毕业设计论文—基于arm粮食仓储环境监测系统的设计(编辑修改稿)

毕业设计论文—基于arm粮食仓储环境监测系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

31 主程序流程图 ..........................................................................................................19 图 32 温湿度传感器工作流图 ..........................................................................................20 图 33 气体浓度测量流程图 ..............................................................................................21 图 34 LCD 显示程序流程图 .............................................................................................22 图 35 报警程序流程图 ......................................................................................................23 神山口大学毕业设计（论文） V 表格清单 表 21 启动选项 ........................................................................................................................7 表 22 ILI9320 常用命令表 .....................................................................................................17 神山口大学毕业设计（论文） 1 引 言 民以食为天，自古以来粮食问题就是人们最为关注的问题，它体现了人们的生活质量状态，同时也是国家富强发展的基础。 进入 21 世纪以来，全球人口的不断增长与有效耕地面积逐年减少成为难以逆转的矛盾，粮食安全问题显得尤为突出。 由于粮食等农业产品的生产受自然条件的影响很大，产品收割时间比较集中，消费却是一年四季连续不断的，因此无论农 民自用，还是出售给国家的商品粮，都必须存放在符合储粮要求的仓库 (或容器 )里。 保障储粮安全，才能满足国家经济建设和人民生活的需要。 经过五十多年的粮仓建设与发展，我国粮库的布局、规模、仓储工艺、设施配备、仓型设计、新材料应用和建筑施工等都发生了根本变化，而且仓储管理与技术管理等也得到了极大的提高。 粮食的有效存储与温湿度等因素息息相关。 目前我国很多广大的农村农民还采用传统储粮模式，这种方式在粮食存储的过程中容易发生霉变，其主要原因与仓储环境的温度、湿度，气体浓度以及传统的仓库管理模式，缺乏自动监测设备等因素有关。 传统储粮方式需要值班人员定期用测量仪器去某个区域进行人工测量，这样的粗放型的管理粮仓模式往往不能及时的反映仓储环境的状况，从而不能及时的进行调节，导致粮食品质的下降。 在这种状况下，就需要一套先进的粮食仓储环境监测系统，来避免因储粮不善造成巨大的损失，进一步提供完善配套的粮食存储技术与装备信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。 信息技术已经广泛应用在传统的粮食仓储环境监测系统之上，所以应当寻求新的理论和技术来改进传统监测手段，来设计并实现更完善的监测系统。 本次是基于 ARM 平台进行粮食仓储环境监测系统的设计 ，该系统主要由温湿度、可燃气体浓度等数据采集处理模块、 ARM 中心控制处理模块、复位模块、报警模块、LCD 显示模块这五部分组成，五部分协同工作，从而最终实现对粮食仓储环境的监测。 该系统将信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术及信息处理技术等相互融合，将粮食仓储环境中多种参数监测和 ARM 控制器控制理论相结合，提出一种切实可行的粮仓环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和处理，满足了对农作物存储状态实行全面、实时、长期监测的要求。 帅锅： 基于 ARM 的粮食仓储环境监测系统的设计 2 第 1 章 绪论 研究意义及国内外发展概况 粮食的有效存储与温湿度、气体浓度等因素息息相关。 目前我国很多广大的农村农民还采用传统储粮模式，这种方式在粮食存储的过程中容易发生霉变，其主要原因与仓储环境的温度、湿度，气体浓度以及传统的仓库管理模式，缺乏自动监测设备等因素有关，传统储粮方式需要值班人员定期用测量仪器去某个区域进行人工测量，这样的粗放型的管理粮仓模式往往不能及时的反映仓储环境的状况，从而不能及时的进行调节，导致粮食品质的下降。 在这种状况下，就需要一套先进的粮食 仓储环境监测系统，来避免因储粮不善造成巨大的损失，进一步提供完善配套的粮食存储技术与装备信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。 目前国内生产的粮仓环境监测系统品种繁多，系统结构各异。 在粮仓内外温湿度监测、粮食内部温湿度监测及分析、通风机械的控制等方面比之前有了不少的进步，但仍有进步空间。 现场检测电路和上位机的通讯大多采用 RS485，但整个系统抗干扰能差，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。 国外的粮情监测系统相对比较先进，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。 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)，在有些需要的场合则连接到 Inter 上实现远程控制、远程诊断。 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的温湿度、气体浓度监测系统是主流，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。 目前国内的粮食仓储环境监测系统大多采用有线布网、人工测量，导致现场安装困难，工作效率偏低，测量精度差，这大大增加了电气工程施工的费用。 因此，为了保证粮食等农作物的长期稳定的存储，开发和研制无线传感器网络环境监测系统必然是未来的发展趋势。 无线传感器网络技术是现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科的综合。 无线传感器网络是将无线通信技术、传感器技术和网络技术相结合构成的能够根据环境自主完成指定任务的 智能自治测控网络系统。 因其具有随机布设、自组织、环境适中等特点，非常适合应用于布线、电源供给困难的区域、人员不易到达的区域，已广泛应用于国防军事、工农业生产、环境科学、交通管理、灾害监测等领域。 课题研究和解决的主要问题 本课题设计主要是实现对温度，湿度，可燃性气体的浓度进行多点同时测量并准确显示。 整个系统由 ARM 模块来控制，由温度传感器，湿度传感器，气体传感器采集数据，并通过相关电路对数据进行处理，如放大、滤波、 A/D 转换等，将处理过的数据显示出来，并且可以能够对异常情况进行报警，由所设计 出的硬件电路图进行相关软件设神山口大学毕业设计（论文） 3 计，并且对该此设计进行调试仿真等。 温度： 度量物体冷热的物理量，是国际单位制中 7 个基本物理量之一。 在生产和科学研究中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行的，人们的生活也和 它 密切相关。 湿度： 湿度很久以前就与生活存在着密切的关系 ， 但用数量来进行表示较为困难。 日常生活中最常用的表示湿度的物理量是空气的相对湿度 ， 用 %RH 表示。 在物理量的导出上相对湿度与温度有着密切的关系。 一定体积的密闭气体，其温度越高相对湿度越低，温度越低，其相对湿度越高。 其中涉及到复杂的热力工程学知识。 可燃性气体： 通常指城市煤气、石油液化气、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然气以及煤矿瓦斯等。 这些气体主要含有烷类、烃类、一氧化碳和氢气等烯类、醇类、苯类以及成分。 这些气体易燃、易爆，在贮存和使用这些气体过程中，如违反操作规程和设备密封不好，都有可能发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。 其中“ LEL”是指爆炸下限，可燃气体在空气中遇明火爆炸的最低浓度，称为爆炸下限一简称” LEL”，本设计中对超过 60%LEL 的气体浓度进行报警。 系统的各项性能指标是： 1)测温 范围： — 40℃ ~+60℃ ； 湿度测量范围为： 0~100%RH； 气体浓度测量范围： 0~100%LEL； 2)温度测量精度： +/℃ 3)湿度测量误差： 4%RH 4)可设置报警值；当湿度、温度、浓度等参数超限时，发出报警信号。 5)可以通过 LCD 进行显示示数。 6)电源工作范围： 一 课题总体方案设计与论证 方案一： 本方案采用模拟分立元件，如电容、电感或晶体管等非线形元件，实现多点温度，湿度，气体的测量，该方案设计电路 简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差较大。 方案二： 本方案采用 AT89C52 单片机为核心，通过 AD590 等模拟传感器采集温度、湿度、气体信号浓度，输出的模拟信号经信号放大器放大后，送到 A/D 转换器进行转换，再用 LED 显示示数，用单片机检测处理数字信号，但 A/D 转换电路设计较烦琐，而且使用模拟传感器进行检测必须对输出端进行补偿，以减小误差。 方案三： 由温湿度传感器 SHT1 MC113 进行数据采集， SHT11 内置放大、 A/D转换电路，可以直接输 出数字信号， ARM 控制器 STM32F107 比 51 单片机更加高效、低功耗，系统还包括复位模块，蜂鸣器报警模块，用 LCD 进行数据显示，比 LED 显示更加清晰、准确。 这几个部分在 ARM 控制模块的总控制作用下，协调统一的完成工作。 综合上述三种方案可知方案三更加合理，高效。 系统总工作框图及工作过程 系统总体硬件设计框图如图 11 所示，本系统由温湿度、易燃气体浓度等数据采集处理模块、 ARM 控制处理模块、电源电路模块、报警模块、 LCD 显示模块，这五部分组成，在 ARM 控制模块的总控制作用下，各模块协调统一的 完成工作。 该 系统以 ARM控制器为核心，以多个温度、湿度、气体传感器作为测量元件，通过 ARM 控制器STM32F107 与智能传感器 SHT11 和 MC113 相连，通过多路通道采集处理并显示实时数据。 用 SHT11 采集温湿度数值，直接送入控制器中显示、控制，用 MC113 气体传感帅锅： 基于 ARM 的粮食仓储环境监测系统的设计 4 器测量气体浓度，将输出的模拟信号放大、滤波、 A/D 转换后送入 ARM 控制器中。 在ARM 控制器的外围电路系统中，还要实现数据的实时显示、系统复位、超限报警等功能。 用 TFTLCD 进行显示，比一般的 LED 显示更加的清晰、准确。 通过 ARM 控制器的端口来控 制蜂鸣器进行报警。 图 11 系统总体工作框图 ARM 控制器 模块 数据采集、处理 模块 电源电路模块 报警电路模块 显示电路模块 神山口大学毕业设计（论文） 5 第 2 章 系统硬件设计 ARM 最小系统模块 本文主要用到 STM32F107 芯片进行设计，其最小系统主要用到的相关电路为复位电路、时钟电路、 供电电路、 JTAG 接口电路等部分。 ARM 处理器概述 STM32F107。