秸秆堆垛多点温湿度远程测量报警装置

摘要

本发明公开了一种秸秆堆垛多点温湿度远程测量报警装置，它包括终端单片机模块、无线发送模块、无线接收模块、计算机和若干个测量单元；其中，若干个测量单元分别与终端单片机模块相连，终端单片机模块通过无线发送模块与无线接收模块与计算机通信；每个测量单元由温湿度传感器和单片机模块相连组成；本发明具有体积小，搭建简单，成本低廉，传输距离远，测量更科学等优点。

说明书

技术领域

本专利涉及一种仓储货物实时测控装置，尤其涉及一种多点温湿度实时远程测量报警装置。

背景技术

《现代电子技术》杂志2005年第22期文章《基于nRF24E1的多点无线温湿度测量系统》介绍了一种多点温湿度测量系统的设计思想和实现过程。该方案的系统结构简单，可靠性高，数据传输速度快，功能易扩展，适用于多种应用领域温湿度的无线监测。但传感器与单片机间通过RS232通信协议通信，传输距离仅有15米，不能满足秸秆大面积堆放场地的需求。目前市面上销售的传感器变送器采用RS485通讯协议，通讯距离达1000米，但每个测量点需配一台，变送器体积大，价格昂贵，安装不便，对堆垛现场环境要求高。

中国专利CN101158604公开了一种温湿度测量装置，包括有温湿度测量部分（IIC传感器）、数据采集和处理部分、温湿度显示部分，该测量装置拥有响应速度快，测量精度高，可适用于高温低湿测量环境等特点。可应用于粮食、棉花、服装厂、丝织厂、化纤生产等需要测量控制温湿度的各种场合。但目前市面上的IIC协议传感器均不支持编址功能，因此，该方案并没解决多点实时监测问题；其各单元间的数据传输直接由TTL电平完成，故无法进行较远距离数据传输。

发明内容

本发明的目的在于满足多点温湿度测量、数据远距离传输的要求，为秸秆发电站提供一种秸秆堆垛多点温湿度远程测量报警装置，本发明成本低、功耗低。

本发明的目的是通过如下方案来达到的：一种秸秆堆垛多点温湿度远程测量报警装置，它包括终端单片机模块、无线发送模块、无线接收模块、计算机和若干个测量单元；其中，若干个测量单元分别与终端单片机模块相连，终端单片机模块通过无线发送模块与无线接收模块与计算机通信；每个测量单元由温湿度传感器和单片机模块相连组成。

进一步地，所述测量单元的个数为8个，具体设置位置如下：秸秆堆垛中心设置第一测量单元，堆垛外缘设置第三测量单元，第一测量单元和第三测量单元的中点处设置第二测量单元，第一测量单元和第二测量单元的中点处设置第四测量单元, 第二测量单元和第三测量单元的中点处设置第五测量单元, 第一测量单元和第四测量单元的中点处设置第六测量单元, 第二测量单元和第四测量单元的中点处设置第七测量单元，第一测量单元和第六测量单元的中点处设置第八测量单元。

本发明的有益效果是：1、体积小。测量单元及终端单片机模块，均为10×4mm控制电路，便于安装。2、搭建简单、成本低廉。本发明所采用的结构简洁，所用元件均为基本元器件，将各部分连线接好即可完成系统现场搭建。3、传输距离远。测量单元采用RS485信号通讯，传输距离可达1200m，无线模块传输距离可达800m，能满足大面积堆放的仓储货物测量系统的需要。

附图说明

图1是本发明的总体结构框图；

图2是立方形秸秆堆垛的温度仿真结果图；

图3是立方形秸秆堆垛的温度由内至外仿真分布图；

图4是秸秆堆垛中设置的测量点分布图，图中，                                                为测量点；

图5是单个测量单元单片机程序流程图；

图6是终端单片机程序流程图；

图7是测量单元中的单片机模块及终端单片机模块电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明秸秆堆垛多点温湿度远程测量报警装置包括终端单片机模块、无线发送模块、无线接收模块、计算机和若干个测量单元。其中，若干个测量单元分别与终端单片机模块相连，终端单片机模块通过无线发送模块与无线接收模块与计算机通信。

每个测量单元由温湿度传感器和单片机模块相连组成。温湿度传感器与单片机通过IIC协议通讯，各测量单元的单片机模块每隔一段时间发送一次测量请求信号，通过与其相连的温湿度传感器获得该点温湿度值并存储。各测量单元的单片机模块通过MAX485芯片将通讯转换为RS485信号，一同连到终端单片机模块上，以实现远距离通信。各测量点单片机模块各自有一个独一无二的地址值，终端单片机模块每隔一段时间向各测量单元的单片机模块轮流发送一次请求信号，按照各测量单元的单片机模块的地址分类存储各点的温湿度信息。终端单片机模块控制获取各测量单元的单片机模块传来的测量数据，然后关闭RS485信道，打开无线通讯通道，并将各点的地址信息及对应的温湿度数值信息通过无线传输方式传给上位计算机。上位计算机进行处理后，通过人机界面方便工作人员实时监测。

对立方形堆垛进行传热学仿真，得到图2所示结果：图2表示堆垛的四分之一，其左下角即为堆垛的中心，可看成为一热源。仿真得出立方体形堆垛中温度的分布情况，如图3所示：中心的温度变化率最大，且越往外越小，故靠近堆垛中心的位置需要设置更多的测量单元才能准确绘制其温度分布曲线；而堆垛外围，温度变化较小，曲线平滑，故不需要设置多个测量点。

综上所述，设计了图4所示的测量点分布方式：堆垛中心设置第一测量单元，堆垛外缘设置第三测量单元，第一测量单元和第三测量单元的中点处设置第二测量单元，第一测量单元和第二测量单元的中点处设置第四测量单元, 第二测量单元和第三测量单元的中点处设置第五测量单元, 第一测量单元和第四测量单元的中点处设置第六测量单元, 第二测量单元和第四测量单元的中点处设置第七测量单元, 第一测量单元和第六测量单元的中点处设置第八测量单元。经实验证实，按照如上所述的测量单元布置方式能够科学准确地测出秸秆堆垛内部温度的分布曲线。

图5为各测量单元中的单片机程序流程图。单片机等待计时器中断，到特定时刻时，开启与温湿度传感器的通信，获取测量信息，之后等待终端单片机信号中断，终端单片机发来信号后，将所测数据发给终端单片机。

图6为终端单片机程序流程图。单片机等待计时器中断，到特定时刻时，向各测量单元单片机轮流发出信号，然后接收各单片机发来的测量数据，并依次存储，之后打开无线发送模块，将数据通过无线发送模块依次发送出去。

图7所示电路图，既可用作终端单片机模块电路，亦可用作单个测量单元中单片机模块电路。用作前者时，接线端子P3端口与无线发送模块相连，接线端子P2端口悬空不用；用作后者时，接线端子P2端与温湿度传感器相连，接线端子P3端口悬空不用。接线端子P1端口为RS485通讯及供电端口，各测量单元的单片机与终端单片机连接所用。

如图7所示，稳压芯片VR1的输入端（Vin）接接线端子P1的2脚，以及电容C4、电容C6的一端，输出端（Vout）接内部电源Vcc，以及电容C4、电容C5的一端，电容C4、电容C5、电容C6、电容C7的另一端均与地相连，起到滤波作用。485信号转换芯片U2，1脚接单片机PD0脚，4脚接单片机PD1脚，控制端口2、3脚分别接单片机的PB7、PB6脚，485信号输出脚6、7脚，接于接线端子P1的3、4脚，中间接平衡电阻R1，8脚接内部电源Vcc，实现RS232信号到RS485信号的转换。电阻R2、电阻R3、开关S1、电容C8构成单片机复位模块，电阻R2一端接电源Vcc，另一端接单片机的RESET脚，控制单片机复位时间，电阻R3一端接开关S1，另一端接地，实现限流功能，开关S1一端接单片机RESET脚，另一端接电阻R3，用于复位，电容C8一端接单片机RESET脚，另一端接地，通过电容的充放电实现单片机的复位。晶振Y1、电容C1、电容C2构成单片机晶体振荡模块，电容C1一端接单片机的XTAL2脚，另一端接地，电容C2一端接单片机的XTAL1脚，另一端接地，电容C1、电容C2帮助晶振Y1起振。晶振Y1接于单片机的XTAL1脚与XTAL2脚之间，为单片机提供振荡时钟信号。接线端子P2为传感器通讯端口，1脚接电源Vcc，4脚接地，2、3脚分别接单片机的TWI端口：PC0、PC1，并分别与上拉电阻R4、上拉电阻R5连接，电阻R4、电阻R5另一端与电源Vcc连接。接线端子P3为无线模块连接端口，1脚接地，2脚接电源Vcc，控制端口3脚接单片机的PB5脚，通信端口4、5脚分别接单片机的PD1、PD0脚。单片机的GND脚接地。单片机的VCC、AVCC脚接内部电源Vcc。单片机的AREF脚接电容C3，电容C3另一端接地，实现滤波。