基于gprs通信的糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統設計-自動化畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>　　題 目 基于GPRS通信的糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統設計 </p><p>　　專業(yè)名稱 自動化 </p><p>　　學生姓名 劉 瑾 </p><p>　　指導教師

2、 王衛(wèi)軍 </p><p>　　畢業(yè)時間 2016年6月 </p><p><b>　　畢業(yè) 任務書</b></p><p><b>　　一、題目</b></p><p>　　基于GPRS通信的

3、糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統設計</p><p>　　二、指導思想和目的要求 </p><p>　　GPRS——General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數據處理的技術，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。雖然移動通信技術發(fā)展演變很快，但是GPRS在許多領

4、域依然有著廣泛應用。</p><p>　　溫度及濕度是糧倉存儲的兩項關鍵指標，其檢測方法也是糧食存儲的關鍵問題，目前，相當多的檢測依然采用人工進行，勞動強度大，工作繁瑣，并且由于監(jiān)測報警不及時，會導致糧食受損。研究一套自動化程度高、成本低但精確度高的糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統具有重要現實意義。本論文的特點是采用GPRS實現溫濕度的遠程監(jiān)測。</p><p>　　1. 掌握運用所學理論知識分析解

5、決工程實際問題的一般方法；</p><p>　　2. 培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨立工作的能力；</p><p>　　3. 通過畢業(yè)實習、畢業(yè)設計及畢業(yè)答辯全過程的訓練，加強老師與學生之間、學生與學生之間知識的相互交流，互相滲透，培養(yǎng)學術研討的好學風；</p><p>　　4. 要求同學們以滿腔的熱情、科學的態(tài)度，嚴謹的作風、高度的責任感從事畢業(yè)設計工作；不得敷衍了

6、事、馬馬虎虎、得過且過；提倡周密思考、大膽創(chuàng)新，反對死搬硬套、墨守陳規(guī)；提倡共同研究，反對相互抄襲；</p><p>　　5. 要求遵守學校的各項規(guī)章制度，確保畢業(yè)設計順利地、高質量地完成。</p><p><b>　　三、主要技術指標</b></p><p>　　1. 學習熟悉GPRS技術；選擇一款適合本設計的MCU，設計計算機實時監(jiān)測系統；

7、</p><p>　　2. 選擇適合本設計的傳感器，完成對糧倉溫度、濕度信息的實時檢測，設計相應計算機接口電路；</p><p>　　3. 使用GPRS通信測試工具軟件進行調試；</p><p>　　4. 實現當地實時顯示功能；</p><p>　　5. 設計5V電源給單片機供電。</p><p><b>　

8、　四、進度和要求</b></p><p>　　1. 第1-3周收集資料，根據需要學習相關的硬軟件；</p><p>　　2. 第4周進行系統概要設計，提出設計的總體思想；</p><p>　　3. 第5周，確定設計方案；</p><p>　　4. 第6-12周，完成系統硬、軟件的設計，針對設計中存在的缺點和不足，不斷完善設計方案；

9、</p><p>　　5. 第12-13周，撰寫并修改論文；</p><p>　　6. 第14-15周，完成論文；完成答辯資料，準備答辯。</p><p>　　五、主要參考書及參考資料</p><p>　　[1] 衛(wèi)革.基于GPRS的遠程無線數據采集系統設計[D].北方工業(yè)大學，2010.</p><p>　　[2]

10、王歡,王偵,季金勝.基于GPRS和3G通信的糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統[J]. 軟件,2011.</p><p>　　[3] 張月金,譚軍.國內糧情測控系統現狀及發(fā)展趨勢[J].農業(yè)裝貝技術，2009.</p><p>　　[4] 成春旺.監(jiān)控系統中基于GPRS的無線數據傳輸系統的研究與實現[D].北京郵電大學,2006.</p><p>　　[5] 卑璐璐.無線溫濕度

11、監(jiān)測系統設計[D].遼寧工程技術大學,2008.</p><p>　　[6] 顧簡,施云波,修德斌，等.基于GPRS的環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統設計[J]. 黑龍江大學自然科學學報,2010,06:832-835+840. </p><p>　　[7] 梁鋒林,邱興陽,鄭健.基于STC89C52與GPRS藥品倉儲溫濕度監(jiān)控系統[J].齊齊哈爾大學學報(自然科學版),2015,01:14-17.&l

12、t;/p><p>　　[8] 張正平,夏斌,劉橋.基于單片機的GPRS無線數據采集與傳輸系統的設計[J].四川理工學院學報(自然科學版),2007,05:18-22.</p><p>　　學生 __________ 指導教師 __________ 系主任 ___________</p><p><b>　　(須本人親筆簽名）</b></p&

13、gt;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　對糧食如何進行高效科學的管理在目前是一個全球性的難題。按照調查統計顯示，全球每年都會因為不當的儲糧方式而產生巨大的損失。因此，糧食的安全存儲具有很大社會意義和經濟價值。隨著自動化技術、計算機技術和通信技術發(fā)展，對糧倉進行溫濕檢測的技術也在不斷的發(fā)展和提升。</p><p>　　本課題研究了基于

14、GPRS技術的糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統。GPRS通用分組無線交換技術屬于移動通信中的數據傳輸技術，具有速率高、穩(wěn)定性強等特點。選擇GPRS無線技術進行監(jiān)測，與傳統的人工管控糧倉的方式相比，具有監(jiān)測覆蓋范圍廣、監(jiān)測點配置靈活、傳輸距離遠等優(yōu)點，優(yōu)化對糧倉溫濕度的遠程監(jiān)測，有效的降低了監(jiān)測成本。</p><p>　　本系統由溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、數據顯示模塊及數據傳送模塊組成。通過這些模塊可以完成對糧倉內各監(jiān)測點

15、的信息采集、信息處理和實時顯示，完成對數據的傳送。實現了對糧倉溫濕度的遠程實時監(jiān)測。</p><p>　　本論文綜合運用了單片機技術、傳感器技術及GPRS通信等技術，為提升糧倉溫濕度遠程監(jiān)測效率做出了積極的嘗試。</p><p>　　關鍵詞：溫濕度傳感器，數據采集，STC89C52單片機，GPRS通信</p><p><b>　　ABSTRACT</

16、b></p><p>　　How efficient management of food science at the present is a global problem. According to the survey statistics show that each year worldwide are due to improper way of stored grain and produc

17、e huge losses. Therefore, the safe storage of food has great social significance and economic value. With automation technology, computer technology and communication technology development, granary temperature and humid

18、ity detection technology is constantly developing and upgrading. This research grana</p><p>　　KEY WORDS: temperature and humidity sensors, data acquisition, STC89C52 MCU, GPRS communication</p>&l

19、t;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2 GPRS技術簡介1</p><p>　　1.3溫濕度監(jiān)測技術的發(fā)展2</p><p>　　1.3.

20、1溫度監(jiān)測技術的發(fā)展2</p><p>　　1.3.2濕度監(jiān)測技術的發(fā)展2</p><p>　　1.4本課題研究內容3</p><p>　　第二章 系統整體方案設計4</p><p>　　2.1糧食倉儲環(huán)境及影響因素4</p><p>　　2.1.1糧倉類型概況4</p><p>　

21、　2.1.2溫濕度對糧食的影響4</p><p>　　2.2系統總體設計5</p><p>　　2.2.1系統的設計原則及實現的功能5</p><p>　　2.2.2系統的結構組成5</p><p>　　2.2.3系統的技術指標6</p><p>　　第三章 系統硬件設計7</p><p

22、>　　3.1 GPRS數據傳送模塊選擇7</p><p>　　3.1.1 GPRS結構組成7</p><p>　　3.1.2 ATK-SIM900A模塊簡介8</p><p><b>　　3.2單片機11</b></p><p>　　3.2.1 STC89C52單片機簡介11</p><

23、;p>　　3.2.2單片機最小系統12</p><p>　　3.3溫濕度傳感器選擇14</p><p>　　3.3.1溫度傳感器14</p><p>　　3.3.2濕度傳感器16</p><p>　　3.4顯示模塊選擇19</p><p>　　3.4.1 LCD1602液晶顯示屏簡介19</p&

24、gt;<p>　　3.4.2 LCD1602與STC89C52連接20</p><p>　　3.5電源模塊選擇21</p><p>　　第四章 系統軟件設計22</p><p>　　4.1系統軟件總體設計要求22</p><p>　　4.2溫濕度數據采集顯示模塊軟件設計22</p><p>　　

25、4.2.1溫濕度數據采集顯示模塊流程圖22</p><p>　　4.2.2溫濕度數據接收傳送模塊流程圖22</p><p>　　4.3 GPRS模塊與單片機通信協議及串口設計23</p><p>　　4.3.1 GPRS模塊與單片機通信方式23</p><p>　　4.3.2 GPRS模塊與單片機串口部分軟件設計23</p&g

26、t;<p>　　4.4 系統溫濕度采集顯示部分仿真25</p><p>　　第五章 全文總結26</p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計小結30</b><

27、;/p><p>　　附 錄 硬件原理圖31</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義</p><p>　　中國作為全球生產糧食的大國，同時也是糧食消耗大國。每年能夠產出近5億噸的糧食。目前，我國大多數糧食企業(yè)都是采用糧倉來存儲糧食。同時很大一部分糧倉的儲藏量都較大，這使

28、得糧食的安全儲藏成為一個很重要的問題。糧食在收割以后會因為存儲、輸送、流通等過程中產生一定的損失，而根據調查顯示，其中由于糧食在存儲過程中而損失的占了較大的比重。</p><p>　　糧食在存儲的過程當中，溫度和濕度是重要的影響因素。通常谷物類糧食的適宜溫度應當保持在10°C ~15°C之間，濕度則應當保持在30%左右。糧食的存儲對溫度和濕度具有較為嚴格的范圍限制。但由于季節(jié)變換和天氣的變化，

29、一旦溫濕度不適就會很容易引起糧食的霉變和生蟲。因此對糧倉中的溫濕度變化進行檢測和控制是管控糧倉的首要問題。</p><p>　　目前，人們對糧倉溫濕度進行管理監(jiān)測的方法主要采用的是人工監(jiān)測。這種監(jiān)測方式不僅耗時耗力，同時也易出現數據結果不精確等問題。隨著信息技術的不斷發(fā)展，糧倉溫濕度監(jiān)測技術的自動化程度也在不斷的提高，能夠有效的提高數據的精準性，實時性，同時也降低了工人的勞動強度，除此之外也能夠有效的減少糧食產后

30、的損失。</p><p>　　1.2 GPRS技術簡介</p><p>　　隨著無線通信和網絡技術不斷的發(fā)展，我國進入了全面信息化時代，人們對于數據服務的認知和需也求日益劇增，開始希望能夠隨時隨地都能夠獲取文本、圖像、語音、視頻等信息服務。在這樣的需求之下，以GPRS為基礎的業(yè)務曾經占據數據通信發(fā)展演變中的重要位置。</p><p>　　GPRS是在GSM的基礎之上

31、增加了SGSN——服務GPRS支持節(jié)點和GGSN——GPRS網關支持節(jié)點這兩個節(jié)點而形成的移動分組數據網絡。GSM通訊方式為半雙工通信方式，不能同時雙向收發(fā)數據，其平均傳輸時延過大，實時性不強且不利于遠距離的數據傳輸，同時易受電磁環(huán)境的影響導致數據的可靠性較差[1]。GPRS則可以彌補GSM技術的不足之處。利用GPRS進行數據傳輸具有以下優(yōu)點：</p><p>　?、?與GSM電路交換(CS:circuit sw

32、itching)數據傳輸相比，GPRS的分組交換技術(Packet switching technology)具傳送速度快的特點，使用中能達到20～40kb/s；</p><p>　　② GPRS能做到即使沒有在進行工作的時候，都能夠與網絡隨時保持聯系并且保證系統無延時，做到隨時在線，可以完美的符合系統在接收到數據后可以立即進行傳輸的要求。</p><p>　?、?由于目前GMS/GPRS

33、網絡在全國的覆蓋范圍較廣，對于采用GPRS進行數據傳輸的技術，因為不用再重新建設網絡，可以直接安裝所需設備，所以降低了成本。除此之外，GPRS是按照數據流量、業(yè)務類型及服務質量等級來計費的方式，極大地降低了通信費用；</p><p>　?、?由于GPRS的覆蓋范圍廣，可以實現大范圍的數據實時監(jiān)控；</p><p>　?、?GPRS不易受外界影響而發(fā)生中斷信號傳輸等狀況。</p>

34、<p>　　目前基于GPRS的遠程數據傳輸系統也已經非常成熟，同時由于它的實時性、穩(wěn)定性及費用低等特點，已大范圍應用于工業(yè)(遙測、遙控)、環(huán)保系統(監(jiān)測污水、污氣排放)、運輸業(yè)(車輛調度指揮)和金融業(yè)(移動銀行)等。</p><p>　　1.3溫濕度監(jiān)測技術的發(fā)展</p><p>　　1.3.1溫度監(jiān)測技術的發(fā)展</p><p>　　早期溫度測量方式是

35、將溫度計放置在需要測量的點，然后由檢測人員根據需求去讀取溫度數據。這種人工檢測讀取數據的方式存在以下幾個問題：</p><p>　?、?當監(jiān)測點的數量較多時，就會需要大量的監(jiān)測人員去讀取和記錄數據，這種方式會浪費大量的人力物力。</p><p>　　② 由于溫度計的測量精度較低且采取人工讀取數據的方式等因素，會導致溫度監(jiān)測出現速度慢、效率低、精度低和實時性差等問題。 </p>

36、<p>　　采用數模轉換器、采樣器、電阻式溫度傳感器等組成的監(jiān)測系統從80年代開始出現，取代了傳統的人工檢測的方式，提高了監(jiān)測效率和準確率，減少了人工勞動力。但由于這類傳感器的靈敏度不高，電阻的阻值容易受到溫濕度的影響，因此該監(jiān)測系統在各方面雖然有所提高但仍存在著不足之處。直到20世紀初，糧倉監(jiān)測系統才有了進一步的飛躍：①熱電偶傳感器和半導體傳感器開始出現；②使用單片機對數據進行處理和傳輸；③采用了交叉式排線技術，簡化了檢測

37、線路；④同時采取串行傳輸的方式進行傳送。通過軟件和硬件技術的結合使得系統的整體性能有了較大提高。</p><p>　　如今，在對原有的模擬式溫度傳感器的基礎上做出技術性的改進后，產生了很多數模相結合的傳感器，開始從集成化向智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3.2濕度監(jiān)測技術的發(fā)展</p><p>　　隨著時代的發(fā)展，我國對環(huán)境濕度的監(jiān)測越來越重視，濕度檢測

38、技術也得到了較大的發(fā)展。濕度檢測標準從沒有到詳細具體，種類也從最初的數量極少發(fā)展到現在的應有盡有。濕度檢測技術的主要內容包括濕度標準、濕度檢測器具等。</p><p>　　我國在早期最先研究出氯化銼電阻式濕度傳感器。這種濕度傳感器具有性能穩(wěn)定、反應靈敏、精度高等優(yōu)點，但缺點是體積過大，不宜在溫度變化激烈、易結露或污染的環(huán)境中使用。 隨后在80年代初，又推出了一種以陶瓷為基片的小型氯化鏗電阻式濕度傳感器。該傳感器基

39、于氯化銼濕度傳感器產生，在靈敏度和測量范圍等方面都做出了進一步的優(yōu)化。在一些濕度低于5%RH和高至98%RH的環(huán)境中都能夠準確的進行測量，且測量精度為士2.0%RH。此外，該傳感器的體積也是同類濕度傳感器的1/3或1/5，在價格上也比同類濕度傳感器要低。</p><p>　　最近這些年，濕度傳感器的研究取得了較大的進展：①濕度傳感器從普通的電阻、電容等電子器件向智能化、一體化等方向飛速發(fā)展；②濕度檢測技術中也開始

40、運用濕度自動校準和線性化處理等多項先進技術。</p><p>　　由于科技的快速發(fā)展，溫濕度監(jiān)控系統從傳統的人工檢測的方式轉變?yōu)橹悄鼙O(jiān)控方式，使得溫濕度監(jiān)測系統開始廣泛應用于工農業(yè)領域，同時對糧倉監(jiān)測的準確性、穩(wěn)定性要求越來越高。不斷的提升糧倉的監(jiān)測設備、優(yōu)化監(jiān)測成本已經成為當前研究糧倉監(jiān)控的重點。</p><p>　　1.4本課題研究內容</p><p>　　本課

41、題設計的溫濕度監(jiān)測系統以GPRS技術為基礎，單片機技術為核心，系統共分為三個部分：①溫濕度數據采集；②LCD數據顯示；③GPRS數據傳送及上位數據記錄。通過單片機對溫濕度信息進行檢測并處理顯示，同時使用GPRS模塊將信息傳送到上位機，為決策提供依據，做到對糧倉的溫濕度進行實時有效的監(jiān)控。本文共分為五章。各章節(jié)包含內容如下：</p><p>　　第一章 緒論。介紹了本課題研究的背景以及研究的目的和意義；介紹了GPR

42、S技術及溫濕度監(jiān)測系統技術；介紹了主要研究內容并對論文整體做出了安排。</p><p>　　第二章 對GPRS糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統做出了整體設計，介紹了系統的結構并對各組成部分用途做出說明。</p><p>　　第三章 對整個監(jiān)測系統做出了硬件設計，主要介紹了對單片機、溫度傳感器和濕度傳感器、液晶顯示、GPRS數據傳送等模塊的選型。</p><p>　　第四章 對

43、GPRS糧倉溫濕度遠程監(jiān)測系統做出了軟件設計，介紹單片機如何對溫濕度數據進行采集及控制LCD進行顯示，以及GPRS模塊與單片機如何通信及接口電路設計與實現，介紹了系統仿真及調試過程。</p><p>　　第五章 對文章進行總結，總結了整個文章所做的工作，說明了系統的優(yōu)點和不足之處，提出可以改進的地方。</p><p>　　第二章 系統整體方案設計</p><p>　

44、　由于自動化技術和網絡通信技術的發(fā)展，使自動監(jiān)控系統已經廣泛應用于各個領域。本系統結合了單片機技術與GPRS技術，設計了一個基于GPRS的糧倉溫濕度監(jiān)測系統，對糧倉內的溫度和濕度進行實時動態(tài)監(jiān)測，并實現對溫濕度數據的采集、處理、顯示及傳輸，為糧倉的管理提供了有效的數據。針對目前我國糧倉基本規(guī)模，在系統總體設計中重點考慮了糧倉內傳感器的布局以及數據傳輸的抗干擾性和穩(wěn)定性。</p><p>　　2.1糧食倉儲環(huán)境及影

45、響因素</p><p>　　2.1.1糧倉類型概況</p><p>　　1949年解放初始，中國能夠存儲糧食的地方十分有限，大部分都是改建的，且存儲條件和技術也跟不上需求，因此導致糧食損失嚴重。在這樣的背景之下，我國糧食工作人員自強不息，發(fā)揮出他們的智慧，建造出了最早的“四無”糧倉。這些庫倉的容量普遍較大，約為5000噸，目前這種類型的糧倉因為建倉時間長、庫區(qū)環(huán)境落后、沒有智能化機械設施，

46、現占己命名的國家糧食儲備庫的40%。在六七十年代，我國產生了許多的簡易糧倉。糧倉有地下庫、簡易房式倉、磚砌圓筒倉和山洞庫等類型。這些糧倉機械化程度雖然不高，但由于這類糧倉能夠始終將溫度控制的很低，有效的防止了糧食的損失。用此種類型的糧倉來長期儲備糧食開銷很小。此類的糧倉在全國所占的比例大概在10%左右。八九十年代初期，糧倉開始向樓房倉、鋼筋混凝土立筒庫等類型糧倉進行轉變。這些倉庫整體條件較好，可以存儲糧食的存量也比較大，配備的機械設備也

47、較齊全，在國家儲備庫中約占到35%?，F在我國糧倉已經發(fā)展為科技化倉庫。這些糧倉主要包括高大房式倉、立筒倉以及高大淺圓倉。其條件相比過去的糧倉好很多，規(guī)劃科學合理、裝備也更為先進。</p><p>　　2.1.2溫濕度對糧食的影響</p><p>　　溫濕度作用于谷物類糧食的途徑之一是由于其本身含有水分，糧倉內的水分含量將直接會影響到谷物的含水量。若倉內水分超標，谷物就會吸收水分而增加含水量

48、從而導致其體內有機物呼吸增強，這樣即會降低自身的營養(yǎng)成分，同時也會導致水量增多、溫度變高，令其發(fā)霉狀況變得嚴重。第二個原因則是由于絕大部分害蟲的最佳生長、繁殖的溫度為20°C～30°C，而當溫度在17°C以下或在40°C以上時害蟲不能繁殖和生長，也就無法生存。此外，水分也會影響害蟲的滋生，當谷物內的水分存在值大于13. 5%是害蟲會迅速滋生，而當水分含量小于12%時，害蟲則很難滋長。我國每年由于蟲

49、害而導致的糧食損失也是巨大的，除此之外，微生物的繁殖條件也與溫濕度有巨大的關系，微生物的繁殖溫度約在20°C～30°C之間，濕度在65%RH～100%RH間，當溫濕度較高時，微生物會迅速繁殖產生蛋白酶和解脂酶來分解糧食，致使糧食喪失營養(yǎng)成分并在分解的過程中釋放出水分和能量，加劇了糧食的腐爛和霉變[2]。</p><p>　　基于上述原因，只有將糧食的溫度儲藏條件控制在大約10°C～1

50、5°C之間，濕度儲藏條件控制在大約30%RH左右，才能有效的防止由以上這些原因而對糧食產生危害及損失。</p><p><b>　　2.2系統總體設計</b></p><p>　　2.2.1系統的設計原則及實現的功能</p><p>　　根據糧倉的特點確定了以下設計原則：</p><p>　?、?由于糧倉的體積

51、較大，因此本系統設計在糧倉中不一樣的位置和不一樣的高度分別安裝4個溫度傳感器和4個濕度傳感器。這樣可以更為精準的檢測溫度和濕度數據；</p><p>　?、?為了便于糧倉管理人員對當前溫濕度進行了解以及做出相應的措施，本系統在糧倉內安裝了LCD顯示屏來顯示當前溫濕度數據；</p><p>　?、?由于糧倉內的溫濕度變化并不是非常劇烈，所以設定LCD顯示屏每兩分鐘更換一次數據；</p&

52、gt;<p>　?、?本系統只監(jiān)測不涉及報警處理；</p><p>　　⑤ 本系統在設計中需要堅持低功耗、低成本的原則。</p><p>　　本設計可以實現下列功能：</p><p>　?、?通過對多個檢測點進行檢測，達到對糧倉內溫濕度信息的實時監(jiān)測、傳輸；</p><p>　　② 監(jiān)測設備具備較高的可靠性、靈敏度和抗干擾能力，

53、并能對數據進行存儲和傳輸；</p><p>　?、?系統應具有較好的實時性；</p><p>　?、?采用GPRS無線通信模式進行數據的傳輸。</p><p>　　2.2.2系統的結構組成</p><p>　　糧倉溫濕度監(jiān)控系統結構分為三部分：數據檢測顯示部分、數據控制傳送部分和數據儲存部分。其中單片機控制傳感器對溫濕度數據進行檢測和顯示；單

54、片機同時負責將溫濕度數據傳送給GPRS模塊；上位機(一般是PC機)則主要對數據進行記錄以方便管理人員查看。系統由STC89C52單片機、溫濕度傳感器、LCD顯示模塊、GPRS數據傳輸等模塊組成。整體結構框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統結構框圖</p><p>　　2.2.3系統的技術指標</p><p>　　① 溫度測量范圍:-10°

55、;C～+85°C；</p><p>　　② 溫度精確度: ±0.5°C；</p><p>　?、?濕度測量范圍:0%RH～100%RH；</p><p>　?、?濕度精確度: ±3.0%RH。</p><p>　　第三章 系統硬件設計</p><p>　　根據課題的總體設計方案，

56、本章將在此基礎上，完成對溫濕度數據檢測模塊、單片機模塊、顯示模塊、GPRS數據傳送等模塊的硬件電路設計，同時對各模塊的特性特點進行介紹，并對它們的工作原理進行分析。</p><p>　　3.1 GPRS數據傳送模塊選擇</p><p>　　3.1.1 GPRS結構組成</p><p>　　GPRS就是在現有的GSM的基礎之上新增由了SGSN和GGSN組成這兩個節(jié)點組

57、成的GSN節(jié)點來實現分組數據業(yè)務，是介于2G和3G之間的2.5G技術。整個系統中除了增加GSN節(jié)點之外，還增加了Gb、Gc、Gd、Gf、Gn/Gp、Gs、Gi、Gr和Um等接口。GPRS的網絡結構和接口種類分別如圖3-1和圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1 GPRS網絡結構</p><p>　　圖3-2 GPRS的接口種類</p><p>　　綜合GPRS

58、模塊的功能及其特點，系統對數據傳輸的要求和成本性能等方面，本文選擇了由廣州星翼公司生產的ATK-SIM900A GSM/GPRS模塊。</p><p>　　3.1.2 ATK-SIM900A模塊簡介</p><p>　　SIM900A型號是由SIMCOM推出的緊湊型雙頻GSM/GPRS模塊，同時具有高可靠性，采用工業(yè)標準接口、SMT的封裝形式，使用功能強大的ARM9216E型處理器，支持R

59、S232串口和LVTTL串口，工作頻段雙頻：900/1800MHz，可以實現低功耗對語音、數據等信息進行傳輸。ATK-SIM900A模塊圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 ATK-SIM900A模塊圖</p><p>　　(1)SIM900A模塊特性</p><p>　　供電：單電壓3.2V～4.8V；</p><p>　　尺寸

60、為24*24*3mm，體積??；</p><p>　　支持EGSM 900和DCS 1800兩個頻段，同時可自動搜尋兩個頻段或通過AT命令來設置；</p><p>　　SIM900A模塊電流在待機模式時低于18mA，在睡眠模式時低于2mA，功耗非常的低；</p><p>　　正常工作溫度：-30°C～+80°C；</p&g

61、t;<p>　　GPRS 數據特性：下行傳輸最大 85.6 kbps，上行傳輸最大 42.8 kbps；</p><p>　　支持用于PPP連接的PAP協議，同時內嵌TCP/IP 協議。</p><p>　　(2)SIM900A模塊的選擇接口RS232(P3)</p><p>　　本接口用于選

62、擇將RS232串口連接到通信端口或調試端口。SIM900A模塊通過STXD和SRXD這兩個數據通信接口進行發(fā)送AT指令和數據等。同時，STXD和SRXD這支持LVTTL電平(即3.3V/SV)的單片機系統，因此可以直接將單片機系統的RXD和TXD和這兩個接口相連來實現數據的通信。而DTXD和DRXD則是調試接口，主要應用于軟件的升級。</p><p>　　(3)SIM900A模塊網絡狀態(tài)指示燈</p>

63、<p>　　ATK-SIM900A模塊的指示燈(NET_ STA)是一顆0805封裝的紅色LED，用于指示網絡狀態(tài)?？赏ㄟ^指示燈的亮滅狀況清晰的對該GPRS模塊的工作情況作出判斷。如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 網絡狀態(tài)指示燈與工作狀態(tài)對照表</p><p>　　(4)單片機與SIM900A模塊串口設計</p><p>　　SIM900

64、A串口引腳功能如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 SIM900A串口引腳功能</p><p>　　SIM900A與單片機串口設計：</p><p>　　單片機與GPRS進行串口連接時，必須首先進行電平的匹配。當單片機和GPRS模塊接口的電平不匹配時，可以使用LEVEL SHIFT電平轉換器或三極管進行電平匹配。當電平差別較小時，可以直接串接電阻

65、進行電平匹配。SIM900A的串口平均電平在2.8V左右，本文直接對單片機和GPRS模塊進行串接電阻使電平相匹配。單片機的UART即TTL電平串口與GPRS模塊的TXD和RXD串口連接進行數據的互換，其連接圖如圖3-4所示，電路圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-4 GPRS模塊與單片機串口連接圖</p><p>　　圖3-5 GPRS模塊與單片機連接電路圖</p>

66、<p><b>　　3.2單片機</b></p><p>　　單片機又叫做微控制器，微型電子器件的一種。它是把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時器/計數器、I/O接口電路、中斷控制系統等功能集成到同一塊芯片上，構成的一個完整的微型計算機系統。具有性價比高、體積小、集成度高、低功耗、可靠性高等特點，已經從上世紀80年代，由當時的4位/8位單片機，發(fā)展到了現在

67、的300M的高速單片機，目前在工業(yè)控制領域也得到了廣泛的應用。</p><p>　　本文選擇了STC公司生產的STC89C52單片機。</p><p>　　3.2.1 STC89C52單片機簡介</p><p>　　STC89C52單片機是STC公司生產的一種高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，具有 8K字節(jié)系統可編程Flash存儲器。內核與51系列相同，并對其做

68、出了很多的改動，令STC89C52 MCU在原有的最初的51單片機的基礎上增加了許多新的功能，具有抗干擾性強、速度快、功耗低和指令代碼完全兼容8051單片機等特點，為眾多嵌入式控制應用系統提供靈活性高且有效性強的解決方案。</p><p>　　(1)STC89C52單片機的參數特性</p><p>　　增強型6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統8051單片機；&l

69、t;/p><p>　　工作電壓為：5.5V～3.3V(5V單片機)/3.8V～2.0V(3V 單片機)</p><p>　　工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz；</p><p>　　具有8K字節(jié)程序存儲空間；</p><p>　　芯片上集成512字節(jié)RAM；</p><

70、p>　　有32個通用I/O口；</p><p>　　ISP(在系統可編程)/IAP(在應用可編程)，可通過串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下載用戶程序，無需專用編程器、仿真器；</p><p>　　內帶4K字節(jié)EEPROM存儲空間；</p><p>　　共3個16位定時器/計數器T0、T1、T2；</p><p><

71、b>　　內置看門狗定時器；</b></p><p>　　通用異步串行口(UART)；</p><p>　　工作溫度范圍：工業(yè)級：-40°C～+85°C (業(yè)級)；商業(yè)級：0°C～75°C；</p><p><b>　　封裝：PDIP。</b></p><p>　　

72、3.2.2單片機最小系統</p><p>　　STC89C52的最小系統由單片機、外部晶振電路和外部復位電路構成。其中MCU看作為一塊微處理器，通過向它加載程序來實現系統的功能。晶振電路的作用是給單片機提供工作時鐘源。而復位電路的作用即可以上電復位，還可以在單片機工作過程中手動給其復位。這三個模塊組成由圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 STC89C52單片機最小系統結構圖<

73、;/p><p><b>　　(1)復位電路設計</b></p><p>　　單片機的復位電路，就是具有可以使單片機回到起始狀態(tài)功能的電路。其主要作用是在單片機的每一次啟動時進行復位或當系統運行錯誤或操作錯誤時可以復位重新啟動。是一個非常重要的功能。STC89C52單片機復位的方式為手動按扭復位和自動上電復位。</p><p><b>　　

74、① 手動按鍵復位：</b></p><p>　　手動按鍵復位分為電平方式和脈沖方式這2種。前者的實行是通過使復位端經電阻與Vcc電源接通，后者則是通過對脈沖信號進行變換來實現。電路圖分別如圖3-7中(a)和(b)所示。</p><p>　　(a) 按鈕電平復位 (b) 按鈕脈沖復位</p><p>　　圖3-7手動按鈕復位電路圖</p&g

75、t;<p><b>　?、?自動按鍵復位：</b></p><p>　　自動上電復位的實現是通過給外部復位電路的電容充電，電源Vcc的上升時間不超過1ms，系統在接通電源的時候就復位到初始化狀態(tài)。電路圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 自動上電復位電路圖</p><p><b>　　(2)時鐘電路設計<

76、;/b></p><p>　　內部時鐘方式和外部時鐘方式是單片機的時鐘產生的兩種方法。前者工作方式是將定時器件外連在RXD和TXD引腳上，器件內的振蕩器就會自行產生穩(wěn)定持續(xù)的振蕩。組成圖如圖3-9 (a)所示。后者的工作方式則是RXD接地，TXD連接到外部的振蕩器上。組成圖如圖3-9 (b)所示。本文中的單片機選擇采用內部時鐘模式，定時器件通常使用頻率處于1.2～12MHz的石英晶體和數值基于5～30pF的

77、電容組成電流諧振閉合回路。</p><p>　　(a) 內部時鐘電路 (b) 外部時鐘電路</p><p>　　圖3-9 時鐘電路圖</p><p>　　3.3溫濕度傳感器選擇</p><p>　　3.3.1溫度傳感器</p><p>　　溫度傳感器是指能檢測溫度并將其轉換成可用輸出信號的傳感器?？煞?/p>

78、為接觸式和非接觸式兩大類。前者又叫做溫度計，原理為通過熱傳遞達到系統平衡，溫度計呈現出的檢測物體的溫度且可以直觀的看到數據。同時在一定的溫度范圍中，也能用來檢測物體內不同位置的溫度值。其主要類型有：數字式溫度計、轉動式溫度計、半導體型溫度計和熱電偶式溫度計等。后者由于其敏感元件與被檢測對象互不接觸，因此又稱非接觸式測溫儀表。它可用來檢測目標較小、運動物體、熱容量小或者溫度變化迅速的物體的表面溫度，或應用于檢測溫度場的溫度分布。</

79、p><p>　　針對溫度傳感器特性特點以及溫度測量范圍，以及信號轉換方式等因素，本系統選擇了由DALLAS公司生產的數字式溫度傳感器DS18B20，與傳統的電阻式溫度傳感器在測量精度、需要數模轉換等方面相比，更為優(yōu)化。</p><p>　　(1)DS18B20溫度傳感器</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是由DALLAS公司生產的單線通信數字式溫度傳感器。可將

80、溫度信號直接轉換為數字信號輸出，與傳統的溫度傳感器相比具有體積小、價格低和精度高等特點。DS18B20具有獨特的單總線接口的通信方式，并且有PR-35和SOSI兩種封裝方式，本系統選擇PR-35封裝方式，其引腳圖如圖3-10所示。目前已廣泛應用到生產線、醫(yī)療測試、空調系統等檢測系統中去。</p><p>　　圖3-10 DS18B20引腳圖</p><p>　　(2)DS18B20溫度傳感

81、器引腳功能</p><p><b>　　GND：電源地；</b></p><p>　　DQ：數據輸入/輸出端口；</p><p><b>　　VDD：正電源。</b></p><p>　　(3)DS18B20溫度傳感器主要特性</p><p>　　只需要一個引腳就能和單片機通

82、訊；</p><p>　　測量結果直接由數字信號輸出；</p><p>　　可實現多點溫度采集功能；</p><p>　　內含64位只讀存儲器ROM；</p><p>　　通過編程實現溫度采集；</p><p>　　可以實現高精度溫度的測量。可編程分辨率為9～12位，可分辨溫度分別為 0.5°C、0.25&#

83、176;C、0.125°C和0.0625°C；</p><p>　　最遠檢測距離可以達到150m；</p><p>　　當電源極性連接錯誤時會停止檢測，防止器件由于過熱而燒毀。</p><p>　　(4)DS18B20溫度傳感器參數</p><p>　　溫度測量范圍：-55°C～+125°C；</

84、p><p>　　溫度精度：±0.5°C (當為-10°C～+85°C時)；</p><p>　　電壓范圍：3.0V～5.5V。</p><p>　　(5)DS18B20溫度傳感器結構圖</p><p>　　DS18B20采用3腳T0-92的封裝形式，內部主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、報警觸發(fā)器和配置寄

85、存器這四部分構成。其結構圖如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 DS18B20內部結構圖</p><p>　　(6)DS18B20溫度傳感器工作原理</p><p>　　傳感器中低溫度系數振蕩器模塊產生脈沖信號傳送給減法計數器1，高溫度系數振蕩器模塊隨著溫度的變化將其產生的信號傳送給減法計數器2作為控制信號，計數器1進行減法計數，當計數器1的預置值減到

86、0時，溫度寄存器的值加1，一直循環(huán)到計數器2為0時停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度[3]。如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 DS18B20測溫原理圖</p><p>　　3.3.2濕度傳感器</p><p>　　與測量溫度相比，測量濕度是比較困難的，因為濕度數據需要水對濕敏元件直接接觸來獲得。而最簡單的濕度傳感器是濕敏元件

87、。其分為兩中：</p><p>　?、?電阻式——原理是當空氣中的分吸附在基片上的感濕膜上，通過電阻率和電阻值的變化來檢測濕度。其優(yōu)點是靈敏度高，而缺點是非線性差值大，每一批原件有一定的差別，不能隨意替換。</p><p>　　② 電容式——原理是當需要檢測的環(huán)境中的濕度變化時，其介電常數也會變化從而導致電容量也進行改變。優(yōu)點主要是響應速度快和濕度滯后量小等，缺點則是比電阻式的精確程度要低

88、。</p><p>　　在將模擬式濕度傳感器與數字式濕度傳感器在特性特點、濕度檢測范圍、與校準和標定時操作簡易程度和是否需要進行數模轉換等因素做出比較之后，本系統選擇了由瑞士Sensirion公司生產的數字式溫濕度集成一體型傳感器SHT11用來測量濕度數據。</p><p>　　(1)SHT11溫濕度傳感器</p><p>　　SHT11型單芯片傳感器，是由瑞士Se

89、nsirion公司采用專利的工業(yè)CMOS微加工技術，將溫度傳感器、濕度傳感器、A/D轉換、二線串行接口和信號放大調理集成一體的數字式溫濕度復合傳感器[19]。其內部結構圖如圖3-13所示。SHT11有帶隙式測溫元件和電容式聚合體測濕元件各一個，特點有免調試、標定，尺寸小，無需轉換可直接進行數字信號的輸出，同時反應速度快、穩(wěn)定性強，而且雖然成本低但功能強大。已經廣泛應用于除濕器、家電、醫(yī)療和自動控制等各行各業(yè)。</p>&l

90、t;p>　　圖3-13 SHT11內部結構圖</p><p>　　(2)SHT11溫濕度傳感器引腳圖</p><p>　　SHT11溫濕度傳感器采用4線制引腳，引腳圖如圖3-14(a)所示，引腳功能如圖3-14(b)所示。</p><p>　　圖3-14(a) SHT11引腳圖</p><p>　　圖3-14(b) SHT11引腳功能&

91、lt;/p><p>　　(3)SHT11傳感器功能特點</p><p>　　標準的I2C總線數字接口；</p><p>　　全校準相對溫濕度值輸出；</p><p>　　CRC數據傳輸檢驗功能；  </p><p>　　因為可以對濕度自動校正，所以具有完全互換性。</p><p>

92、;　　(4)SHT11溫濕度傳感器參數</p><p>　　濕度測量范圍：0%RH～100%RH；</p><p>　　濕度精度：±3%RH；</p><p>　　電壓：2.4～5.5V。</p><p><b>　　(5)工作原理</b></p><p>　　首先由SHT11傳感器中的

93、溫度傳感器和濕度傳感器分別產生出溫度和相對濕度信號，由A/D轉換器對信號進行數模轉換，再由預存在傳感器中的校準參數對數據進行校準和糾錯，最后將溫濕度數據通過二線串行接口傳送到為控制器進行非線性和溫度補償，最后轉換為串行數字信號。</p><p>　　(6)串行接口(單線雙向)</p><p>　　STC89C52和DHT11之間通過單總線的數據形式來通訊，STC89C52將啟動命令發(fā)出后，

94、DHT11進入高速狀態(tài)并在啟動命令結束后給單片機發(fā)送響應信號，進行一次數據收集，時間為4ms左右。SHT11與STC89C52連接電路如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 SHT11與STC89C52連接電路</p><p><b>　　3.4顯示模塊選擇</b></p><p>　　基于本課題的設計原則，需要顯示模塊在糧倉內對溫

95、度和濕度數據進行顯示以便管理者獲取糧倉內的相關信息。本文選擇了液晶顯示屏即LCD顯示屏對數據進行顯示。液晶顯示屏具有體積小和耗電低等特點，其中數字式液晶顯示屏已經廣泛應用于單片機設計中的數據顯示模塊。本文中具體選擇的型號為LCD1602。</p><p>　　3.4.1 LCD1602液晶顯示屏簡介</p><p>　　LCD1602液晶顯示屏是工業(yè)數字式液晶顯示屏，用來顯示字母數字等信息

96、。其中1602表示顯示的內容為16×2，可以顯示兩行，并且每行為16個字符或數字，同時由于每個字符之間都會有間隔，因此用來顯示圖形的話效果較差。</p><p>　　(1)LCD1602主要特點及參數</p><p>　　80字節(jié)顯示數據存儲器；</p><p>　　含有清屏、閃爍和左右移位等特殊功能指令；</p><p>　　顯示

97、容量：16×2個字符；</p><p>　　芯片工作電壓：4.5～5.5V；</p><p>　　工作電流：2.0m A(5.0V)；</p><p>　　最佳工作電壓：5.0V；</p><p>　　字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm。</p><p>　　(2)LCD1602引

98、腳功能</p><p>　　LCD1602帶背光型顯示屏采用標準的16 腳接口，其引腳圖如圖3-16所示，功能如表3-3所示。</p><p>　　圖3-16 LCD1602引腳圖</p><p>　　表3-3 LCD1602引腳功能說明</p><p>　　下面重點解釋這16個引腳中的3個引腳：</p><p>　　

99、① RS是用來對數據命令進行選擇。高電平1時為數據，低電平0時為指令。通過這個引腳可以判斷出接收到的是指令還是數據。</p><p>　　② R/W是用來讀取或發(fā)送命令數據。既可以發(fā)送命令，也可以讀取數據，高電平1時讀取數據，低電平0時發(fā)送命令。 </p><p>　?、?EN為使能信號端。高電平有效，當為高電平時LCD對指令進行執(zhí)行。</p><p>　

100、　3.4.2 LCD1602與STC89C52連接</p><p>　　單片機的P0.0—P0.7口分別與LCD顯示屏的D0—D7引腳相連，P2.0—P2.2口分別RS、RW、EN三個引腳連接，其連接電路如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 LCD1602與STC89C52連接電路圖</p><p><b>　　3.5電源模塊選擇</b

101、></p><p>　　針對本課題的任務要求，需要使用5V的電源對電路進行供電。本文綜合成本及設計要求選擇了型號為7805的電源為電路提供穩(wěn)定的電壓。</p><p>　　MC7805電源是由輸入端、輸出端和接地端集合而成的穩(wěn)壓電源，其使用較為廣泛，它能夠將7～30V的輸入電壓穩(wěn)定至5V輸出，但由于7805為線性穩(wěn)壓電源而不是開關電源，多余的電壓會被轉換為熱能消耗，電源會因此發(fā)熱，所

102、以輸入電壓不能過高。但MC7805電源電路內置保護電路，當電路過流或過熱時，會自動切斷電路，使用起來很可靠。MC7805電源電路如圖3-18所示。</p><p>　　圖3-18 MC7805電源穩(wěn)壓電路</p><p>　　第四章 系統軟件設計</p><p>　　在系統器件選型、硬件電路設計完成的基礎之上，軟件部分使用C語言對系統的整個程序進行編寫，包括溫濕度數

103、據采集部分，數據顯示部分以及數據傳輸部分，同時使用PROTEUS軟件對系統溫濕度數據采集及通過LCD顯示這兩個模塊進行仿真調試。</p><p>　　4.1系統軟件總體設計要求</p><p>　?、?實現對糧倉內溫度和濕度數據的收集；</p><p>　?、?LCD顯示器每兩分鐘更換一次溫濕度數據的顯示；</p><p>　?、?單片機和G

104、PRS模塊完成數據通信。</p><p>　　4.2溫濕度數據采集顯示模塊軟件設計</p><p>　　4.2.1溫濕度數據采集顯示模塊流程圖</p><p>　　溫濕度數據采集顯示流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1溫濕度數據采集顯示流程圖</p><p>　　4.2.2溫濕度數據接收傳送模塊流程圖&

105、lt;/p><p>　　溫濕度數據接收傳送流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2溫濕度數據接收傳送流程圖</p><p>　　4.3 GPRS模塊與單片機通信協議及串口設計</p><p>　　4.3.1 GPRS模塊與單片機通信方式</p><p>　　AT即Attention，AT指令集是從終端設備(Te

106、rminal Equipment，TE)或數據終端設備(DataTerminal Equipment，DTE)向終端適配器(Terminal Adapte，TA)或數據電路終端設備(DataCircuit Terminal Equipmen，DCE)發(fā)送的。操作人員可以使用AT指令進行數據發(fā)送、信息接收等方面的控制，SIM900A的AT命令包含符合GSM07.05，GS M07.07和ITU-T RecommendationV.25te

107、r的指令，以及SIMCOM自己開發(fā)的指令[25]。</p><p>　　SIM900A是一款內部嵌有TCP/IP協議的GPRS模塊，它和STC89C52單片機的串口支持RS-232通信標準。通過STC89C52單片機的UART異步串行接口與SIM900A模塊相連來對數據和AT指令進行傳輸。</p><p>　　4.3.2 GPRS模塊與單片機串口部分軟件設計</p><

108、p>　　#include "VJ_Include.h"</p><p>　　extern unsigned int Tem2[4];</p><p>　　extern unsigned int Tem3[4];</p><p>　　unsigned int SenData;</p><p>　　int q = 0;&

109、lt;/p><p>　　int w = 0;</p><p>　　void Serial_Init (void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SCON = 0x50; //REN=1允許串行接受狀態(tài)，串口工作模式1</p><p>　　TMOD|

110、= 0x20; //定時器工作方式2 </p><p>　　PCON|= 0x80; </p><p>　　TH1 = 0xF3; // //baud*2 /* 波特率4800、數據位8、停止位1。效驗位無

111、 (12M)</p><p>　　TL1 = 0xF3;</p><p>　　TR1 = 1; </p><p>　　ES = 1; //開串口中斷 </p><

112、;p>　　EA = 1; // 開總中斷 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************************************************</p><p>　　串口中斷程序 將四路溫度和濕度傳到GPRS</p><p&

113、gt;　　******************************************************/</p><p>　　void ser_int (void) interrupt 4 using 1</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　for(q = 0;q < 4;q++)

114、 //發(fā)送溫度到GPRS</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(RI == 1) //RI接受中斷標志</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　RI = 0; //清除RI接受中斷標志&

115、lt;/p><p>　　SBUF = Tem2[q]; //SUBF接受/發(fā)送緩沖器</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(w = 0;w < 4;w++) //發(fā)送濕度到GPRS&l