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1、题目：粮仓温湿度检测系统的设计学生学号：作者姓名：指导教师：完成日期：信息工程系电气自动化专业07自动化（2）班31摘要粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进。在理论研究和实地考察实验的基础上，进行了粮食仓库温度和湿度实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。温度和湿度的检测与控制对防止粮食霉变有着重要的意义，讨论粮堆温度和湿度变化的主要原因以及粮食仓库中温度和湿度的允许变化范围。探讨在线测量，计算和控制粮食仓库温度和湿度的原理和方法，基本消灭了粮食霉变事故，同时也节省了大量人力和物力，减轻了粮仓管理的工作
2、强度，提高了粮库管理效率，使粮食管理得到了安全可靠的保障。正目前,粮库中的温湿度检测,基本上是人工检测,劳动强度大,繁琐,由于检测报警不及时,造成库储粮食损失的现象时有发生,于是,设计并研制性能价格比较高的粮库温湿度自动检测系统迫在眉睫。由于大型粮库分布广、储量大，粮库的管理和监测难度大，基于粮库粮情检测系统上的计算机管理软件的设计，由每个粮仓中配置的下位机将粮情数据通过无线数传模块发送给上位机，上位机将下位机的数据以曲线和表格的形式表示出来，清晰直观地显示出各仓内温湿度状况，由上位机对粮仓进行监视，管理人员在控制室就可以看到实时粮情数据，对粮情数据进行分析，实现粮仓管理自动化、智能化。关键字
3、：温湿度 粮仓 检测系统 设计 ABSTRACT Barn management of the most important issue is monitoring the grain heap temperature and humidity changes. countries for grain storage to pay high fees each year, mainly due to high cost of monitoring equipment, management methods were not advanced enough in the theoretical
4、study and field visits on the basis of experiments carried out a food storage temperature and humidity, real-time monitoring and control system circuit design and development. the temperature and humidity measurement and control to prevent mildew food of great significance to discuss the grain heap
5、the main reason for the temperature and humidity changes as well as food storage temperature and humidity range allowed explore on-line measurement, calculation and control of food storage temperature and humidity, the principles and methods, and basic elimination of food mildew accident, but also s
6、ave a lot of manpower and material resources, thereby reducing the intensity of granary management work to improve the efficiency of management of the granary, so that food management has been a safe and reliable protectionAre present, the grain depots in the temperature and humidity testing is basi
7、cally a manual inspection, labor-intensive, cumbersome, due to not timely detection and alarm, resulting in the loss of library storage of food phenomena have occurred, so the design and development of the higher cost performance granary temperature and humidity automatic detection systems is urgent
8、. because large granary widely distributed, large reserves and grain storage management and monitoring difficult, based on intelligence grain depot detection system on the design of computer management software, configured by each granary-bit machines will pay under the circumstances the number of d
9、ata via wireless transmission module sends to the host computer, host computer the next bit plane data in the form of curves and tables that come out, clear and intuitive display of temperature and humidity conditions within the warehouse by the host computer to the granary to monitor, manage person
10、nel in the control room can be real-time intelligence data to see food on the food situation analysis of the data to achieve granary management automation, intelligent. KEY WORDS：humiture granary detecing system desing目 录摘要IABSTRACTII目 录III第一章 引言11.1 粮仓温室度检测技术的发展现状11.2 课题的提出及研究的意义31.3 本文的设计思路及预期结果31
11、.3.1 本文的设计思路31.3.2 预期结果4第二章 粮仓温湿度监测系统设计基础知识52.1 温湿度检测技术52.1.1 湿度的相关概念52.1.2 湿度传感器的分类及特点62.1.3 温度的相关概念82.1.4温度传感器的分类及特点82.2器件及模块的选择102.2.1处理器102.2.2转换器102.2.3温度传感器112.2.4湿度传感器112.2.5测控模块122.2.6显示模块122.2.7报警模块13第三章 粮仓温室度检测系统的具体设计153.1设计结构153.2单片机在系统中的工作的原理（过程）163.3 ATC0809转换器183.4热电偶温度传感器193.4.1补偿电桥19
12、3.5湿度传感器203.6 系统附带电路及元件设计213.6.1系统时钟电路设计213.6.2按键与按钮的设计223.6.3 电源的设计223.7系统软件部分233.7.1显示设计233.7.2报警模块24第四章 系统调试及结果分析254.1 软件调试254.1.1调试方法254.1.2调试步骤254.2系统测试结果264.3系统完成26参考文献28附录29致谢32第一章 引言随着时代的进步和发展，单片机控制无疑是人们追求的目标之一。单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。温室、粮库等恒温场所对于自动化的要求也越来越高，对室内温湿度的测量和设备的控制操作
13、要用自动控制系统来完成。我国是一个人口众多的大国, 科学储粮是保障人民粮食供应, 促进社会安定的大事, 粮仓温度的监测在科学储粮中占有重要地位1。在大多数粮食存储企业, 目前仍主要靠人工检测粮仓温度。由于粮库占地面积大，粮仓分散，仓内温度测试点多，因而人工监测工作量大，效率低，检测周期长，容易漏检，而且测量器件损坏率高，测试精度难以保证2。 控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平，达到安全储藏的目的。控温储粮能保持粮食较好的品质，是目前比较先进的一种安全、经济、绿色的储粮技术，已成为当今科学储粮技术发展的新方向。低温储藏使粮食品质提高，温度对微生物的生长、繁殖也有影响，大多数菌种生长繁殖
14、的适宜温度范围是2830，温度低于15这些菌种的活动的繁殖就会受到抑制，低于12时害虫一般不能繁殖3。 当粮库温度在2035、相对湿度85%时，粮食就易发生霉变。当温度较高，空气中相对湿度较低时，霉菌也能依附在物体表面繁殖生长。分析表明，我国江南59月有利于发生霉变的频率为34%，即夏季约有三分之一的时间，其温、湿度及空气中水汽含量搭配得当，易导致库房内大部分仓储物品霉变，尤其在7、8俩月，温湿度条件有利于物品发生霉变的频率达60%以上，而在其它时段均在20%以下。储粮害虫一般最适湿度在70%75%，如果粮堆内的空气相对湿度保持在65%以内，保持与其平衡的水分，就可以抑制粮食上几乎全部微生物的
15、活动4。从储粮管理来说，湿度抑制微生物的生长比温度更有意义。1.1 粮仓温室度检测技术的发展现状随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。我国近年引进了多达16个国家和地区的仓库环境控制系统，对吸收国外先进经验、 推动仓库温度湿度自动检测产生了积极的作用，但多因能耗过大，造价高，品种未能配套，未能达到很好的效果。中国的仓库环境综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进、消化、 吸收国内外先进技术和科学管理的基础上， 进行总结提高、集成创新、超前示范，既开发适宜我国经济发展水平，又能满足不同气候条件，接近或达到世
16、界先进水平的智能化仓库监测系统。在专用品种、综合配套技术、贮运营销上，应该研制具有中国知识产权的产品和技术。 随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制仓库环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编制出仓库存放粮食最优环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各仓库的参数，并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现粮食仓库的环境调节。该种系统可以达到自动控制降温、除湿、通风。根据需要，通过键盘将信息输入中央管理室，根据情况可随时调节仓库温度。（1） 广泛
17、采用新技术、新工艺随着科技的进步，许多新技术和新工艺被应用到湿度测量领域中4。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens（Ce-mo-Sens）专利技术为高精度湿度传感器系统设置精度。其特征是将半导体芯片（CMOS）与传感器技术融合，为开发高集成度、智能化、高精度、高可靠性的湿度检测系统提供了解决方案。该项技术亦称“Sensmitter”，它代表传感器（sensor）与变送器（transmitter）的有机结合。尽管SHT11/15属于传感器范畴，但具有创新性的CMOSens技术使之兼有变送器的功能，便于实现系统集成。Honeywell公司生产的HIH3610型湿度传感器，能在高温，有化
18、学液体或气体的环境下正常工作，例如可以测量含有氨、苯、甲醛等有害气体的鸡棚或猪舍中的相对湿度。即使在饱和状态下，传感器也很容易从短期凝结中恢复过来。HIH3610芯片上有一层起保护作用的亚硝酸盐钝化层，在安装过程中不易损坏。（2） 提高测量精度和分辨力目前，国内外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能湿度传感器，SHT11/15型智能化湿度传感器系统测量相对湿度的范围是0100，分辨力达0.03RH，最高精度为2RH。测量露点的精度1。在测量湿度时A/D转换器的位数分别可达12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高测量速率，减小芯片的功耗。SHT11/15的产品互换性好，响应速度快，抗干扰能力
19、强，不需要外部元件，适配各种单片机，可广泛用于医疗设备及温度湿度调节系统中。（3） 增加测试功能新型智能湿度传感器的测试功能也在不断增强5。例如，DS1629型单线智能湿度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的存储器，可存储用户的短信息。另外，智能湿度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路湿度测控系统创造了良1.2 课题的提出及研究的意义 粮食的安全存储是关系到国计民生的战略大事，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因
20、为监测设备成本较高，管理方式不够先进。在理论研究和实地考察实验的基础上，进行了粮食仓库温度和湿度实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。温度和湿度的检测与控制对防止粮食霉变有着重要的意义，讨论粮堆温度和湿度变化的主要原因以及粮食仓库中温度和湿度的允许变化范围。探讨在线测量，计算和控制粮食仓库温度和湿度的原理和方法，基本消灭了粮食霉变事故，同时也节省了大量人力和物力，减轻了粮仓管理的工作强度，提高了粮库管理效率，使粮食管理得到了安全可靠的保障。每到粮食收获季节各粮仓的粮食收购及粮情检测工作压力巨大，如何进行粮食的现代化管理也是每一个储库点的重中之重，若管理不当，粮食发霉或生虫会造成极大浪费。粮仓
21、管理中最重要的问题是监测粮堆中的温、湿度变化。国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进，于是温湿度智能监控系统的研究与应用也日益迫切。粮食温度是能否保证粮食安全储存的重要指标之一,只有及时,准确地测得粮堆各层面的粮温数据,并根据检测的温度数据对粮食储存情况进行分析,作出决策,采取措施,最大限度的减少粮食在储存过程中的损失。正目前,粮库中的温湿度检测,基本上是人工检测,劳动强度大,繁琐,由于检测报警不及时,造成库储粮食损失的现象时有发生,于是,设计并研制性能价格比较高的粮库温湿度自动检测系统迫在眉睫。由于大型粮库分布广、储量大，粮库的管理和监测难度大，基于粮
22、库粮情检测系统上的计算机管理软件的设计，由每个粮仓中配置的下位机将粮情数据通过无线数传模块发送给上位机，上位机将下位机的数据以曲线和表格的形式表示出来，清晰直观地显示出各仓内温湿度状况，由上位机对粮仓进行监视，管理人员在控制室就可以看到实时粮情数据，对粮情数据进行分析，实现粮仓管理自动化、智能化。1.3 本文的设计思路及预期结果1.3.1 本文的设计思路充分考虑气候、环境因素对粮食的影响，并根据粮仓内粮食保持正常状态所需的温度和湿度设计出温湿度参考值预先存储于单片机中。系统的数据采集部分是将温湿度传感器置于仓库内部，测出仓内的温湿度值，经过放大、A/D转换为数字量之后送入AT89C51单片机中
23、，然后通过8位LED显示，单片机将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处理发送相应指令控制执行机构动作，接通或关闭各种执行机构的继电器，进而控制干燥机、空调和风机等设备，以此来调节仓内温湿度。如此循环不断，使温湿度值与设定值保持一致。当温湿度值超过允许的误差范围，系统将发出声光报警，如果有必要，仓管人员还可以根据实际的情况通过键盘或按钮来人工修改片内存储的预设值。通过对整个系统的核心单片机部分的设计，达到优化控制温湿度的目标。（一）系统硬件设计：单片机芯片：.通过比较，选用AT89C51单片机来构造本系统。在设计过程当中，单片机的P0口用于LED显示，P1.0-P1
24、.5控制执行机构的继电器，P1.6、P1.7为独立式键盘接口作为人工按钮，P2接温湿度传感器，P3连接蜂鸣报警器和发光二极管等。A/D转换器：A/D转换器采用8位串行控制模数转换器ATC0809。ATC0809是低价格8位逐次逼近型A/D转换器，它的特点是：可直接与微处理器相连，不需另加接口逻辑，具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入8个模拟信号。温度传感器 ：由计算机采集“电压-时间”的数据，以发挥其实时和准确的特点。另外，该器件价格比较低廉，也完全能满足粮仓内粮食监测的需要。 湿度传感器：该器件具有不需校准的完全互换性、高度可靠性、长期稳定性、快速响应和专利设计的固态聚合物结构，适用于线性电
25、压输出和频率输出两种电路，可经多路开关直接输入到A/D转换器。（二）系统模块设计：测控模块：检测各分机所在粮仓的温湿度数据显示模块：温度采用四位显示，湿度也采用四位显示，使测量结果更直观，便于管理人员做出决策。报警模块：系统采用三极管驱动的蜂鸣音报警，当温湿度严重超标或出现火情、遇盗时，系统做出声光报警，同时记录并打印事故出现的时间、仓号、控制点等情报，并能启动适当应急措施。 1.3.2 预期结果根据设计方案及思路，预测出现的设计结果，当系统完好的设计完后，连接所有的硬件设备，运行相应的软件设备放在某个采集点的温湿度传感器会感应测出相应的模拟温湿度值，经过放大器的放大再经过A/D转化器，转换成
26、成单片机可以识别的数字信号，信号经编译连接传到个软件测试模块就可以看到相应的结果。软硬件连接完好，电路完善的情况下，肉眼能看到的是经过一系列的软硬件编译过的在LED数码管上显示的数字，在预先假定好的温度范围内看出数字的变化，当温湿度数码管显示的温湿度值超过了预定的值时系统发出报警提示，当温湿度值没有超过预定的温湿度范围，测系统接收下一次的温湿度采集值。第二章 粮仓温湿度监测系统设计基础知识2.1 温湿度检测技术温湿度检测技术：温湿度监测系统，用于特定环境（或设备）温度、湿度、信息的采集和显示，并通过网络将采集信息实时传送到系统数据库；系统能够自动监测异常数据，并实时发送报警信息；应用场景：*
27、实验室环境监测* 粮仓温室度检测* 设备（冰箱、冰柜、培养箱、烘烤箱等）温度监测* 样品存储环境2.1.1 湿度的相关概念湿度概念：在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所指的湿度为相对湿度，rh表示。总言之，即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)。湿度测量的历史： 湿度和温度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。湿度计测的历史可以追溯到中国的天秤型(公元前179年)为最早的湿度计测。(温度计测可追溯到记载的希腊时代的温度计。) 绝对湿度（Absolute humidity） 单位体积（1m3）的气体中含有水蒸气的质量（g）。表示D=g/m3但
28、是,即使水蒸气量相同,由于温度和压力的变化气体体积也要发生变化,即绝对湿度D发生变化。D为容积基准。相对湿度（Relative humidity） 气体中的水蒸气压（e）与其气体的饱和水蒸气压（s）的比，用百分比表示。表示rh=e/es100%。但是,温度和压力的变化导致饱和水蒸气压的变化,rh也将随之而变化。通常在工作和生活中我们使用的湿度即为相对湿度。饱和水蒸气压（Saturation Vapor Pressure） 气体中所含水蒸气的量是有限度的,达到限度的状态即可称之为饱和,此时的水蒸气压即称为饱和水蒸气压。此物理量亦随着温度,压力的变 化而变化,并且,0以下即使同一湿度,与水共存的饱
29、和水蒸气压（esw）和与冰共存的饱和水蒸气压（esi）的值不同,通常所采用的是与水 共存的饱和水蒸气压（esw）。各温度对应的饱和水蒸气压表JIS-Z-8806在卷末记载。 露点（Dew Point） 温度较高的气体其所含水蒸气也较多,将此气冷却后,其所含水蒸气的量即使不发生变化,相对湿度增加,当达到一定温度时相对rh达到100%饱和,此时,继续进行冷却的话,其中一部分的水蒸气将凝聚成露。此时的温度即为露点温度（Dew Point Temperature）。露点在0以下结冰时即为霜点（Frost Point）。 2.1.2 湿度传感器的分类及特点1、 湿度传感器的分类湿度传感器分为电阻式和电容
30、式两种，产品的基本形式都是在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 2、 湿度传感器的特性：国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿(1) 精度和长期稳定性湿度传感器的精度应达到2%5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到2%3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（2010）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度
31、传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在2%左右，甚至更高。(2) 湿度传感器的温度系数 湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.20.8%RH/范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感
32、器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40以上正常工作。 (3) 湿度传感器的供电 金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。 (4) 互换性 目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。(5) 湿度校正 校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度
33、计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。3、对湿度传感器性能作初步判断的几种方法 在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。 (1) 一致性判定同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低3种湿度和温度情况，可以较全面地观察产品的一致性和稳定性，包括温度补偿特性。
34、(2) 用湿毛巾或利用其它加湿手段对传感器加湿，观察其结露状态下的特性、灵敏度、重复性、升湿脱湿性能，以及分辨率，产品的最高量程等。(3) 对产品在高温状态和低温状态（根据说明书标准）进行测试，并恢复到正常状态下检测和实验前的记录作比较，考查产品的温度适应性，并观察产品的一致性情况。 产品的性能最终要依据质检部门正规完备的检测手段。利用饱和盐溶液作标定，也可使用名牌产品作比对检测，产品还应进行长期使用过程中的长期标定才能较全面地判断湿度传感器的质量。 总之，人们使用湿度传感器的时间越长，认识就会越深入和全面。同时，也对产品提出新的要求，这给产品带来了新的机遇，推动这项技术不断向新的高度发展。我
35、们相信，湿度传感器产品会在应用领域发挥越来越重要的作用。2.1.3 温度的相关概念湿度概念 ：相对湿度（%RH）：给定的湿空气中，水汽分压与同一温度（T）和压力（P）下纯水表面的饱和水汽压之比，用百分数表示。 露点温度（Dp） ：给定的湿空气在水汽压不变的情况下，当温度下降达到某一温度时，湿空气的水汽压达到该温度下的饱和水汽压，饱和水汽开始结露，该温度称之为露点温度；当相对湿度为100%RH时，周围环境的温度等于露点温度。露点温度越低，湿空气就越为干燥，结露的可能性就小。 霜点温度（Tp）：当空气的温度低于0时，水汽在平面上凝结成霜，因此，称之为霜点。在0以下，霜点总是比露点高一点。 绝对湿度
36、（Dv）：又称为水汽浓度或者水汽密度。定义为湿空气中的水汽质量与湿空气的总体积之比。单位为 水汽含量（Q）：也称之为比湿，指湿空气中的水汽质量与湿空气的总质量之比。 混合比（R） ：指湿空气中所含的水汽质量与和它共存的干空气质量的比值，单位为g/kg。 混合比的另一种表示方法为，是以“百万分之一为计算单位表示的水汽与其共存的干空气的质量之比值，在数值上。 水汽分压（E）：湿空气中水汽所占的压力。饱和水汽压（Ew）：在特定温度下，水汽达到饱和时的最大压力。焓（H）：是指湿空气从一特定的温度和湿度变状态变化到另一种状态所需要的能量，通常给出的是0和0%RH的干燥气体达到特定的温度和湿度状态时所需的
37、能量。在标准压力和温度下，湿空气中水汽所占有的体积与其总体积之比，该值与压力和温度无关。 湿球温度（Tw）：通风干湿表中，由于蒸发潜热，湿球的温度就会比环境温度低，由此换算需相对湿度。 平衡相对湿度（ERH）： 是指吸湿物质与周围环境水汽交换达到平衡时的相对湿度。2.1.4 温度传感器的分类及特点温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质
38、的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在540微伏之间。热电偶传
39、感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和
40、数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发
41、展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6300K范围内的温度。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温
42、度计）。 非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700以下直至常温都已采用，且分辨率很高。2.2器件及模块的选择2.2.1处理器采用ATMEL的AT89C51微处理器，是基于以下几个因素：（1）89C51为51内核，仿真调试软硬件资源丰富；（2）性价比高，货源充足；（3）DIP封装，体积小，便于产品小型化；（4）为程序存储介质，1000次以上擦/写周期，便于程序调试；（5）具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式，便于进行低功耗设计；（6）工作电压范
43、围宽：2.76V，便于交直流供电。2.2.2转换器本文采用的转换器是：ATC0809转换器。ADC0 8 0 9是一种 8路模拟输入逐次比较型 A/D转换器 ,由于价格适中 ,与单片机的接口、软件操作均比较简单 ,目前在 8位单片机系统中有着广泛的使用。ADC0 80 9由 8路模拟开头、地址锁存与译码器、8位 A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成。其主要性能指标有：1、分辨率分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用转换器输出数字量的位数来表示。n位转换器，其数字量变化范围为02n-1，当输入电压满该度为XV时，则转换电路对输入模拟电压的分辨能力为X/2n-1。如果是8位的转换器，5
44、V满量程输入电压时，则分辨率为5/28-1=1.22mV。2、精度精度通常有最小有效位的LSB的分数值表示。目前常用的A/D转换集成芯片精度为1/42LSB。3、转换时间4、温度系数和增益系数5、对电源电压变化的抑制比2.2.3温度传感器本文温度传感器采用了接触式热电偶温度传感器，根据前文基础知可以知道接触式热电偶温度传感器具有如下特点：虽然它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，不适合测量微小的温度变化，但是，由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件
45、有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。非接触式传感器其测温范围比较大，粮仓测温不需要这种值度，所以不宜采用，采用接触式热电偶传感器在粮仓中测温最适宜。计算方法有：温度测量是建立在热平衡定律的基础上的，根据温度的不同，可将温度测量的方法分为接触式和非接触式两类。由于非接触式测温方法是基于物理的热辐射能随温度变化的原理，用在本系统中不合理，故本系统中我将采用接触式测温计，其中接触式测温计热电偶测温计和热电阻测温计，由于热电偶的更适合本系统的应用且课本检测技术及仪表中关于这方面的知识比较熟悉，所以综上所述，温度传感器里将用热电偶温度计。热电偶温度计的可用冷端温度补偿方法：（1）0恒温法 （2）计
46、算修正法；设计计算公式：Eab（t，to）= Eab（t ，th）+ Eab（th，to） （2-1）式（3）补偿电桥法，本文主要采用补偿电桥法测温。2.2.4湿度传感器采用集成湿度传感器HS15传感器，基于以下特点选择：(1) 精度和长期稳定性：湿度传感器的精度应达到2%5%RH(2) 湿度传感器的温度系数 ：湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.20.8%RH/范围内(3) 湿度传感器的供电：金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。(4) 湿度校正：一般情况，
47、（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。(5) 互换性：目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。2.2.5测控模块测控模块是检测各分机所在粮仓的温湿度数据，其中可由两个电路组成分为2个电路的设计。1. RC复位电路按有效电平分，有高电平输出、低电平输出两种；按功能分，有简单的电源监视复位电路、带“看门狗”定时器（WATCH DOG Timer,WAT）的监控电路等多种类型。图2-1 复位电路2.P监控电路本系统采用的是RC复位方式。RC复位电路的实质是一阶充放电电路。该电路提供有效的复位信号RST（高电平）直至系统电源稳定后撤消复位信号（低电平）。2.2.6显示模块本系统显示采用8位LED共阳极数码管，其中四位用于显示温度数，四位用于显示湿度数，其目的是为了简化显示电路的设计和实现亮度可调的要求，该显示电路采用了与一般的电阻限流方式不同的实现方式，由此减少了4*8=32个限流电阻，简化了硬件系统。部分内部图如下：图2-2 8个晶体管的连接示意