专利名称：自动粮情测温、测湿及通风控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及农业生产领域的一种粮情测温、测湿及通风控制装置。
背景技术：
随着我国农业产量的不断提高，粮食储备量越来越大，粮食的安全储藏一直 是困扰粮食管理单位的重大问题，尤其是大型国有粮库，其分散范围大，通讯 距离远，不宜统一管理。
粮食在存储过程中的安危主要表现在粮食的温度和水分的变化。 一旦粮食受 潮，其新陈代谢加快而产生呼吸热，局部粮食温度升高，就会使粮食发生霉烂 变质。所以，只要监测粮食的温度和湿度的变化，就可以掌握粮食的情况。由 此可见，对储粮实现全面准确温、湿度监测是保证储粮存储质量的行之有效的 手段。
早期，我国大部分粮库温、湿度的管理是通过人工观测、记录温度计和湿度 计读数进行手动通风控制的，不仅劳动强度大，工作繁琐，还常常因为检测和 报警不及时，造成库储粮食损失严重。
随着社会商品的多样化、电器化，对粮食温度和湿度的管理也提出了更高的 要求。不仅需要控制粮库的温度和相对湿度，同时也需掌握库房存储期可能出 现的最高温度、最低温度、露点温度及绝对湿度等指标的大小。因此后来部分 粮食企业引进了一些粮库监控软件对工作的一些环节实施管理，但是这些软件
系统大多是基于DOS系统的管理软件，覆盖的环节不够广泛，更无法解决大批 量数据处理问题。加之粮食企业的计算机应用水平普遍不高，都使得粮食企业 的信息化管理水平长期滞后，远远不能满足目前粮食企业日益复杂的工作需求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种粮情测温、测湿及通风控制装置， 实现对库储粮食温度、湿度的自动监测，并根据监测结果自动控制粮库通风系 统进行通风。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下
一种自动粮情测温、测濕及通风控制装置，其特征在于包括至少一个负责前 端数据采集的下位机、 一个负责后端数据处理的上位机，所述下位机包括
一温度检测电路，通过矩阵式温度检测电路检测温度，并通过一电阻采样得 到一电压信号输出；
一幅频转换电路，接收所述温度检测电路输出的电压信号，进行幅频转换得 到测温信号并输出；一湿度检测电路，包括湿度传感器和555集成定时器，湿度传感器检测湿度 传给555集成定时器，进行幅频转换得到测湿信号并输出；
一单片机控制电路，包括一单片机，负责与上位机通信，执行测温或测湿命 令，并接收所述测温信号和测湿信号，对数据进行初步处理再传给上位机，响 应上位机发送的控制信号执行通风命令；
一第一接口电路，负责在所述单片机和上位机之间完成TTL电平信号与 RS-485电平信号的相互转换；
所述上位机包括
一计算机，负责与下位机通信，接收所述单片机控制电路上传的数据，控制 所述单片机控制电路执行测温、测湿或通风命令；
与下位机具有相同数量的第二接口电路，负责在与之对应的下位机和计算机 之间完成RS-485电平信号与RS-232电平信号的相互转换。
本实用新型一种粮情测温、测湿及通风控制装置，通常包含有若干个下位机， 系统为该若干个下位机分配了不同的访问地址。当有多个下位机时，可扩展相 应数量的第二接口电路与下位机匹配。 一台上位机最多可带256台下位机，而 每台下位机又可测256个检测点。上位机作为中心节点，可与各下位机进行全 双工通信，负责完成地址控制帧发送、数据接收、后处理及显示、保存等。
工作时，上位机发出4位数据的指令，前两位是地址码，作为各下位机的 选通信号，后两位是命令码，让单片机执行测温、测湿或通风命令。系统中包 含两种帧地址控制帧和数据帧。地址控制帧用于下行传输，以实现上位机对 下位机的选址；数据帧用于上行传输，用于各下位机向上位机回送数据。本实 用新型的工作原理如下下位机接收到上位机发送的地址帧控制后，检测地址 控制帧中的8bit地址，若与本机地址一致，则执行测温测试命令。温度检测电 路采用矩阵式检测电路，两组模拟开关分别用于选通测温矩阵的行和列，每一 个行、列的交叉点上设置串联的二极管和温度传感器作为检测点。当单片机执 行测温命令时，单片机控制电路控制两组模拟开关以选择不同的检测点。温度 检测电路通过温度传感器检测温度后输出反映温度大小的电压信号到幅频转换 电路，经幅频转换后得到测温信号送至单片机控制电路。当单片机执行测湿命 令时，湿度检测电路通过湿度传感器检测湿度后转换为测湿信号送至单片机控 制电路。单片机控制电路对测温信号或测湿信号的频率进行计数，再通过第一、 第二接口电路传输至计算机，计算机将得到的数据与预先设置的数据进行比较， 若温度、湿度过大，自动发送控制信号给单片机控制电路，通过单片机控制电 路驱动通风系统给粮仓降温、除湿。
本实用新型的有益效果在于
采用以单片机为核心的数据采集中心和以计算机为核心的数据处理中心相 结合，控制室中的计算机通过接口电路发送控制信号给单片机控制测温、测湿 操作，单片机采集到的温度、测湿信号通过接口电路传送至计算机，计算机对 各采集点的温度和湿度实时监控，当湿度、温度过大时，计算机自动发送控制 信号给单片机，通过单片机驱动通风系统给粮仓降温、除湿，并可随时修改和调整设定值和报警值，不仅操作简单而且可以进行大批量数据处理，系统自动 化、智能化程度高。
本实用新型采用RS-485总线式传输，具有良好的抗噪声干扰性，长距离传 输能力和多站传输能力。
温度检测采用矩阵式测量电路，替代一般桥式测量电路，现场布线简单，测 量精度高。模拟开关组采用模拟开关芯片CD4067，集成度高；温度传感器采用 热敏电阻，测量精度高，可达土0.2-C。
幅频转换电路采用芯片LM331，线性度好，变换精度高。
湿度传感器采用电容式湿敏元件，工作稳定性好、可靠性高、测量精度高达 ±2%RH，具有很高的性价比。
以下结合附图对本实用新型具体实施方式
进行详细说明。
图l:本实用新型自动粮情测温、测湿及通风控制装置的结构框图2:本实用新型自动粮情测温、测湿及通风控制装置的电路结构原理图3: 555集成定时器的功能框图和引脚图4: SN75LBC184芯片引脚图； 图5: MAX202芯片引脚图。 图6:温度检测电路原理图
具体实施方式
如
图1所示， 一种自动粮情测温、测湿及通风控制装置，包括下位机l和上
位机2。下位机1包括相互连接的温度检测电路101、幅频转换电路102、湿度 检测电路103、单片机控制电路104、第一接口电路105。上位机2包括计算机 201和第二接口电路202，第一接口电路105连接单片机控制电路105，第一接 口电路105与第二接口电路202相连，第亡接口电路202与计算机201相连。 当需要多个下位机1对，可扩展相应数量的第二接口电路202与多个下位机1 匹配。
电路结构原理图如图2所示。单片机控制电路104由单片机及其外围电路组 成。单片机采用美国ATMEL公司的51系列Flash单片机AT89C51，它具有成 本低，性能高的特点。其内部集成了一个增强型8051内核，128Byte的RAM、 4Kbyte的Flash ROM、 2个16bit定时器、1个全双工UART 口 、 2个外部中断 源、32个通用I/O 口，装置时钟最高可达24MHz。第一接口电路105包括第一 RS-485电平接口芯片，第二接口电路202包括相互连接的第二 RS-485电平接口 芯片和RS-232电平转换芯片。第一、第二RS-485电平接口芯片采用美国国家 半导体公司生产的SN75LBC184， RS-232电平转换芯片采用美国国家半导体公 司生产的MAX202。第一RS-485电平接口芯片的1、 4脚分别与单片机的RXD 端、TXD端即ll、 12脚连接，其2、 3脚与单片机的而端连接。第二RS-485 电平接口芯片的6、 7脚分别连接第一 RS-485电平接口芯片的6、 7脚；第二RS-485电平接口芯片的1、 4脚分别与RS-232电平转换芯片的13、 14脚连接， 其2、 3脚与RS-232电平转换芯片的7脚连接，RS-232电平转换芯片的12、 11脚分别与计算机201 (图2中的PC)的串行口的RXD端、TXD端连接。
单片机的11脚通过第一 RS-485电平接口芯片的4脚从上位机接收4位数据， 前两位是地址码，作为下位机选通信号，后两位是命令码，让单片机执行测温、 测湿或通风命令。当接收到测温命令时，单片机1 4脚、5 8脚分别输出行、 列信号，选通温度检测电路101的测温矩阵的某检测点进行测温，通过幅频转 换电路102将测温信号传送至单片机13脚，经过计算后，由单片机10脚输出， 通过第一接口电路105和第二接口电路202传到计算机201。当单片机接收到测 湿命令时，15脚从湿度检测电路103接收测湿信号，进行计算后也由10脚输出， 通过第一接口电路105和第二接口电路202传到计算机201。计算机201对传输 的数据与预先设置的数据进行比较。若温度、湿度过大，则输出控制信号至单 片机11脚，单片机接收信号后从14脚输出驱动信号至通风系统进行通风，图 中Kl即表示风机控制继电器。单片机的18、 19脚接振荡电路。
幅频转换电路102中，电阻R32上取样得到的电压信号经由R33、 C31、 R34、 C34连接组成的低通滤波电路滤波后送至美国国半公司生产的幅频转换芯片 LM331的7脚，进行幅频转换后从LM331的3脚输出到单片机的13脚(即INT1 端)。
LM331各引脚功能说明如下1脚为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源, 脉冲宽度与内部单稳态电路相同。2脚为输出端脉冲电流幅度调节，RS越小， 输出电流越大。3脚为脉冲电压输出端，OC门结构，输出脉冲宽度及相位同单 稳态，不用时可悬空或接地。4脚接地，5脚为单稳态外接定时时间常数RC。 6 脚为单稳态触发脉冲输入端，低于7脚电压触发有效，要求输入负脉冲宽度小 于单稳态输出脉冲宽度Tw。 7脚为比较器基准电压，用于设置输入脉冲的有效 触发电平高低。8脚为电源Vcc。正常工作电压范围为4 40V，线性度好，最 大非线性失真小于0.01%，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性。变换精度高 数字分辨率可达12位。
湿度检测电路103中，湿度传感器采用湿度传感器采用电容式湿敏元件C20， 型号为HSllOl，连接在接地端和555集成定时器的2脚之间。2脚为555集成 定时器的触发输入脚。电容式湿敏元件工作稳定性好、可靠性高，测量精度高 达士2XRH，具有极好的线性输出。1 99。/。RH湿度量程，-40到100摄氏度的 温度工作范围。响应时间5秒，湿度输出受温度影响极小。适合用于低湿及露 点测量需要的场合，如干燥箱、电缆充气设备中干燥气体。防腐蚀性气体，常 温使用无需温度补偿。
电路的振荡周期为1=(^+2^^)001112;
丄—_J_
娠荡频率为 于(R2。+2R21)C2。ln2;
湿度变化电容式湿敏元件C20的值就变化，555定时器3脚的输出信号即测
7湿信号的频率f也随之变化。该测湿信号被送至单片机的15脚(即Tl端)进
555集成定时器的功能框图和引脚图见图3。 555集成定时器是一种将模拟功 能和逻辑功能巧妙地集成在同一硅片上的新颖的线性集成电路， 一般采用陶瓷 双列直插封装形式。由555的功能框图可知，555定时器主要由三个严格相等的 5kQ电阻组成的分压器(555因此而得名)、精密电平比较器Al和A2、 R-S触发 器、复位晶体管T2、功率输出级、放电管Tl等部分组成。其工作原理如下 当6脚电位高于2/3Vcc时，因Al反相输入端基准电位等于2/3Vcc，所以上比 较器A1输出高电平；若此时下比较器A2没f触发信号输入，即2脚电位高于
1/3Vcc，则A2输出低电平,R-S触发器复位，^端为高电平，555第3脚输出低 电平，且放电晶体管T1导通。然后，即使6脚电位变低，此状态也一直保持不 变，直到2脚输入触发信号。若触发输入端2输入一个负脉冲，使其电位低于 1/3Vcc，则A2输出高电平，使R-S触发器置位，即3脚输出高电平；与此同时， 放电晶体管T1由导通变为截止。此状态也一直保持不变，直到6脚再出现高于 2/3Vcc的电平时又重复上述过程。
自动粮情测温、测湿及通风控制装置中要将实测信号送至上位机2，同时要 接收上位机2传来的控制信号。计算机201采用的是RS-232串行通讯接口，而 通信中使用的RS-485电平，单片机控制电路104不能直接支持RS-232电平， 所以需要外接接口电路进行电平匹配。第一接口电路105包括第一RS-485电平 接口芯片，第二接口电路202包括相互连接的第二 RS-485电平接口芯片和一 RS-232电平转换芯片，第一、第二RS-485电平接口芯片采用美国国家半导体公 司生产的SN75LBC184， RS-232电平转换芯片采用美国国家半导体公司生产的 MAX202,第一RS-485电平接口芯片的1、 4脚分别与所述单片机的RXD端、 TXD端连接，其2、 3脚与单片机的阪端连接，第二RS-485电平接口芯片的6、 7脚分别连接第一RS-485电平接口芯片的6、 7脚；第二 RS-485电平接口芯片 的l、 4脚分别与RS-232电平转换芯片的13、 14脚连接，其2、 3脚与RS-232 电平转换芯片的7脚连接，RS-232电平转换芯片的12、 11脚分别与计算机201 串行口的RXD端、TXD端连接。
通过接口电路的电平转换作用，采用485总线传输即可实现单片机控制电路 103与计算机201的通讯功能。
RS-485总线式传输具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力，因 此成为本装置首选的串行接口。而接口组成的半双工网络一般只需二根连线， 所以接口均采用屏蔽双绞线传输。RS-232接口连接器采用DB-9的9芯插头座， 与计算机201相连。MAX202芯片中有两套独立的电平转换器可供使用，这里 应用其中的一组作为收、发数据，另一组作为收发数据的控制信号。
如图4所示，SN75LBC184集成电路具有瞬变高压抑制功能，能抗雷击、静 电放电，避免因交流电故障引起的非正常高压脉冲冲击。A、 B为RS-485总线 接口， DI是发送端，RO为接收端，分别与单片机串行口的TXD、 RXD连接，RE、DE为收发使能端，由单片机的16脚作为收发控制。
如图5所示，MAX202使用+5V电压供电，片内有电压倍增器和电压变换 器，输出RS-232需要的士10V电平，内部有两个发送器和两个接收器。MAX202 只需四个外接电容C71、 C72、 C74、 C75就可正常工作。四个电容应选择体积 较小、受温度影响较小的独石瓷片电容。电容C73是芯片MAX202的去耦电容， 其作用是将来自电源的杂波干扰滤除，同时保证电源对该部分电路供电的平稳， 以便获得高质量的通讯效果。特别是^"于供电电源噪声敏感的应用场合，使用 与电荷泵电容值相同的电容使+5V电源对地去耦。
图6示出温度检测电路原理图。采用矩阵式检测电路，两组模拟开关分别选 通测温矩阵的行、列。选中每一行时，每台下位机可测16组，每组可测16个 点。采用矩阵式检测电路可使系统施工现场布线简单、测量精度高，可达±0.2 °C。模拟开关选用美国国半公司生产的模拟开关芯片CD4067，温度传感器采用 性价比较高的热敏电阻。
检测电路的工作原理结合图2，单片机1 4脚选通CD4067(1)的某一输出 信号，即选定测温矩阵中的某一行；单片机5 8脚选通CD4067(2)的某一输出 信号，即选定测温矩阵中的某一列，这样就选通了某一个检测点，该检测点上 设置测温探头，热敏电阻(RM001 RM256)与阻值1K的电阻R32将反应温度 大小的信号转换成电压信号输出到幅频转换电路102。
权利要求1.一种自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于包括至少一个负责前端数据采集的下位机(1)、一个负责后端数据处理的上位机(2)，所述下位机(1)包括一温度检测电路(101)，通过矩阵式温度检测电路检测温度，并通过一电阻采样得到一电压信号输出；一幅频转换电路(102)，接收所述温度检测电路(101)输出的电压信号，进行幅频转换得到测温信号并输出；一湿度检测电路(103)，包括湿度传感器和555集成定时器，湿度传感器检测湿度传给555集成定时器，进行幅频转换得到测湿信号并输出；一单片机控制电路(104)，包括一单片机，负责与上位机(2)通信，执行测温或测湿命令，并接收所述测温信号和测湿信号，对数据进行初步处理再传给上位机(2)，响应上位机(2)发送的控制信号执行通风命令；一第一接口电路(105)，负责在所述单片机和上位机(2)之间完成TTL电平信号与RS-485电平信号的相互转换；所述上位机(2)包括一计算机(201)，负责与下位机(1)通信，接收所述单片机控制电路(104)上传的数据，控制所述单片机控制电路(104)执行测温、测湿或通风命令；与下位机(1)具有相同数量的第二接口电路(202)，负责在与之对应的下位机(1)和计算机(201)之间完成RS-485电平信号与RS-232电平信号的相互转换。
2. 如权利要求1所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述第一接口电路(105)包括第一RS-485电平接口芯片，第二接口电路(202) 包括相互连接的第二 RS-485电平接口芯片和一RS-232电平转换芯片，第一、 第二 RS-485电平接口芯片采用美国国家半导体公司生产的SN75LBC184, RS-232电平转换芯片采用美国国家半导体公司生产的MAX202,第一 RS-485 电平接口芯片的1、 4脚分别与所述单片机的RXD端、TXD端连接，其2、 3 脚与单片机的而端连接，第二 RS-485电平接口芯片的6、 7脚分别连接第一 RS-485电平接口芯片的6、 7脚；第二 RS-485电平接口芯片的1、 4脚分别与 RS-232电平转换芯片的13、 14脚连接，其2、 3脚与RS-232电平转换芯片的7 脚连接，RS-232电平转换芯片的12、 11脚分别与计算机(201)串行口的RXD 端、TXD端连接。
3. 如权利要求1所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述矩阵式温度检测电路包括两组模拟开关，两组模拟开关在单片机控制电路(104)的控制下分别用于选通测温矩阵的行和列，在每一个测温矩阵的行、列 交叉点上设置了串联的一二极管和一温度传感器，温度传感器检测温度后通过一与之串联的电阻取样，转换为所述电压信号输出到所述幅频转换电路(102)。
4. 如权利要求3所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述两组模拟开关采用模拟开关芯片CD4067，温度传感器采用热敏电阻。
5. 如权利要求1所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述幅频转换电路包括一低通滤波电路和一幅频转换芯片，幅频转换芯片采用 美国国家半导体公司生产的LM331，所述温度检测电路输出的电压信号经低通 滤波电路滤波后输入到幅频转换芯片的7脚，进行幅频转换后从幅频转换芯片 的3脚输出到所述单片机的INT1端。
6. 如权利要求1所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述湿度传感器采用电容式湿敏元件，所述电容式湿敏元件连接在接地端和555 集成定时器的2脚之间，所述测湿信号从555定时器的3脚输出到所述单片机 的T1端。
7. 如权利要求1所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述单片机的T0脚与通风系统连接。
8. 如权利要求1所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于 所述下位机(1)的数量不大于256个。
9. 如权利要求1至8任一所述的自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其 特征在于所述单片机采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。
专利摘要本实用新型公开一种自动粮情测温、测湿及通风控制装置，其特征在于包括至少一个负责前端数据采集的下位机、一个负责后端数据处理的上位机，所述下位机包括一温度检测电路，一辐频转换电路，一湿度检测电路，一单片机控制电路和一第一接口电路；所述上位机包括一计算机、与下位机具有相同数量的第二接口电路。本实用新型不仅操作简单而且可以进行大批量数据处理，系统自动化、智能化程度高，工作稳定性好、可靠性高、测量精度高。
文档编号G01K7/22GK201138454SQ20082003043
公开日2008年10月22日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者沈翠凤 申请人:沈翠凤;杨汉华