1、基于 IAP15F261S2 单片机的粮仓温湿度监测及自动化环境控制系统韦汉培，王浩陈，张懿，魏海峰（江苏科技大学电子信息学院，江苏省 镇江市 212003）摘要：粮仓环境的温湿度变化对粮食储存品质具有非常重要的影响粮仓储存问题一直是一个复杂而又重要的问题。因此，如何对粮仓温湿度实时监测并实现自动化控制显得尤为重要。本文设计了一套粮仓温湿度监测控制系统，实时对粮仓的温湿度进行检测，并给出调节粮仓的采光度和通风情况自动控制方法。采用 IAP15F261S2 单片机为控制核心，DHT11 为传感器，通过 PC 机作为人机接口，实现了远程数据采集与测控指令参数的设置。具有界面友好、控制灵活、硬件系统
2、集成度高、电路简单、性能可靠、成本低等特点，解决了传统温湿度测试器材及人工去湿、降温的诸多弊端。并模拟粮仓环境进行监测控制实验，实验结果验证了此系统的可靠性。关键词：粮仓温湿度；IAP15F261S2；DHT11；实时监控中图分类号：TP271 文献识别号：A 文章编号：The Real-time Monitoring and Automatic Control of the Tempera ture and Humidity of Granaries Based on IAP15F261S2 Real-time Monitoring and Automatic Control of Temp
3、erature and Humidity of Granaries Based on IAP15F261S2Single-chip MicrocomputerWEI Han-pei ,WANG Hao-chen, ZHANG Yi ,WEI Hai-feng( School of Electrical and Information, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003;) Abstract: The granary storage issue has always been complicated an
4、d substantial,thereby the real-time monitoring and automatic control of the temperature and humidity of granaries is particularly important.The temperature-and-humidity monitor and control system designed in this paper implements the real-time monitoring of the temperature and humidity of granaries,
5、and the automatic control method of adjusting light and ventilation.Using the IAP15F261S2 MCU as the control core,and DHT11 as the sensor,the remote data acquisition and control directive parameter settings are implemented. Features: user-friendly, flexible control, high integration of hardware syst
6、em, simple circuit, reliable performance and low cost.Many disadvantages of traditional temperature-humidity testing equipment and artificial moisture and cooling are solved. The reliability of the system is verified by the result of the experiment which implements monitoring and controlling of the
7、simulated environment of granaries.The granary storage issue has always been complicated and substantial,thereby the real-time monitoring and automatic control of the temperature and humidity of granaries is particularly important.The temperature-and-humidity monitor and control system designed in t
8、his paper implements the real-time monitoring of the temperature and humidity of granaries,and the automatic control method of adjusting light and ventilation.Using the IAP15F261S2 MCU as the control core,and DHT11 as the sensor,the remote data acquisition and control directive parameter settings ar
9、e implemented.Features:user-friendly,flexible control,high integration of hardware system,simple circuit,reliable performance and low cost.Many disadvantages of traditional temperature-humidity testing equipment and artificial moisture and cooling are solved.The reliability of the system is verified
10、 by the resultof the experiment which implements monitoring and controlling of the simulated environment of granaries.Key words: granary temperature and humidity; IAP15F261S2; DHT11; real-time monitoring0 引言粮食在储备的过程中常因湿度过大而升温发热，导致粮食大量腐烂变质，从而造成巨大损失。有效监测粮仓内温湿度变化，及时采取相应措施，可以有效防止粮食霉烂、保证粮食的存储质量，减少不必要的浪费近
11、年来，粮仓储存安全问题一直是一个复杂而又重要的问题，如何实时监控粮仓的温湿度，并能及时对异常情况做出迅速的反应，都是值得研究的问题 1。但是，由于受到经济条件的限制，我国粮仓储存环境较差，而且管理比较落后。有的粮仓情虽然好点，但基本停留在人工管理状况上2。粮仓管理的重点之一就是要合理的布置测温以及测湿度点，经常检查温湿度的变化，以便及时发现粮食的发热点，减少粮食的损失。由于近年来计算机技术、超大规模集成电路技术以及网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域。因此，粮仓检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定进展 3。随着单片机功能的日益强大和计算机技术的广泛应用，粮仓监测的准确性
12、、稳定性要求越来越高。寻找最佳的配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点 4-6。针对以上问题，本文设计了一套以 STC 公司 IAP15F261S2 单片机为主控芯片，DHT11 为温湿度传感器的粮仓温湿度监测及自动化环境控制系统，该系统将 DHT11 采集的数据传送给控制主机，主机接受后通过与上位机通信，将数据传送给上位机进行处理，再由上位机进行相关操作，从而达到对粮仓环境的监控与测量，并给出调节粮仓的采光度和通风情况自动控制方法，且给出 PC 机在线调节、现场人工调节、自动状态调节三种方式供用户选择。并对所设计的系统进行了实验，实验结果验证了系统的可靠性。1 粮仓温湿度监控系统概述1 系
13、统硬件实现1.1 硬件设计整个系统分成五个部分：主控制器，使用的是 STC 公司的 IAP15F261S2 单片机。支持RS232/485 串口通讯；温湿度传感器模块，选用 DHT11 一款已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。体积小，集成温度传感器和湿度传感器两个模块；占用单片机引脚资源少，只需单根数据线和单片机相连接即可；时钟模块，选用 DALLAS 公司生产的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片 DS1302。其可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。单片机根据当日月份进行判断，并选择应用于春、夏、秋、冬四种模式和昼夜模式中的一种；步进电机驱动模块，步进电
14、机用于驱动百叶窗叶片转动，速度平缓、带负载能力强。步进电机选用 28BYJ-48 5VDC型号；430 单片机系统，选用 DALLAS 公司生产的 MSP430F247 单片机。此款单片机含有 3 路cap 口，能够满足三路霍尔信号采集及六路 PWM输出的需求。其为超低功耗的单片机，相比较DSP 价格低廉。1.2 硬件连接与通讯方式如图 1 所示，PC 机和 IAP15F2K61S2 单片机通过 RS232 串口线建立上位机通信，使得上位机实时显示单片机传输过来的粮仓温度以及湿度；IAP15F2K61S2 单片机和 MSP430F247 单片机选用 SPI 通信方式，以 IAP15F2K61S
15、2 单片机作为主机，MSP430F247 单片机作为从机，主机根据粮仓环境变化不断给从机发出开关百叶窗、风扇等信号。同时 PC 机能将温度湿度设定值传送到 IAP15F2K61S2，后者整合温湿度值再控制步进电机和向 MSP430F247 传送值，以达到驱动风扇电机的要求。P C 机I A P 1 5 F 2 K 6 1 S 2 M S P 4 3 0 F 2 4 7电机驱动电路无刷直流电机驱动信号处理后霍尔信号三项霍尔信号逆变后电源信号转速设定转速数据温湿度设定温湿度 、 转速温湿度传感器位置传感器步进电机（ 百叶窗 ）百叶窗开度图 1 粮仓温湿度监测及自动化环境控制系统硬件连接图2 系统软
16、件实现C 语言程序编写，IAP15F2K61S2 单片机使用的是 Keil uVision4 软件，而 MSP430F247 单片机使用的是 IAR430-5104 软件，可使用仿真器对程序进行在线仿真调试。图 2 为 PC 机控制IAP15F61S2 单片机及 MSP430 单片机程序流程图。通过点击工控界面上的“打开智能窗帘”、“打开风扇”等按钮可以实现对百叶窗上驱动叶片的步进电机的启停和正反转，也可以控制无刷直流电机风扇（无刷直流电机）的正反转、加减速。其中无刷直流电机采用闭环控制方法。P C 机R S - 2 3 2温湿度是否正常温湿度过低点击 “ 打开智能窗帘 ”进入U A R T
17、接收中断信号标志位A u t i _ f l a g步进电机正转百叶窗打开点击 “ 关闭风扇 ”进入U A R T 接收中断信号通过 S P I 方式发送信号到4 3 0 从机 ，关闭排风扇通过 S P I 方式发送信号到 4 3 0 从机 ， 关闭排风扇YNYN上位机给定速度 nP I D 控制子程序改变 P W M占空比进入中断控制电机转速测量转速 nI A P 1 5 F 2 K 6 1 S 2M S P 4 3 0 F 2 4 7点击 “ 关闭智能窗帘 ”进入U A R T 接收中断信号标志位A u t i _ f l a g步进电机反转百叶窗关闭点击 “ 打开风扇 ”进入U A R
18、T 接收中断信号通过 S P I 方式发送信号到4 3 0 从机 ，打开排风扇图 2 PC 机控制主机及从机程序流程图图 3 为 IAP15F61S2 单片机自动控制流程图：通过 DHT11 温湿度传感器的实测值和设定值进行对比。当温湿度超过限定值的时候，51 单片机动作控制百叶窗的开度，并向从机MSP430F247 发送信号控制排风扇的工作状态。C N T 1 = 1 0 0 01 m s 到 ，T 0 _ C N T 1 + = 11 s 到 ， D H T 1 1 读取一次温湿度D H T 1 1 读取温湿度错误蜂鸣器报警L C D 1 2 8 6 4 液晶显示“ 读取温湿度错误 ”D
19、H T 1 1 读取温湿度正确将温湿度送入 L C D 1 2 8 6 4刷新一次并送入到 P C 机控制界面实时显示温湿度值及曲线图L C D 1 2 8 6 4 液晶显示“ 读取温湿度错误 ”温度小于 1 5 或者大于 3 5湿度小于 4 0 或者大于 7 0报警解除 ， 5 1 单片机控制百叶窗关闭 ， 4 3 0 控制排风扇关闭蜂鸣器报警温度小于 1 5 湿度小于 4 05 1 单片机控制百叶窗打开通过 S P I 方式发送信号到4 3 0 从机 ， 关闭排风扇5 1 单片机控制百叶窗关闭通过 S P I 方式发送信号到4 3 0 从机 ， 打开排风扇YYYNNN图 3 IAP15F6
20、1S2 单片机自动控制流程图程序流程图3 实验结果及分析本文对所控制系统进行了实验研究。首先通过 Visual Basic 2010 软件编写了上位机，在上位中可以手动设置风扇的启停以及转速的大小，百叶窗的开关，并能实时监测环境的温度和湿度。通过控制粮仓的光照强度可以调节温度；通过控制粮仓的通风可以调节湿度。光照强度可以通过百叶窗的开度来调节，而通风情况则由排风扇来决定。实验为了模拟粮仓温、湿度的实时变化，准备了一杯 50 摄氏度左右的温水来模拟粮仓的环境。将 DHT11 温湿度传感器固定在水杯上方，刚开始运行程序，蜂鸣器就开始报警，风扇（无刷电机）自动旋转，百叶窗自动开启。过了一段时间之后，
21、待上位机的温度下降为 25 摄氏度左右时，百叶窗自动闭合。此时由于传感器固定在水杯上，仍然具有较高的湿度，蜂鸣器依然报警。故将传感器移开。一段时间后，上位机显示湿度下降为 40%左右时，风扇停止转动，蜂鸣器也停止报警。实验结果验证了此系统的可靠性。4 结论本文将 IAP15F261S2 单片机以及 MSP430F247 单片机相结合一起运用到粮仓环境自动控制系统中，通过 SPI 通信方式将主机和从机连接。本设计提供 PC 机在线调节、现场按键控制、自控控制三种方式供用户选择，灵活适应各种需求满足控制室非现场控制、现场人工控制、无人控制。对此系统进行了模拟实验，对实验结果进行了分析，验证了系统的
22、可靠性。参考论文1 李晓妮. 单片机温度控制系统的设计J. 九江学院晚报学报，2005，（02）：20-21.2 张开生，郭国法. MCS_51 单片机温度控制系统的设计J. 微计算机信息，2005，(7) ：683 刘淑荣，丁录军. 基于单片机控制的温度智能控制系统J. 微计算机信息，2003 年第 7 期：119-1204 李玉梅. 基于 MCS-51 系列单片机原理的应用设计M. 京：国防工业出版社，2006.5:100-104,181-2025 李戌，陈建辉. 温室温湿度控制系统J. 微计算机信息，2003 年第一期：73-756 张朋，刘洪. 智能温度测量模块的设计J. 电力自动化设备，2005 年第 12 期：49-51
