送給無線溫/濕度采集器，發(fā)送后又恢復(fù)到接收狀態(tài)。數(shù)據(jù)集中器將從各個溫/濕度采集器上接收到的數(shù)據(jù)進行處理(增加數(shù)據(jù)采集的時間)、存檔并在液晶顯示屏上顯示溫/濕度數(shù)據(jù)。按PC機的要求上傳數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集中器和PC在各自的操作系統(tǒng)下獨立工作。兩者之間按照通訊協(xié)議協(xié)同工作。本設(shè)計中PC機和數(shù)據(jù)集中器使用 RS485通訊。由于RS485為半雙工通訊，因此選用PC機為主機，兩者之間的通訊由PC機控制。數(shù)據(jù)集中器只有在PC向它發(fā)送命令時才做出響應(yīng)，而不會主動向PC機發(fā)起通訊聯(lián)系。 數(shù)據(jù)集中器的硬件由微控制器、時鐘芯片、nRF905無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲器、液晶顯示器和按鍵等組如圖2所示。設(shè)置各監(jiān)測點溫濕度上下限，設(shè)定采樣周期，設(shè)定端口參數(shù)，設(shè)置測試名稱；監(jiān)測軟件可以按設(shè)定的采樣周期，對各監(jiān)測點的溫/濕度進行采集，并將采集到的溫/濕度進行保存；通過設(shè)定的通訊協(xié)議，監(jiān)測軟件可以和溫濕度集中器進行數(shù)據(jù)通信，得到各監(jiān)測點的實時溫濕度，并可以自動判斷某個監(jiān)測點信息的缺失，給出報警信息；將采集到的各監(jiān)測點的即時溫/濕度，進行實時顯示，并以折線圖和列表兩種方式顯示各監(jiān)測點的溫/濕度變化趨勢；當采集到的各監(jiān)測點的即時溫/濕度出現(xiàn)異常情況時(溫濕度異常，采集信息異常等)產(chǎn)生報警信息，自動彈出報警窗口 ；以列表形式查看數(shù)據(jù)庫中的各監(jiān)測點所有溫/濕度的歷史信息；將數(shù)據(jù)庫中的所有信息導(dǎo)出到EXCEL中，實現(xiàn)報表的生成；設(shè)置登錄界面作為監(jiān)測軟件登錄權(quán)限，通過填寫用戶名和密碼登錄監(jiān)測軟件，如圖3所示。數(shù)據(jù)集中器的微控制器選擇TI的MSP430F149。數(shù)據(jù)集中器的工作環(huán)境要優(yōu)于無線溫/濕度采集器，而且并不是使用電池供電，不用刻意考慮低功耗的問題。由于數(shù)據(jù)集中器要完成大量的工作任務(wù)，因此需要編寫大量的程序代碼，MsP430F149在有豐富外設(shè)的同時還有60k的Flash和2k的RAM，正適合設(shè)計的需要。MSP430F149與MSP430F133的區(qū)別是它比MSP430F133擁有更加豐富的外設(shè)。時鐘芯片選用美國DALLAS公司的低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片DS1302，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，對于小于31天的月， 日期進行自動調(diào)整，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。由于本系統(tǒng)是采用3. 3V的MSP430控制器，為了配合與MSP430的總線電平匹配，采用3. 3V供電(靜態(tài)工作電流IuA)的FM25CL64 型號FRAM。為了與控制器MSP430F149電平匹配，選用單+3. 3v電源供電的液晶顯示模塊 LCM128642ZK。如圖 4 所示。
權(quán)利要求
1.一種糧倉的溫度與濕度無線測試與報警系統(tǒng)，由微控制器、溫濕度傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)集中器、液晶模塊、定時器、儲存器以及測試軟件等組成，其特征是，在無線傳輸模塊、微控制器、微控制器的共同作用下，構(gòu)成了一個可以自動測試糧倉溫濕度并通過無線方式傳輸?shù)缴衔粰C并且可以實現(xiàn)光電報警的自動測試系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糧倉溫度與濕度無線測試系統(tǒng)，其特征是，測試軟件通過串口設(shè)定溫濕度報警上下限以及時間校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糧倉溫度與濕度無線測試系統(tǒng)，其特征是，在數(shù)據(jù)集中器端可以根據(jù)設(shè)定的溫濕度上下限進行聲音和光電報警，保證糧倉的安全。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糧倉溫度與濕度無線測試系統(tǒng)，其特征是，溫濕度傳感器實時采集糧倉的溫濕度，并通過無線模塊發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器的液晶模塊可以實時顯示溫濕度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糧倉溫度與濕度無線測試系統(tǒng)，其特征是，數(shù)據(jù)集中器將采集的數(shù)據(jù)進行整理與儲存。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糧倉溫度與濕度無線測試系統(tǒng)，其特征是，管理軟件可以讀取存儲器中的數(shù)據(jù)，也可以實時顯示監(jiān)測曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種自動測量糧倉溫度與濕度的無線通訊系統(tǒng)，系統(tǒng)由微處理器、無線收發(fā)模塊、時鐘芯片、數(shù)據(jù)集中器、存儲器、液晶模塊、管理軟件等組成，實現(xiàn)1000米范圍內(nèi)的糧倉溫濕度監(jiān)測。數(shù)據(jù)傳輸模塊包括無線通信子模塊和串口有線通信子模塊；周期性的采集糧倉的溫度和濕度信息，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器根據(jù)預(yù)設(shè)的溫濕度進行實時報警，并將數(shù)據(jù)儲存于存儲器中，上位機可以實時獲取。通過溫濕度傳感器采集糧倉的溫濕度信息，并在上位機實時顯示和存儲。本發(fā)明可以測試惡劣環(huán)境下的糧倉溫濕度，減少了人工操作的誤差，增加了測試的安全性與可靠性，提高了測試效率與精度。
文檔編號G01K7/22GK102410884SQ201110297589
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者張?zhí)m勇, 李冰, 白立飛, 邢博文 申請人:哈爾濱恒譽名翔科技有限公司