专利名称：一种粮仓温湿度自动测试与报警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是环境测试技术领域。具体地说是一种粮仓温度和湿度的无线通信自动测试与报警系统。
背景技术：
中国是一个农业大国，近年来我国粮食总产量将近5亿吨，其中有20%属于高水分粮食。以玉米为例，我国玉米产量较大，就黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古和河北等五省统计，年产达1亿吨左右，但是玉米水分较高，一般为25% — 35%，有时达40%。我国粮食由于不能及时烘干到安全水分而造成的霉变和发芽损失是相当严重的。因此，减少损失，提高粮食烘干效率，降低烘干费用，从而降低粮食成本，以进一步扩大粮食的工业应用，同时提高粮食烘干后的品质以改善人民生活质量的要求变的日益紧迫。谷物烘干特别是玉米烘干，是我国粮食储藏中一个突出的问题。粮食储藏是国家为防范战争、灾荒及其它突发性事件而采取的有效措施，因此，粮食的安全储藏具有重要意义。目前，我国地方及垦区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食存储变质问题。根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度， 以便及时采取相应的措施。但大部分粮库目前还是采取人工测温的方法，这不仅使粮库工作人员量增大，而且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检测任务如不能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。据有关资料统计，我国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤，直接造成的经济损失是惊人的。过去的粮仓粮情检测采取对各仓粮食分区取样的人工方法，工作量大，可靠性差。 近年来，随着计算机技术的发展和测量技术的提高，传统的人工查看粮温的方法已逐步被电子检温设备取代，小的粮仓储备一般采用小型测温仪检测粮温，大中型储粮设备已逐步配备微机测温系统。前一种方式多采用由操作者拨动手动开关逐点查看粮温的方法，有些也采用自动巡检方式并配备小型打印机记录粮温数据。后一种方式可在微机机房监测粮温情况，并利用微机对粮食进行分析对比。合肥工业大学硕士学位论文《无线粮仓温度监控系统的设计》设计了一种无线粮仓的温度监控系统，但是不能对超限值进行报警，并且采集的信息不能全部储存到存储器中。
发明内容
该温湿度无线检测系统在系统构成上分为温湿度数据采集、温湿度数据处理及温湿度数据分析三部分，通过对现场多个采集点温湿度的实时采集与无线发送已达成对粮仓温湿度信息的全面检测，并数据集中器中进行储存信息，对于超出设定上下限的温湿度点进行声光报警。最终在上位机上实现对不同采集点的温湿度的精确曲线、列表展示。该发明专利在软硬件及界面设计上进行了较为详细周全的分析与验证，其技术要点主要包括以下内容
1.分别采用MTHOl温湿度传感器实现对现场温湿度的监测
MTHOl是一款基于温度和相对湿度的传感器�？椋ㄒ桓鯯PI接口(主模式)为直接的温度和湿度读出。数字输出是预先计算并无额外计算要求所必须的。改系统适用于两个传感器要素NTC型高精度温度传感器和电阻式相对湿度传感器来自日本。有一个非常独特的专利和相对湿度的计算算法，该系统通过良好的温度调节补偿机制可以保证准确相对湿度输出。如此高精度读湿度在整个温度范围都可以保证。同时通过在装置工艺上进行一系列技术优化与革新，在最大限度上削弱了环境干扰对温度采集的影响，这也使得温度采集精度进一步提升。2.采用由nRF905组成的无线发射�？槭迪治率刃藕诺脑毒嗬胛尴叻⑺捅痉⒚魃杓频奈尴叻⑸淠？榫哂腥缦绿氐�(1) 433Mhz开放ISM频段免许可证使
用( 最高工作速率501ApS，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合(3) 125频道，满足多点通信和跳频通信需要(4)内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制(5)低功耗1.9-3. 6V工作，待机模式下状态仅为2. 5uA (6)收发模式切换时间小于 650us (7)�？榭扇砑璧刂罚挥惺盏奖净刂肥辈呕崾涑鍪�(提供中断指示)，(8) TX Mode:在+IOdBm情况下，电流为30mA; RX Mode: 12. 2mA (9)标准DIP间距接口，便于嵌入式应用。3.低功耗设计
由于粮仓大多处于野外，无法提供稳定的电源。因此本发明采用低功耗的MSP430芯片进行开发设计，系统供电采用可充电的锂电池，利用太阳能电池板为电池实时充电，保证系统的稳定。4.采用VC++设计上位机应用软件
本系统利用Visual C++设计相关软件，应用MSCOMM Active X控件实现与下位机之间的通信，实现各监测点温湿度的实时显示以及报警信息，利用ADO技术管理数据库软件实现对温湿度信息和参数设置信息的保存，并利用Excel自动编程方法实现数据报表。5.采用蜂鸣器与二极管实现温湿度的声光报警
为了保证粮仓粮食的安全，本发明还设计了温湿度上下限，当采集信息超过温湿度上下限时，利用蜂鸣器和二极管实行声光报警，提示监测人员注意现场情况。此外，数据传输线采用四芯全屏蔽线，极大减小了环境中的电磁干扰。该温湿度无线检测系统可推广应用于工厂、农场、矿场等工业环境下的温湿度信息采集与测试，同时可作为温室、农田的培植监测，具有极大的市场推广及经济价值。
图1是本发明的信息采集硬件示意图。图2是本发明的温湿度处理硬件示意图。图3是本发明的软件界面示意图。图4为数据集中器的结构示意图。具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
信息采集硬件主要由微处理器、无线收发�？�、时钟芯片、温湿度传感器、太阳能电池等几部分组成，实现温/湿度数据接收存储、时钟计时、发送数据、发送命令等功能。无线温/湿度采集器每10秒采集一次数据，但不是每10秒向数据集中器发送一次数据，如果所监测点的温/湿度或温/湿度的变化速率不超过规定的范围，则温/湿度采集器每二十分钟向数据集中器发送一次数据，一旦所监测点的温/湿度超过规定的温/湿度或者是温/湿度变化的速率超过规定的范围，则无线温/湿度采集器的发送周期立即缩短为每一分钟发送一次，直至温/湿度恢复正常。微控制器采用TI公司的MSP430F133微控制器，温/湿度监测单元采用TI公司的数字温/湿度传感器MTH01，无线数传�？檠≡馧ordic VLSI公司推出的单片射频收发器riRF905，如图1所示。数据集中器一直处于接收状态，无线温/湿度采集器主动地向数据集中器发送数据，数据集中器只是被动地接收数据，在接收到数据后在将新的命令参数(包括温/湿度上限、下限、死区温/湿度等)发送给无线温/湿度采集器，发送后又恢复到接收状态。数据集中器将从各个温/湿度采集器上接收到的数据进行处理(增加数据采集的时间)、存档并在液晶显示屏上显示温/湿度数据。按PC机的要求上传数据数据集中器和PC在各自的操作系统下独立工作。两者之间按照通讯协议协同工作。本设计中PC机和数据集中器使用 RS485通讯。由于RS485为半双工通讯，因此选用PC机为主机，两者之间的通讯由PC机控制。数据集中器只有在PC向它发送命令时才做出响应，而不会主动向PC机发起通讯联系。 数据集中器的硬件由微控制器、时钟芯片、nRF905无线收发模块、数据存储器、液晶显示器和按键等组如图2所示。设置各监测点温湿度上下限，设定采样周期，设定端口参数，设置测试名称；监测软件可以按设定的采样周期，对各监测点的温/湿度进行采集，并将采集到的温/湿度进行保存；通过设定的通讯协议，监测软件可以和温湿度集中器进行数据通信，得到各监测点的实时温湿度，并可以自动判断某个监测点信息的缺失，给出报警信息；将采集到的各监测点的即时温/湿度，进行实时显示，并以折线图和列表两种方式显示各监测点的温/湿度变化趋势；当采集到的各监测点的即时温/湿度出现异常情况时(温湿度异常，采集信息异常等)产生报警信息，自动弹出报警窗口 ；以列表形式查看数据库中的各监测点所有温/湿度的历史信息；将数据库中的所有信息导出到EXCEL中，实现报表的生成；设置登录界面作为监测软件登录权限，通过填写用户名和密码登录监测软件，如图3所示。数据集中器的微控制器选择TI的MSP430F149。数据集中器的工作环境要优于无线温/湿度采集器，而且并不是使用电池供电，不用刻意考虑低功耗的问题。由于数据集中器要完成大量的工作任务，因此需要编写大量的程序代码，MsP430F149在有丰富外设的同时还有60k的Flash和2k的RAM，正适合设计的需要。MSP430F149与MSP430F133的区别是它比MSP430F133拥有更加丰富的外设。时钟芯片选用美国DALLAS公司的低功耗、带RAM的实时时钟芯片DS1302，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，对于小于31天的月， 日期进行自动调整，且具有闰年补偿等多种功能。由于本系统是采用3. 3V的MSP430控制器，为了配合与MSP430的总线电平匹配，采用3. 3V供电(静态工作电流IuA)的FM25CL64 型号FRAM。为了与控制器MSP430F149电平匹配，选用单+3. 3v电源供电的液晶显示�？� LCM128642ZK。如图 4 所示。
权利要求
1.一种粮仓的温度与湿度无线测试与报警系统，由微控制器、温湿度传感器、无线数据传输模块、数据集中器、液晶�？�、定时器、储存器以及测试软件等组成，其特征是，在无线传输�？�、微控制器、微控制器的共同作用下，构成了一个可以自动测试粮仓温湿度并通过无线方式传输到上位机并且可以实现光电报警的自动测试系统。
2.根据权利要求1所述的粮仓温度与湿度无线测试系统，其特征是，测试软件通过串口设定温湿度报警上下限以及时间校正。
3.根据权利要求1所述的粮仓温度与湿度无线测试系统，其特征是，在数据集中器端可以根据设定的温湿度上下限进行声音和光电报警，保证粮仓的安全。
4.根据权利要求1所述的粮仓温度与湿度无线测试系统，其特征是，温湿度传感器实时采集粮仓的温湿度，并通过无线模块发送给数据集中器，数据集中器的液晶�？榭梢允凳毕允疚率刃畔�。
5.根据权利要求1所述的粮仓温度与湿度无线测试系统，其特征是，数据集中器将采集的数据进行整理与储存。
6.根据权利要求1所述的粮仓温度与湿度无线测试系统，其特征是，管理软件可以读取存储器中的数据，也可以实时显示监测曲线。
全文摘要
本发明涉及环境监测技术领域，具体是一种自动测量粮仓温度与湿度的无线通讯系统，系统由微处理器、无线收发�？�、时钟芯片、数据集中器、存储器、液晶�？�、管理软件等组成，实现1000米范围内的粮仓温湿度监测。数据传输�？榘ㄎ尴咄ㄐ抛幽？楹痛谟邢咄ㄐ抛幽？椋恢芷谛缘牟杉覆值奈露群褪刃畔ⅲ⑼ü荽淠？榉⑺偷绞菁衅鳎菁衅鞲菰ど璧奈率冉惺凳北ň⒔荽⒋嬗诖娲⑵髦校衔换梢允凳被袢�。通过温湿度传感器采集粮仓的温湿度信息，并在上位机实时显示和存储。本发明可以测试恶劣环境下的粮仓温湿度，减少了人工操作的误差，增加了测试的安全性与可靠性，提高了测试效率与精度。
文档编号G01K7/22GK102410884SQ201110297589
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者张兰勇, 李冰, 白立飞, 邢博文 申请人:哈尔滨恒誉名翔科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
