糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計開題報告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述:文獻綜述1.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢糧庫溫度監(jiān)控技術(shù)是科學(xué)保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情溫度 測控系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫度檢測、糧食內(nèi) 部溫度檢測及分析、通風(fēng)機械的控制等幾項，鑒于糧食儲藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點放在 了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。糧庫監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器和通信方式的不 同進行如下分類：按溫度傳感器分類和按通信方式分類。1.1按溫度傳感器分類通常糧庫監(jiān)控系統(tǒng)主要選用熱敏電阻、數(shù)字式溫度傳感器、光纖溫度傳感器作為溫度傳

2、感器，也有選用其它溫度傳感器，例如 PN結(jié)型溫度傳感器。（1）熱敏電阻以溫度變化導(dǎo)致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、 可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點，是國內(nèi)糧庫監(jiān)控系統(tǒng)中采用最多的溫度傳感器。熱敏 電阻的電阻溫度系數(shù)較高，室溫電阻通常也較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號調(diào)節(jié)較為簡單。 熱敏電阻的缺點是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系2 O熱敏電阻分為正溫度系數(shù) 熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻兩種，但在溫度測量應(yīng)用中，正溫度系數(shù)熱敏電阻較少得到 采用，更多采用的是負溫度系數(shù)熱敏電阻 。以下提及的熱敏電阻均指負溫度系數(shù)熱敏電阻。 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測

3、控系統(tǒng)的硬件由上位機、通信接口電路、智能分機、 溫度分線器、測溫電纜、濕度分線器、測濕探頭和通風(fēng)控制器組成。在上位機上運行糧情測 控系統(tǒng)軟件，對檢測到的溫濕度數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)糧倉內(nèi)外溫濕度條件判斷是否可以進行 通風(fēng)，手動或自動控制通風(fēng)機械的啟動和停止。通信轉(zhuǎn)換電路分為內(nèi)置式和外掛式兩種，主 要完成兩種通信協(xié)議之間的銜接轉(zhuǎn)換功能。智能分機是由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路和通信電路等組成，主要功能包括接收上位機下達的指令、將現(xiàn)場采集上來的模擬信號數(shù)字化、向上 位機傳送數(shù)字化的溫濕度值、向通風(fēng)控制器下達啟動或停止指令等。溫濕度分線器主要完成 接收智能分機下達的指令、將模擬開關(guān)切換到指定的溫濕度測量點等

4、功能。通風(fēng)控制器主要功能是根據(jù)智能分機下達的指令控制通風(fēng)機械的啟動和停止。智能分機與溫濕度分線器和通 風(fēng)控制器之間均采用單根多芯電纜連接，具有結(jié)構(gòu)簡潔、維護方便、成本低等諸多優(yōu)點。采 用熱敏電阻作為溫度傳感器的測溫電纜是糧情測控系統(tǒng)的重要組成部分，它是將多個熱敏電 阻置入一根測溫電纜之中，電纜內(nèi)加細鋼絲繩提高抗拉強度、外加絕緣護套密封防腐。采用 熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的溫度檢測范圍一般在40C+ 50C之間，檢測精度為土C，完全滿足糧情溫度檢測的需要。(2數(shù)字式溫度傳感器數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是Dallas的DS18X20系列溫度傳感器，

5、其溫度檢測范圍為55C+ 125C，檢測精度為土 0.5 C°DS18x20 采用1 WireTM接口，封裝形式有PR 35和SSOF 16兩種，糧情測控系統(tǒng)中采用的是 PR 35封裝。DS18X20采用9個位表示測溫點的溫度值，每個 DS18x20內(nèi)部都設(shè)置有一個單 一的序列號，因此可以使多個DS18X20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18X20內(nèi)部分為4個 部分：1、64位序列號；2、保存臨時數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM 3、保存永久數(shù)據(jù)的2字節(jié) EEPRQM4、溫度傳感器45。采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相 同，只是用測控單元替代了智能分

6、機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機 的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是1 WireTM總線與上層通信總線之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測控單元將完全由 數(shù)字電路組成，而智能分機是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測控單元的電路 設(shè)計更為容易。采用DS18X20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大 不相同，該測溫電纜最多只需 3根導(dǎo)線即可連接多個DS18X20溫度傳感器。最為簡潔的結(jié) 構(gòu)是利用DS18X20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即 可連接多個DS18X20溫度傳感器

7、，這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了 測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換 。正是這些特點使得采用DS18X20溫度傳感 器的糧情測控系統(tǒng)更適用于高大糧倉(諸如淺圓倉、立筒倉)的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高大糧 倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相 對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多，所以DS18X20溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)在房式倉中應(yīng)用時不如熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)更具有性能價格比的優(yōu)勢。(3)光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，也是工業(yè)中用的最多的光纖傳感器之一。目前 研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、

8、半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器、光纖熱色傳感 器等。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴 。1.2按通信方式分類糧情溫度測控系統(tǒng)的通信方式主要采用RS485總線技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)兩種。（1）RS485總線技術(shù)RS485是使用較為廣泛的雙向有補償傳輸線標準，其最大每段總線長度為1200米，每段最多支持32個節(jié)點，采用單組雙絞線雙向主從通信。當總線加長或節(jié)點增多時需要使用中繼 器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最多256個節(jié)點。RS485通信技術(shù)應(yīng)用時間較長，軟硬件實現(xiàn)較為容易， 因此是國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)采用較多的通信方式。由于RS485總線技術(shù)不支持多主結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)容量、通訊距離等方面具有很大的局限性，所以隨著現(xiàn)代化大型糧

9、食儲備庫的逐年增多，RS485 通訊方式顯得愈來愈力不從心。（2）現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)是一個全新的總線技術(shù)，是一種互連現(xiàn)場自動化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向 數(shù)字通訊協(xié)議，它的出現(xiàn)為自動化控制和儀器儀表工業(yè)帶來了巨大的變革，它代表著未來發(fā)展 的方向。目前國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)采用了兩種現(xiàn)場總線：LONWORKS總線技術(shù)和CAN總線技術(shù)。LONWORKS的技術(shù)特點是總線開放、互操作性強、可靠性高、通信速度最高可達 1.25Mbit/s，最大通信距離可達 2700米，最多節(jié)點數(shù)為 32000個。由此可以看出它在性能上 要比RS485總線好的多。CAN總線技術(shù)在糧情測控系統(tǒng)中的應(yīng)用比 LONWORKS總線技

10、術(shù)更為廣泛。CAN總 線技術(shù)具有先進的多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊距離遠、價位低、可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點。CAN總線技術(shù)廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，取而代之的是對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，使得網(wǎng) 絡(luò)中的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制，從而大大增加了系統(tǒng)的容量，使得大型現(xiàn)代化儲備糧庫的糧 情檢測控制在同一系統(tǒng)下得以實現(xiàn)。 先進的多主結(jié)構(gòu)不僅使得系統(tǒng)內(nèi)可以有多臺上位機存在以 適應(yīng)不同操作人員和管理人員的多種需要，而且使得網(wǎng)絡(luò)中智能分機擺脫了只能被動受控狀 況，整個系統(tǒng)高度智能化，從而大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。CAN總線最大通訊距離可達10 公里，這對庫區(qū)較大、糧倉分布較分散的大型儲備糧庫是非常適用的。現(xiàn)場總線技術(shù)的另一

11、個 優(yōu)點是可以大大節(jié)約連接導(dǎo)線以及安裝維護費用，使得整個系統(tǒng)在大大提高系統(tǒng)整體性能的同時具有很高的性能價格比。1.3糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢隨著大型國家糧食儲備庫的日益增多和更多新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，預(yù)計未來糧庫監(jiān)控系統(tǒng)將 得到進一步的發(fā)展：首先，熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器10在同一糧情測控系統(tǒng)中使用。根據(jù)以 上分析，熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器在房式倉和高大倉房兩個不同場合各自具有優(yōu)勢，隨著大 型國家糧食儲備庫的增多，在同一儲備庫中將存在不同的倉型，而現(xiàn)存的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)中只能 選擇熱敏電阻或數(shù)字溫度傳感器二者之一作為溫度檢測元件。為了更好地發(fā)揮熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器各自的優(yōu)勢，在同一糧情測控系統(tǒng)中選

12、用這兩種傳感器是未來市場發(fā)展的需求之 一。其次，現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛?，F(xiàn)場總線技術(shù)是一個全新的通信技術(shù)，它代表著 控制系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，未來的糧情測控系統(tǒng)將不可避免地放棄RS485通信方式轉(zhuǎn)而采用新型的現(xiàn)場總線技術(shù)，這將使系統(tǒng)的可靠性、性能價格比大大提高。再者，系統(tǒng)功能的進一步 完善。目前糧庫監(jiān)控系統(tǒng)僅局限與溫濕度的檢測和通風(fēng)控制，諸如糧食儲藏過程中倍受關(guān)注的 水分檢測和蟲害檢測均未得到解決，預(yù)計未來的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)將會把更多種類的糧庫監(jiān)測綜合 數(shù)據(jù)采集上來11，與糧情專家分析軟件密切配合，共同保障糧食的儲藏安全。2.課題研究的目的和意義一般來說：糧食存放在糧倉中，大型的糧倉可存放數(shù)以

13、萬計的糧食。而且這些糧食存放的 時間有長有短。為了保證存放在糧倉中的糧食不致腐爛變質(zhì)，就必須使糧倉內(nèi)的溫度、濕度保 持在一定的范圍以內(nèi)12。為了達到以上的要求，必不可少的就是既穩(wěn)定又精確的糧庫智能監(jiān)控 管理系統(tǒng)。糧庫智能監(jiān)控系統(tǒng)是通過計算機檢測糧食儲備庫中糧食的基本溫度情況，并結(jié)合其 他糧情信息（如入倉時間、品種、倉型、天氣狀況等）進行綜合分析13。利用微機技術(shù)對糧倉進行監(jiān)控，用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地 傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場，就可查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)效率， 增強了國家糧食儲備安全水平，以獲得實時糧倉管理，實現(xiàn)自動化、智

14、能化冋15。參考文獻1 劉志強，羅慶生，一種智能化溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計，中國測試技術(shù)，2003,29( 3):95982 王家楨，王俊杰，傳感器與變送器，北京：清華大學(xué)出版社，20003 姚國年,劉長勞,王麗娟,VB6.0在遠程溫濕度巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用，計算機技術(shù)，2002(2):23294 薛小玲，吳壽強，數(shù)字式溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計，閩江學(xué)院學(xué)報，2003,24(2):120-1255 王洪明，基于DS18B20的儲糧溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)濟技術(shù)協(xié)作信息，2003(7):48526 陳新望,MSComm控件實現(xiàn)中文 Win 9x下的通信，計算機技術(shù)，1999(4)7 丁英麗，基于光纖傳感器的智能溫

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17、現(xiàn)遠程檢測。1. 擬采用的設(shè)計方案本次設(shè)計針對溫度檢測，將其分為三級：第一級通信主機放在微機室，一端直接與 上位機相連，另一端通過通訊電纜連接若干分機；第二級分機安裝在糧倉，每臺分機 連接若干分線器；第三級為分線器，每個分線器連接若干測溫電纜。硬件系統(tǒng)采用這 種三級結(jié)構(gòu)，用線少、維護簡單、工作穩(wěn)定。其一般的系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)如圖1所示C圖1糧庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖上位機選用PC機作為主機，與多臺下位機通過轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)主從通訊，對多個糧 倉進行網(wǎng)絡(luò)化的檢測、管理和控制。下位機采用單片機最小系統(tǒng)設(shè)計，作為從機,不用外擴其他硬件電路，成本低,體積 小。為避免通訊中可能出現(xiàn)的信息沖突與競爭，每個從機都

18、有一個固定的地址，通訊時 土機先發(fā)送地址幀，各從機收到地址幀后，與自身地址相比較，如果相同則發(fā)送數(shù)據(jù)，否 則等待。主要功能是完成巡回檢測和傳送。從機定時采集數(shù)據(jù) ，并保存在內(nèi)部的中，通 過本身帶有的RS-485接口實現(xiàn)與主機的遠距離通訊"測溫時采用熱敏電阻作為傳感器，溫度傳感器陣列是在每個糧庫中自倉庫頂向下懸掛5根電纜線，分布于東南西北中5個方向，每根電纜上均勻排列8個溫度傳感器 均沒于糧食中，這樣可以全方位地監(jiān)測糧食中各點溫度。增加電纜數(shù)量和傳感器數(shù)量 可以使溫度分布精度更高。其中一路溫度信號采集框圖如圖2所示。圖2溫度信號采集框圖控制系統(tǒng)的設(shè)計，上位機經(jīng)過一定程序運行后向單片機發(fā)出啟動信號，啟動單片機 及被控機構(gòu)，同時，準備接收下位機即單片機送來的信號和數(shù)據(jù)。被啟動的下位機，一 方面用數(shù)字溫度式傳感器來測量糧倉環(huán)境，并將采集到的信號送入單片機進行預(yù)處理， 另一方面把采集