基于单片机的粮仓多功能监控装置的设计

龙岩学院毕业设计 题目： 基于单片机的粮仓多功能监控装置的设计专业： 电子信息工程 学号： 2014041822 作者： 苏江卉 指导教师(职称)： 王清辉 讲 师 二0一六年 五月二十七日基于单片机的粮仓多功能监控装置的设计【摘要】 本设计的主要内容是把STC89C52单片机以及传感器结合完成对粮仓的检测监控。针对粮仓复杂存放环境和安全储存条件，选用STC89C52单片机，作为核心，DHT11温度和湿度合一的传感器对温度和湿度监控报警，利用MQ2传感器进行烟雾检测并且报警，用声音传感器检测预防鼠害，用红外发光二极管红外线检测人物活动预防偷盗，并能够使数值在LCD1602液晶屏上显示，采用SIM900A mini能够在发现警报的时候发送短信。本文给出了该系统的电路详细设计以及程序，能够完成预期的设计要求。【关键词】STC89C52单片机 DHT11传感器 MQ2烟雾传感器 红外发光二极管 1Based on the design of the microcontroller the granary of The multi-function monitoring device【Abstract】The main content of this design is the application STC89C52 single-chip microcomputer and sensor to complete the granary detection monitoring. For granary complex deposit environment and safe storage conditions, the design adopts STC89C52 single-chip microcomputer, as the core part, using the unity of DHT11 temperature and humidity sensors to monitor temperature and humidity alarm, using MQ2 smoke detection and alarm sensor, with sound sensor testing prevent rat, using infrared light-emitting diodes, infrared detection character activities to prevent theft, and be able to make numerical on the LCD1602 LCD display, using SIM900A mini send text messages can be found in the alert. This paper gives a circuit of the system, detailed design and procedures to complete the expected design requirements.【Key Words】 STC89C52 Sing89le-chip microcomputer DHT11 sensor MQ2 smoke sensor infrared light emitting diode1基于单片机的粮仓多功能监控装置的设计目录第1章 绪论11.1 引言11.2研究背景及意义11.2.1课题设计背景11.2.2课程研究的目的与意义11.3国内外研究现状2第2章 方案设计32.1 系统设计任务要求32.2系统设计方案32.3烟雾传感器选择与论证42.4用于防盗监控的传感器论证与选择42.5显示模块论证与选择52.6声音检测模块论证与选择52.7 GIM模块论证与选择52.8本系统最终方案5第3章 硬件设计73.1系统模块分析73.2模块电路73.2.1单片机电路设计73.2.2烟雾传感器电路的设计93.2.3温度湿度传感器设计103.2.4红外线传感器113.2.5液晶显示模块123.2.6报警模块133.2.7按键模块143.2.8 声音检测模块153.2.9 SIM900A短信模块16第4章 软件设计184.1 系统主流程图184.2 DHT11温湿度传感器流程图194.3报警子程序流程图204.4 液晶显示模块流程图214.5 SIM900A mini 流程图21第5章 调试与分析235.1 系统调试235.2 温湿度检测报警235.3 红外线检测245.4烟雾检测255.5声音检测255.6 GSM调试265.7调试结果26致谢语28参考文献29附录1硬件原理图30附录2 程序31I第1章 绪论1.1 引言实际上，从90年代开始，中国已经是粮食的净出口国家了，因此对粮仓的实时监控越来越重要了。目前，我国的各大粮食储存仓库仍然存在着各种程度的粮食变质等问题。根据国家粮食保护法规，应该对粮仓进行不定时的检测，防霉、防潮、防火、防盗、防虫都是粮仓日常检测的中心。系统针对粮仓存放条件设计了一套基于单片机的智能监控系统。该系统不但能够测试粮仓的温度湿度，而且能在大于设置的温湿度值时进行报警，还具有烟雾报警功能实现防火。甚至能通过红外线感应活动的生物体，实现防盗，通过声音检测来预防虫害，通过GSM发短信通知管理员有警报。该系统把这五个功能结合为一体，对粮仓的储存我国的粮食安全起到了一定的作用。1.2研究背景及意义1.2.1课题设计背景“粟者，王之本事也，人主之大务，有人之涂，治国之道也”，“夫积贮者，天下之大命也，苟粟多而财有余，何为而不成”。古人留下的言论充分向我们说明了粮食对国家发展过人民生存的重要性。一个国家在处于战役、灾害等突发事件时必不可缺的就是粮食。“一粥一饭当思来之不易”。有关部门因为各类的原因，忽略了对粮仓的现代化设施更新，忽视了粮食储存的重要性，我国每年因为粮食的变质、损坏而不能使用的粮食达到了100亿斤，造成的经济损失数额非常巨大。甚至还出现了偷粮的违法行为，对国家和人民造成了巨大的影响。正常来说，一个大型的粮仓足以存放以万计量的粮食。每批粮食存放的时间是长短不一的，为了确保这些粮食在存放过程中不会变坏，务必让粮仓的温度湿度维持在适合储放的范围里面。 因此需要一个检测精准、温度的监测系统。在2013年6月1日由于中储粮粮库的重大火灾带来了4.7万吨粮食损失的问题。由此可见，对粮仓进行烟雾报警亦是必不可少的。粮食出现的地方，老鼠、害虫频频出没。因此少不了声音检测鼠害、虫害活动。人为偷盗粮食在我国也是频频出现，所以利用红外线检测是否有人类进行偷盗。再来，在发生警报的时候能够通过GSM用短信的方式及时通知管理人员。1.2.2课程研究的目的与意义针对粮食储存在粮仓中会出现的这几个重要问题（粮食的受潮、虫害、火灾），应采取相应有效的措施进行检测监控防护，提高粮仓的管理水平。粮仓的构造一般是采用新钢彩板构成圆柱形的仓库，粮仓越高2030米。如今，中国在粮食存放环境建设上越来越规范。但是监测方面却是没有跟上时代的脚步。许多粮仓的监测设备仍然需要高价从国外进口。粮食的储存最重要的还是要回到温度和温度的控制监测。运用单片机对粮仓环境进行数据收集，然后分析采集到的信息（设定温度、湿度的适当值，显示温度湿度实时值、报警电路），完成对粮仓的温湿度监测，采集空气中的烟雾浓度来进行烟雾监测，红外对管分点采集达到防盗报警，声音检测鼠害报警，GSM短信报警。管理人员通过数值的设定，进行粮仓的管理，大大减少了许多麻烦。1.3国内外研究现状近几年来计算机迅速发展起来，传感器技术、集成电路以及网络通信技术促使监控系统普遍应用于人类生活、工业农业生产范围。因此，粮情在硬件软件方面得到了很大的改进。温度传感器起源于1978年，最初发明出来的储粮检测系统是由采样器、电阻式温度传感器和模数转换器构成的，可以对粮仓的各种监测点来回测试。减少了劳动力，但是由于灵敏度的低电阻式传感器，导致测量结果误差、低精度。粮情检监测系统到1990年的时候有了很大一步的跨越，数据采集部分的线路简化了，选用半导体等材料作为传感器，测量精度得到了很大的改进。系统的测量精度由于温度传感器线性度比较差的原因还是不够完善，不能广大推行。外国在粮情检测这一方面拥有成熟的技术，他们的检测系统采用的传感器是高科技数字式传感器。第2章 方案设计2.1 系统设计任务要求粮仓多功能监控装置的制作方案有很多，可供选择的器件也有很多种。因此，我们既要能实现对温度湿度度进行监控，室内烟雾浓度进行监控，室内红外传感器进行人为偷盗监控的功能，声音检测进行鼠害活动监控1。它的总体设计方案也应和应用场所相适应，所选的结构要简单实用、易于实现，在选用器件时，要注意器件的功耗、使用条件、性能等。 本设计的任务要求有以下几点： （1）能够检测环境的温湿度，测量值大于设定的阀值时报警。 （2）能够检测环境中的易燃气体，进行报警。 （3）能过检测到鼠虫的活动，并报警通知管理员。 （4）能检测到声音，并进行报警。 （5）能够把检测的温度和湿度数值显示在LCD液晶屏幕上。 （6）能够通过GSM发送报警短信到手机上。2.2系统设计方案系统硬件框图如图2-1所示。STC89C52蜂鸣器报警LCD液晶显示DHT11MQ-2红外发射管温湿度设置按键YL-56SIM900A发送报警短信 图2-1 系统硬件框图如图2-1所示为本设计硬件原理图，发光二极管、DHT11、MQ-2、YL-56、SIM900A向单片机STC89C52发送信号，单片机接收信号以后，可以通过按键向系统进行温湿度上下限设置，当检测值达到设定值的时候，蜂鸣器报警，SIM900A会向手机发送报警短信，同时LCD会显示信息。控制器外接+5V电源晶振电路和复位电路组成单片机最小系统，由温度湿度传感器、声音检测模块、GSM模块、烟雾传感器和发光二极管，LCD液晶屏共同构建成完整的粮仓多功能监测系统2。液晶显示模块则为人机通信使用，将检测到的温度湿度值显示出来，也是该系统不可或缺的一部分 。蜂鸣器报警模块则是经过判断检测的数值是否超过设定值，一旦超过则蜂鸣器产生报警。这里我采取方案二DHT11数字温湿度传感器，把温湿度的采集结合到一块，设计起来更简便。2.3烟雾传感器选择与论证方案一：MQ2烟雾传感器MQ2是气敏传感器能够很敏锐的检测到空气中的烟雾、液化气、C4H10、C3H8、CH4等易燃分子。气敏传感器能够检测到特定气体分子，其包含半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器3。它的应用有：CO气体的检测、瓦斯、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中C2H5OH的测试等等。引起火苗的烟是由气、液、固体等组成的混合物，有体积、质量、温度、电荷等特征。其工作原理是将气体、浓度等转变为电信号，依据转变的电信号的强弱来检测、监测、报警；该系统还可以由一个接口电路和一台计算机组成的自动检测，控制和报警系统。方案二：光电式烟雾传感器光电烟雾报警器里安装了具备红外对管的光学迷宫，空气里没有烟时接收管则无法收到红外发射管所发出的红外光，当烟进入光学迷宫的时候，经过反射、折射，红外接收管就会收到红外发射管所发出的红外光，这时候报警电路判断烟雾浓度是不是会超出设定值，若是超出就会响起警报4。这里我选用方案一气敏式烟雾传感器。2.4用于防盗监控的传感器论证与选择热释电红外传感器采用高热电系数质料，串联检测元件的反向极性与检测器的反向极性相连接。方案一：红外对管红外线是波长范围0.76微米到400微米不可见光线，被测物高于绝对零度就能够形成红外线，这个现象被称为热射线。医学红外可分为2类：近红外和远红外。红外线发射管有三个常用的波段为850NM、875NM、940NM5。方案二：热释电红外传感器以避免探测器升高温度而引起的干扰。探测元件探测所接收到的红外辐射变成微弱的电压信号，通过装在场效应管放大后输出。热释电红外传感器的价格略高于红外光电传感器。这里我选用方案一红外线对管。2.5显示模块论证与选择方案一：使用LCD1602液晶屏显示时间LCD1602是标准的14或16脚接口内置192种字符具有体积小厚度薄、功率消耗小、寿命长、没有辐射伤害、影像稳定不闪动等特点，可视面积广、画面效果好、高分辨率的特征。方案二：使用传统的数码管显示数码管具有：能耗低、损耗少、电压低、使用寿命长、抗老化、抗高（低）温，对外界环境要求低、维护容易，同时其高精度、精确可靠、操作简便。在这里我选择方案一LCD1602液晶显示屏。2.6声音检测模块论证与选择方案一：使用YL-56传感器YL-56声音传感器可以检测粮仓环境的声音强度，根据震动原理来检测周围环境声音有无，其灵敏度是可调的，工作电压在3.5V到5V之间，具有固定螺栓孔，便于安装。方案二：使用LM567传感器LM567可用于固定频率的音频信号的识别，输入频率范围20kHz。直流供电电压3V-12V，设别到设定频率之后，有开关量输出，精密多圈电位器调节频率。在这里我选择YL-56传感器。2.7 GIM模块论证与选择方案一：使用SIM300模块SIM300模块选用内嵌TCP/IP协议栈的系统，它能够使数据传输更加的透明性，只需要通过AT指令用户就可以对它进行设置，SIM300模块的体积比较小巧，可广泛应用于远程抄表、遥控遥测、安全监控等以及其他移动数据通信系统。方案二：使用SIM900A模块SIM900A模块是SIMCOM公司生产的一个比较高性能工业级GPRS模块.该模块的使用率高、功率消耗低，最低耗流0.1mA，属于紧凑型的,能够满足用户对空间的要求，使用起来简便。在这里我选择SIM900A模块。2.8本系统最终方案经过反复讨论和论证，本系统的最终设计方案为选用STC89C52单片机作为整个电路的中心、 采用DHT11实现温度和湿度监测、采用MQ2烟雾传感器对烟雾的检测、 采用红外对管实现对人的检测、采用YL-56进行声音检测及采用SIM900A进行短信报警。第3章 硬件设计3.1系统模块分析 （1）电源模块功能分析系统的模块有单片机、按键、采集、报警等模块等等，综合分析电源模块需提供+5V电压，可满足各模块的工作电压需要。 （2）采集模块分析采集模块包括温湿度的采集、烟雾浓度采集以及红外发光二极管对人类活动信息的采集、声音检测对鼠虫活动采集、GIM进行短信报警。采集模块应选好采集点确保精确性。 （3）单片机模块分析单片机模块主要控制温湿度的测量、红外发光二极管的检测、烟雾传感器和声音模块、蜂鸣器报警模块、GSM短信报警的工作等。 （4）按键模块功能分析按键用来设置适合储存粮食的温湿度的上限和下限报警值。 （5）显示模块功能分析该部分选用LCD1602液晶，显示当前温度、湿度值和设定报警值。 （6）报警模块功能分析当前测得环境温度和湿度值大于设置的温度湿度值的时候，启动蜂鸣器。当红外对管检测到人体的时候，启动蜂鸣器。当声音模块检测到有声音震动的时候，启动蜂鸣器。当有异常报警的时候，发短信通知并显示哪个模块触发报警。3.2模块电路3.2.1单片机电路设计单片机，因其拥有强大的功能与属性于一身，类似于一台小型计算机，因此被称作单片微型计算机。单片机的出现是历史性 的飞跃，它标志着计算机系统和嵌入式系统的形成。由于它们的诞生让现今信息技术有着越来越快的发展。单片机芯片体积小 、成本低、应用稳定可靠。以单片机为核心的产品向着智能化、微型化、低功耗等方向发展。在过去的纯数字电路中，存在着大量的工作量大、灵活性差、可靠性差等缺点，增加了大量用户的工作量和能量。而单片机的出现使电子电路设计有了一个质 的飞跃，完全的克服了这些纯数字电路带来的弊端。单片机的发展和普及给工业自动化等领域带来了质的变化。只要外部微控 制器添加一些适当的外部扩展电路，就可以形成多种不同类型的应用系统。以单片机为核心的系统具有功能齐全，抗干扰能力强、易于普及，前景广阔、嵌入容易，用途广泛。因此，以单片机为核心的控制系统的主要应用领域包括：消费类电子产品、 汽车电子产品、工业检测与控制、办公自动化设备、智能化仪器仪表、航空航天系统和军事武器装备、商业营销设备、分布式 多机系统等领域。STC89C52是一个功率消耗低和性能高的CMOS8位微控制器，具备8K的FLASH存储器可在系统编程。在单芯片上，拥有8为CPU。STC89C52包含了以下几个部分：8k的字节Flash、512字节的RAM、32位的I/O 口线、看门狗定时器、2个数据指针、三个16 位的定时器/计数器、一个6向量2级的中断结构、全双工串行口、 片内晶振及时钟电路。STC89C52 可降低到0Hz 静态进行逻辑操作，有两种软件来选节电模式。在空闲的模式时CPU 截止运作，容许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作，在停电保护的方式下保存RAM内容，停止振荡器，中断单片机的运作，直到下一个中断或硬件复位，35MHZ为最高运作频率6。电路设计的关键在于各种接口电路的设计。图3-1 STC89C52在处理器选择方面，本设计采用高速度、低功耗、超强抗干扰，选择以STC89C52RC单片机作为系统的核心模块。该芯片包含中央处理单元（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（Flash）、EEPROM、定时器/计数器、I/O接口、UART接口、中断系统、PWM、振荡器等模块。可以说，数据采集和控制的所有模块，可以很容易地构成一个典型的测量和控制系统。与普通51单片机相比有以下特点： （1）同样晶振的情况下，比普通51单片机的速度高812倍； （2）有8路10位AD； （3）多了两个定时器，带PWM功能； （4）有SPI接口； （5）有EEPROM； （6）有1K内部扩展RAM； （7）有WACHT_DOG; （8）多一个串口； （9）I/O口可以自己定义，有四个状态； （10）中断优先级有四个状态可以自己定义；表3-1为STC89C52的复位、中断入口地址。表3-1 STC89C52的复位、中断入口地址入口地址说明0000H复位后，PC=0000H0003H外部中断入口000BH定时器T0溢出中断入口0013H外部中断入口001BH定时器T1溢出中断口0023H串行口中断入口3.2.2烟雾传感器电路的设计 本文设计选用MQ-2烟雾传感器，烟雾传感器是一种SnO2气敏半导体材料，是表面离子式N型半导体。当空气温度升高到200摄氏度以上时，氧是由两氧化吸收，和氧的负离子吸附形式的电子密度在半导体，使MQ-2电阻值增加7。在接触烟气时，晶界处的势垒产生了变动，然后导致表面电导率的变化。遇到CH4时，原本的氧吸附解吸，并通过易燃烟正离子吸附在SnO2半导体外面，氧解吸发射电子，当烟正离子吸附的状态发射电子，如此SnO2半导体就会增加密度，电阻值会减少，而当环境中没有检测到可燃气体时，SnO2半导体氧的负离子吸附主动恢复，电阻值提高回到最初的大小。这就是MQ-2检测可燃烟雾的工作原理。 MQ-2气体传感器对于C4H10、C3H8、CH4的检测灵敏度极高。MQ-2传感器能够测试到各种可燃性气体，是一款性价比较高的传感器。MQ-2气体传感器的管脚排列如图3-2所示。图3-2 MQ-2管脚排列图MQ-2在本设计的电路图中的设计如图3-3所示。图3-3 MQ-2电路设计3.2.3温度湿度传感器设计DHT11数字温湿度传感器它能够确保产品有很高的可靠性，是利用数据采集技术和温湿度传感器技术组成的，稳定性很好。DHT11中包含电阻式感湿元件和NTC测温元件，且连接高性能的8位单片机，是一种温度湿度结合的传感器。该传感器的校准都是在很精确的校准实验室完成的，具备优良品质、响应速度快、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。校准系数是以程序的形式在OTP内存中储存的，传感器在测试信号的处理时会调用这些校准系数。DHT11的封装是4 针单排引脚的，连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。DHT11具有以下的优点：体积小、功耗少，可以达20米以上的信号传输距离，是各种使用场合的最好选则8。DHT11的应用领域有：暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器等。DHT11的供电电压在3-5.5V之间，传感器通电完需要等来1s来跳过不稳定状态因此这1S内无需发送任何指令，电源引脚（VDD，GND）之间可以增加一个100nF的电容，用来去耦滤波。图3-4 DHT11实物图如上图所示，图3-4 为DHT11温湿度传感器的实际图。串行接口采取单总线数据格式用在微处理器与 DHT11的通讯和同步，大约有4ms的通讯时间, 在用户MCU发送开始信号成功后,DHT11就从低功耗模式转变到高速模式,等开始信号发送结束后,DHT11会发出响应信号,在发送40bit的数据的同时会触发一次信号收集，这样MCU就可以选择读取部分数据9。如图3-5是DHT11在本设计中的电路图。图3-5 DHT11电路图3.2.4红外线传感器本次设计中采用的是红外对管来对人物活动进行检测防偷盗。红外发射管是由红外发光二极管矩构成的发光体，采用红外辐射效率高的GsAS制成的PN结，正向偏压向PN结引入电流激发红外光，其光谱功率为830950nm。LED的英文全称是Light Emitting Diode，是正温度系数，电流与温度成正比，LED红外灯的功率与电流有关，当正向电流大于最大额定值时，红外灯发射功率反而下降。红外接收管的PN结具有光敏特征、单向导电性，属于光敏二极管，一般只对红外线有反映，工作时需要加上反向电压。红外对管在使用的适合应该留意管子的极性一定不可以搞错，通常情况下较短的引脚为负极，另一脚为正极。如果从引脚的长短没办法分辨时(比如已剪短引脚的)，可以测量引脚的正反向电阻来确定。测得正向电阻偏小时，黑表笔所接的引脚即为正极。通过测量红外发光二极管的正反向电阻，还能够在很大程度上判断其性能的优劣。以500型万用表R1k档为例，如果测得的正向电阻值大于20k，就存在老化的嫌疑，如果接近于零，则该二极管报废了。如果测量得到的反向电阻很小接近于零的话，那么管子必坏无疑，发光二极管的反向电阻愈大，说明其漏电流越小，质量越好。图3-6为该部分的电路设计。图3-6 红外对管电路图3.2.5液晶显示模块液晶显示（LCD）近年来有着快速的发展，以其功耗低，重量轻、体积小、便于携带，以及许多其他优点，获得了不少人们 的喜爱和广泛使用。在平常生活中，LCD更是到处都看到，在各类智能仪表，电子产品中的使用更是屡见不鲜。本设计采用LCD1602液晶显示用标准16脚带背光接口，2行16个字的1602液晶模块来介绍它的编程方法。主要目的是显示一些提示，如频率值、金属类型、精度等，但是，用液晶显示在键盘上的调试会更方便。液晶显示器的要求是比较低的，易于使用，而且价格低，以满足需求。液晶显示模块则为人机通信使用，将检测到的金属含量显示出来，也是该系统不可或缺的一部分。如下图3-7所示。图3-7 LCD1602实物图如图3-8所示，LCD1602液晶接口的设计为一个间距2.54mm的16脚单排插孔座，在上面插上LCD1602液晶即可使用。LCD1602液晶接口最下脚第1位接电位器一端，供用户手动调整液晶偏压，BLA ：背光源正极，接+5V；BLK：背光源负极，接地；RS接P1.3，决定传输类型是数据或命令，1表示数据，0表示命令；RW接P1.4，决定控制信号是读命令还是写命令，1表示读，0表示写；E接 P1.2使能端，高电平有效；DB0DB7数据端口，接P0.0P0.7。图3-8 LCD1602显示电路设计3.2.6报警模块为了能够在最短的时间内通知提示工作人员，本设计里还采用了报警模块。蜂鸣器是结构统一化的发声器，采用的是直流电压供电，普遍在计算机、打印机、复印机、报警器、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件，蜂鸣器有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。图3-9 蜂鸣器实物图图3-10报警电路设计如图3-10为报警电路的设计，单片机的P2.0模块通过限流电阻R3与三极管的基极连接，三极管的集电极与蜂鸣器相连接，当单片机的P2.0引脚电平为低时，三极管导通，蜂鸣器则有电流流过；当单片机P2.0的引脚为高电平的时候，三极管截止，蜂鸣器就没有电流通过，这样，三极管的两端会有波动的电流，而波动的电流会使蜂鸣器发出警报10。蜂鸣器额定电流小于30mA,其中使用三极管驱动工作，为了减少功耗本实验采用9012晶体管。本设计是为温湿度测量中当测量值超过设定值的时候，红外对管采集到信息时，MQ-2采集到烟雾的时候，P2.0口被置0，该部分开始工作。3.2.7按键模块 按键模块是人和机器对话的重要工具，是人向机器发出指令、输入信息的必备模块，该模块由3个按键与单片机的I/O口一一对应连接的，然后通过读取单片机I/O口的电平高低就可以确定哪个按键被使用，一个按键对应一个功能，一个I/O口线上的按键工作状态不会影响到其他I/O口线的工作。通过按键，可以对本系统进行温度、湿度上下限控制，来实现报警功能。 键的按下和松开是通过机械触点的断开和闭合来完成的，因为机械触电的弹性，按下一个键时产生前沿抖动，释放一个键时产生后沿抖动，抖动的时间在510ms。而抖动是必须消除的，消除抖动的方法有两种：硬件去抖动、软件去抖动。本设计采用的是软件消抖11。 下图为本设计中，按键模块的电路设计。-图3-11 按键模块如图3-11，三个按键KEY1、KEY2、KEY3分别与P1.5、P1.6、P1.7串口相连。这3个按键可以设置温度与湿度的最高限制，当检测到的数值超过设置值时系统就会拉起报警电路。3.2.8 声音检测模块一个良好的粮仓储备环境，除了粮食所出的环境温湿度、防火灾、偷盗以外，还有很重要的一点就是鼠虫活动。LY-56声音检测模块可以检测周围环境的声音强度，通过震动原理来判断环境是否有声音产生。鼠虫的活动会发出声响，LY-56低电平，报警电路发出警报。该声音传感器模块的灵敏度是可以调节，模块在环境声音强度没有达到设定的阀值的时候，D0口输出高电平，当外界声音强度超过设定阀值的时候，D0口输出低电平12。如图3-12为声音检测模块LY-56的实物图，串口发送的波特率为9600B/S，模块有声音触发的时候，串口不断发送01，同时开关指示等亮。若模块没有声音触发，串口不发生数据，则开关指示灯灭。图3-13是声音检测模块的电路图。图3-12声音检测模块实物图图3-13声音检测电路图3.2.9 SIM900A短信模块采用短信模块在有发生警报的适合及时的通知粮仓管理人员来处理问题是一个非常有效的方法，能避免管理人员临时有事外出时无法发现粮仓的情况。SIM900属于一种尺寸紧凑的GSM/GPRS，采用的封装是SMT，基于STE的单芯片案，采用ARM926EJ-S架构,性能强大，可以内置客户应用程序。能够应用于智能家居、远程监控与电力监控等众多方向13。SIM900A的功耗很低，在待机的模式下电流低于18mA，sleep模式下低于2mA，采用开关电源模块供电，供电范围在5V18V。图3-14 SIM900A mini 简介图如图3-14为SIM900A_mini的正面各小模块简介图，由天线、天线阻抗匹配电路、SIM卡电路、ESD静电保护电路和电源控制器组成。其中，SIM900A通过其串口1与STC89C52的串口0进行数据通信；电源控制部分通过STC89C52的GPIO来控制IRFR9024芯片(N构造MOSFET)使能。在当前符合报警条件的时候，系统则根据产生报警的模块类型给手机发送短信进行报警，短信内容会提前写入网关硬件FLASH内，在代码中结合Switch语句决定信息内容，系统会手机(虚拟号码)发送短信内容14。图315为SIM900A的电路图设计。图3-15 GSM电路图第4章 软件设计4.1 系统主流程图图4-1 系统总流程图如图4-1所示为系统的总流程图。第一步，温湿度传感器DHT11初始化。第二步，烟雾传感器MQ2初始化。第三步，LY-56声音传感器初始化。第四步，红外传感器进行数据采集。第五步，按键扫描。第六步，判断是否超过阀值，是则调用声光报警，没超过则返回循环检测。4.2 DHT11温湿度传感器流程图DHT11 温湿度采样流程图如图4-2所示。图4-2 DHT11温湿度采样流程图该模块主要是进行温湿度数据采集，首先P3.2输出低电平，在延时18ms完后P3.2输出高电平，继续延时40ms，判断P3.2引脚如果为低电平就返回，高电平则继续判断从机80s以后低电平是否结束，是就继续不是就返回，接着判断丛集80秒后高电平是否结束，结束则单片机进行数据接收，接收到的数据按十进制数位存到数组里，数据采集结束的时候继续保持高电平。4.3报警子程序流程图报警子程序流程图如图4-3所示。图4-3 报警子程序流程图首先通过LCD1602的屏幕显示的数值按键来设置报警的阀值，然后报警持续计数器之初值，当测试值超过报警阀值的时候该模块启动报警，而后返回循环。 4.4 液晶显示模块流程图图4-4 LCD1602液晶显示流程图本设计采用LCD1602液晶显示用标准16脚带背光接口，2行16个字的1602液晶模块来介绍它的编程方法。液晶显示主要是为人机通信使用，将设置的数值显示出来，并能够将温度湿度也显示出来，使人们一目了然，更能看清粮仓环境的参数 ，也是该系统不可或缺的一部分。4.5 SIM900A mini 流程图图4-5 SIM900Amini流程图上图为SIM900A Mini流程图，系统先初始化该模块，开启中断以后判断AT指令是否有发送，如果没有发现则返回继续等待，AT指令有发送的话，通过AT发送的指令判断GSM是否运行，如果GSM有运行则建立连接发送数据，发送成功以后返回继续等待。如果没有发送成功则返回发送数据继续发送。第5章 调试与分析5.1 系统调试在完成硬件设计和软件设计以后，对整个系统进行调试测验。硬件作为软件的运行平台，只有确保硬件电路的设计制作上没有问题，才能够进行下一步的调试。也为下面的调试节省了很多不必要的麻烦。硬件调试主要分为2个部分：静态调试和动态调试。（1） 静态调试。静态调试主要检查有没有存在短路、断路、虚焊等现象，保证电路的完整性。排除逻辑故障，造成此类错误的原因主要包括 两个方面，一方面在购买时，元器件本身可能已经损坏，导致其无法使用，另一方面是在安装与调试过程中，设计者错误的安 装元件或者不正确的使用，造成的电路错误导致器件烧坏。 （2）动态调试。动态调试主要是对各个模块电路进行通电和简单的编程测试，测试模块是否正常工作。上电时要检测一下电源是否接通，用万用表来测一下是否为+5v输出稳压；编写一个简单的液晶显示程序，下载到芯片中观察是否正常显示；编写采样频率程序，观察显示值是否正确；编写蜂鸣器和液晶显示程序，测试一下这两个功能是否能正常使用；编写按键接收程序，并将所接收到的信息显示在LCD上，证明该部分没有问题。5.2 温湿度检测报警图5-1设面如图5-1为设置界面，设置温度上限25，设置湿度55%。图5-2 温湿度正常如图5-2所示，当前温度设置25，湿度设置55%，当前，室温为30，湿度为61%，烟雾、红外线、声音 显示N，表示没有声音干扰，不碰触红外对管，发出警报。5.3 红外线检测图5-3 红外线检测如图5-3所示，用手碰触红外对管，Ir（Infrared（红外线）显示Y ，说明检测到红外线信号，警报响起。5.4烟雾检测图5-4 烟雾检测如图5-4所示，拿一张纸燃烧冒黑烟检测，Sg（Smog（烟雾）显示 Y，说明检测到烟雾信号。5.5声音检测图5-5 声音检测如图5-5所示，发出声响，YL-56声音模块检测到声音， Sd（sound（声音）显示Y，说明检测到声音信号。5.6 GSM调试图5-6 GSM发送声音检测如图5-6，进行声音检测，液晶屏上Sd显示Y，GSM发送短信到手机上内容显示“Warning:Animal invasion!”声音模块用来检测是否有鼠虫侵入。5.7调试结果经过一系列的调试测验，系统基本符合设计要求，能够检测室内温度与湿度显示当时值，当超过设定值的适合能够报警，符合粮仓温湿度报警要求。当有物体碰触到红外对管的适合，能够触发报警电路，发出警报，可以用来粮仓防偷盗。烟雾模块可以检测到空气里的燃烧产生的烟雾并报警，可以对粮仓的火灾及时掌控。声音模块可以在有声响发出的适合响起警报，有效的在粮仓进行防鼠虫活动。第6章 结论在本文中，阐述了基于STC89C52单片机设计的粮仓多功能检测系统，具备一下几个功能：采用DHT11实现温度和湿度监测、采用MQ2烟雾传感器对烟雾的检测、采用红外对管实现对人的检测、采用YL-56进行声音检测。以上四个功能都能在检测到的数据超过设定阀值时进行报警。整个作品完成的过程做了一下几个工作：1. 设计了一套比较完整的多功能化可用于粮仓检测的方案，进行方案对比论证，选出最佳方案。2. 整个设计是以STC89C52为核心采集数据的，选用DHT11、MQ-2、LY-56、红外发光二极管等器件来配合完成一整套设计要求的硬件设施。3. 进行调试、模拟测试数据，使测出来的数据更加精确。显示部分采用LCD1602显示所测的实时数值。实验证明，这一整个系统，能够精确的检测环境的温度、湿度，能够在有异常声音发出的时候通过LY-56检测到进行报警，能够在检测到空气中易燃气体的适合拉起警报电路，亦能成功的通过红外发光二极管来预防鼠害。把粮仓储备粮食所需要的条件都结合到一起，代替了人力探测，具有一定的使用价值。由于个人能力问题，系统肯定存在很多不足，还有值得改善和优化的地方。在软件部分的程序编写也是通过同学的帮助完成的。在今后的工作学习中，我会努力学习提高自己不足的地方。总体的来说，毕业设计让我受益匪浅，看到了自己的不足，明确的知道了自己的知识量，我会明确自己的目标，努力学习，完善自己。 致谢语从论文课题的选定到方案确认再到焊接、软件编写、调试，非常感谢给予我帮助的同学、老师。本设计的功能确认、论文的规范撰写等得到了王清辉老师的耐心指导，在整个过程中悉心的指导帮助。王清辉老师渊博的知识、风趣的教学方式给我留下了很深的印象，让我受益匪浅。感谢两年来，各个老师的细心教导，让我掌握了专业的基本知识，在动手能力方面得到了很大的提高，为本次毕业设计做了很好的铺垫，也为我今后的工作打下了扎实的基础。感谢父母支持我的专升本再读两年，让我多接触了一个专业，多学习了许多以前没有接触的知识。感谢龙岩学院建造了一个良好的学习环境，实验楼的丰富让我有更多的机会动手。学院良好的学习气氛让我不断学习，不断成长。祝龙岩学院不断发展，越来越辉煌。参考文献1 代阳.基于DHT21的大型设备机房环境监测装置的研究D.武汉：武汉 大学中南医院设备处.2012.2 易艺 于新业 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