于基arm粮食仓储立项建设环境监测系统的设计-学位论文.doc

毕业设计（论文）材料 神山口大学本科毕业设计（论文）专 业： 题 目： 基于ARM的粮食仓储环 境监测系统的设计 神山口大学本科毕业设计（论文）任务书 届 学院 专业学生姓名： * 毕业设计（论文）题目中文：基于ARM的粮食仓储环境监测系统的设计 英文：Design of Monitoring System Based on ARM of Grain Storage Environment 原始资料1 周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例M.北京:北京航天大学出版社,20052 周立功等编.ARM微控制器基础与实战M.北京:北京航空航天大学出版社,20033 杨松山.粮情测控系统现状及其发展探析J.粮食流通技术,2003,6:10-124 张晓东等.基于ARM的粮食仓储监测系统J.微计算机信息,2010,26:67-69 毕业设计（论文）任务内容1.课题研究的意义： 近年来，随着计算机和电子技术的发展，在粮食仓储中如何改善储藏条件、保证粮食品质、减轻劳动强度等已成为粮食仓储行业的新课题。本设计主要是利用高性能、低功耗的ARM处理器进行粮食仓库的实时监测。本课题要求学生以嵌入式微处理器为基础，主要包括温湿度采集模块、气体信号模块、主控模块和显示模块的软硬件设计。2.本课题研究的主要内容有：（1）以ARM为核心的主控制模块的设计；（2）温湿度、气体信号的采集模块的设计；（3）各信号显示模块的设计。3.课题完成形式：（1）毕业设计（论文）正文；（2）系统硬件电路原理图；（3）信号采集部分和显示部分的源程序；（4）至少一篇引用的外文文献及其译文；（5）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。 指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期 接受任务书日期 完 成 日 期 接受任务书学生（签字）神山口大学毕业设计（论文）基于ARM的粮食仓储环境监测系统的设计摘 要 粮食在存储的过程中容易发生霉变，其主要原因与仓储环境的温度、湿度、室内相关气体的浓度有关。传统的仓库管理模式，缺乏自动监测设备，需要值班人员定期用测量仪器去多个区域进行人工测量。这样的粗放型的管理粮仓模式往往不能及时的反映仓储环境的状况，从而不能及时的进行调节，导致粮食品质的下降。在这种状况下，就需要一套先进的粮食仓储环境监测系统，来避免因储粮不善造成的巨大损失，进一步提供完善配套的粮食存储技术与装备信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。本文主要的工作是基于ARM控制器、传感器、LCD显示器、报警电路等来设计一种自动监测、报警装置来切实提高储粮的水平。本设计的最大的优点在于其自动性、准确性、高效性。它取决于本设计的设计思路以及其所采用的一些相关的元器件。与传统的人工去粮仓不定期测量、记录相比，本设计更加方便，它采用了现代传感器技术，通过一些先进的传感器如SHT11去自动的测量粮仓各个地方的温湿度情况。此外我们可以在本设计之中提前确定相关被控参数的设定值，利用ARM控制器的端口来控制蜂鸣器，来提醒我们环境的相关情况。此外在本设计中通过LCD显示器来显示各个参数的值，它比传统的LED显示更加直观、准确。本文的控制部分主要用的是ARM部分，它与传统的51单片机相比功能更加的强大，如芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大、支持在线编程烧写ISP、每个IO口都可以以推挽驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强，内部资源丰富，一般都集成A/D、D/A模数转换器、PWM、SPI、USART、I2C、I2S等接口，以及拥有丰富的中断源等。这些因素使得ARM与51单片机相比更加的高性能，低功耗。利用ARM来设计的自动监测系统的高效、方便、准确的特点决定了它将更加广泛的应用于工业控制各个领域，同时现在基于ARM，LINUX的嵌入式系统在控制、通信领域应用的更加广泛。关键词：ARM；温湿度；气体浓度 ；LCD显示；报警 Design of Monitoring System Based on ARM of Grain Storage Environment Abstract Prone to mildew grain in storage process, the main reason relate to the storage environment temperature, humidity and indoor gas concentrations. Traditional warehouse management mode,which is lack of automatic monitoring equipment, need on staff on duty using the measuring instrument to multiple areas to manual measurement regularly.The granary of the extensive management mode can not be timely response storage environment conditions,so it cannot be adjusted timely, resulting in a decline in food quality. Under this condition, we need a set of advanced food storage environment monitoring system to avoid heavy losses caused by the improper storage, so further perfect the grain storage technology and equipment of form a complete set informationization is the worlds economic and social development trend. In this paper, the main work is to design an automatic monitoring and alarm system based on ARM controller, sensor, LCD monitor, alarm circuit and so on to enhance the level of grain storage. The biggest advantage of this design lies in its automaticity, accuracy, and efficiency. It depends on the design concept of the design and the use of some related components. Compared to the traditional artificial granary not regularly measure, record, this design is more convenient, which adopted the modern sensor technology, automatically by some advanced sensor like SHT11 to measure the granary temperature and humidity conditions in every region of the storage environment. In addition, we can in advance set those related parameters to the set value in this design , use ARM controller ports to control buzzer to remind us of the environment. In addition , display for each parameter value through the LCD in this design is more intuitive, accurate than the traditional LED display . ARM is used for the control part in this paper, it function more powerful when compared with the traditional 51 MCU , such as the capacity of chip like Flsah, EEPROM, SRAM inside is bigger, support online programming burning ISP, each IO port can output high and low level in the form of push-pull driving, driving ability is strong, internal resource is rich, general integration A/D, D/A converter, PWM, SPI and USART, I2C, I2S interface, and has rich interrupt source. These factors make the ARM act more high performance, low power consumption while compared with 51 MCU . ARM is used to design the automatic monitoring system of high efficiency, convenient and accurate. This characteristics determines it will be more widely used in every field work control. At the same time now embedded system based on ARM and LINUX application more widely in the field of control, communication.Keywords: ARM; temperature and humidity; gas concentration; LCDdisplay; alarm 目 录 引 言.1第1章 绪论.21.1 研究意义及国内外发展概况.21.2 课题研究和解决的主要问题.21.3 课题总体方案设计与论证.3第2章 系统硬件设计.52.1 ARM最小系统模块.5 2.1.1 ARM处理器概述.5 2.1.2 时钟震荡电路.8 2.1.3 复位电路.9 2.1.4 3.3V供电电路.9 2.1.5 JTAG接口电路.102.2 温湿度测量模块.10 2.2.1 温湿度传感器SHT11.10 2.2.2 SHT11工作过程.112.3 气体浓度采集处理模块.12 2.3.1 气体传感器MC113.13 2.3.2 信号放大电路.13 2.3.3 信号滤波电路.142.4 显示电路模块.152.5 报警电路模块.182.6 电源电路模块.18第3章 系统软件设计.193.1 主程序设计.193.2 温湿度测量程序设计.193.3 气体浓度测量程序设计.213.4 显示程序设计.223.5 报警程序设计.22结论与展望.24致谢.25参考文献.26附录A 系统硬件电路图.27附录B 系统总程序.29附录C 英文文献及译文.48附录D 主要参考文献摘要.54III 插图清单 图1-1 系统总体工作框图.4 图2-1 ARM芯片内部连接图.6图2-2 STM32F107芯片引脚图.8图2-3 系统时钟电路.9 图2-4 按键复位电路.9 图2-5 3.3V电压转换电路.10图2-6 JTAG接口电路.10图2-7 SHT11传感器电路.11 图2-8 MC113传感器测量电路.13 图2-9 AD623信号放大电路.14 图2-10 信号滤波电路.14图2-11 TFT-LCD电路连接图.15 图2-12 发光二极管监测电路图.18 图2-13 报警电路.18 图2-14 2.5V电压转换电路.18 图3-1 主程序流程图.19 图3-2 温湿度传感器工作流图.20 图3-3 气体浓度测量流程图.21 图3-4 LCD显示程序流程图.22 图3-5 报警程序流程图.23 表格清单表2-1 启动选项.7表2-2 ILI9320常用命令表.17V 引 言民以食为天，自古以来粮食问题就是人们最为关注的问题，它体现了人们的生活质量状态，同时也是国家富强发展的基础。进入21世纪以来，全球人口的不断增长与有效耕地面积逐年减少成为难以逆转的矛盾，粮食安全问题显得尤为突出。由于粮食等农业产品的生产受自然条件的影响很大，产品收割时间比较集中，消费却是一年四季连续不断的，因此无论农民自用，还是出售给国家的商品粮，都必须存放在符合储粮要求的仓库(或容器)里。保障储粮安全，才能满足国家经济建设和人民生活的需要。经过五十多年的粮仓建设与发展，我国粮库的布局、规模、仓储工艺、设施配备、仓型设计、新材料应用和建筑施工等都发生了根本变化，而且仓储管理与技术管理等也得到了极大的提高。粮食的有效存储与温湿度等因素息息相关。目前我国很多广大的农村农民还采用传统储粮模式，这种方式在粮食存储的过程中容易发生霉变，其主要原因与仓储环境的温度、湿度，气体浓度以及传统的仓库管理模式，缺乏自动监测设备等因素有关。传统储粮方式需要值班人员定期用测量仪器去某个区域进行人工测量，这样的粗放型的管理粮仓模式往往不能及时的反映仓储环境的状况，从而不能及时的进行调节，导致粮食品质的下降。在这种状况下，就需要一套先进的粮食仓储环境监测系统，来避免因储粮不善造成巨大的损失，进一步提供完善配套的粮食存储技术与装备信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。信息技术已经广泛应用在传统的粮食仓储环境监测系统之上，所以应当寻求新的理论和技术来改进传统监测手段，来设计并实现更完善的监测系统。本次是基于ARM平台进行粮食仓储环境监测系统的设计，该系统主要由温湿度、可燃气体浓度等数据采集处理模块、ARM中心控制处理模块、复位模块、报警模块、LCD显示模块这五部分组成，五部分协同工作，从而最终实现对粮食仓储环境的监测。该系统将信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术及信息处理技术等相互融合，将粮食仓储环境中多种参数监测和ARM控制器控制理论相结合，提出一种切实可行的粮仓环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和处理，满足了对农作物存储状态实行全面、实时、长期监测的要求。 第1章 绪论1.1 研究意义及国内外发展概况 粮食的有效存储与温湿度、气体浓度等因素息息相关。目前我国很多广大的农村农民还采用传统储粮模式，这种方式在粮食存储的过程中容易发生霉变，其主要原因与仓储环境的温度、湿度，气体浓度以及传统的仓库管理模式，缺乏自动监测设备等因素有关，传统储粮方式需要值班人员定期用测量仪器去某个区域进行人工测量，这样的粗放型的管理粮仓模式往往不能及时的反映仓储环境的状况，从而不能及时的进行调节，导致粮食品质的下降。在这种状况下，就需要一套先进的粮食仓储环境监测系统，来避免因储粮不善造成巨大的损失，进一步提供完善配套的粮食存储技术与装备信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。目前国内生产的粮仓环境监测系统品种繁多，系统结构各异。在粮仓内外温湿度监测、粮食内部温湿度监测及分析、通风机械的控制等方面比之前有了不少的进步，但仍有进步空间。现场检测电路和上位机的通讯大多采用RS-485，但整个系统抗干扰能差，实时性和纠错能力不强，增加了节点困难。当某一通信节点出现故障时还会影响整个系统。 国外的粮情监测系统相对比较先进，主要体现在以下三个方面： 1）.无论是传感器的测量精度、反应速度、稳定性、功能多样性还是使用环境方面国外的传感器都比较先进。 2）.构成系统整体的测控技术和管理无论是硬件还是软件都已普遍采用相应的标准模块集成，并且早已实现组态。 3）.系统结构已经普遍采用网络连接的现场总线技术(FCS)，在有些需要的场合则连接到Internet上实现远程控制、远程诊断。从系统控制的角度来看属于纯滞后控制，而这一技术已经相当成熟。目前研制高精度高性能的温湿度、气体浓度监测系统是主流，提高可靠性、灵活性和降低成本也是其考虑的重点，并且系统在报警、记录、控制、通信等方面的自动化和智能化也将逐步完善。 目前国内的粮食仓储环境监测系统大多采用有线布网、人工测量，导致现场安装困难，工作效率偏低，测量精度差，这大大增加了电气工程施工的费用。因此，为了保证粮食等农作物的长期稳定的存储，开发和研制无线传感器网络环境监测系统必然是未来的发展趋势。无线传感器网络技术是现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科的综合。无线传感器网络是将无线通信技术、传感器技术和网络技术相结合构成的能够根据环境自主完成指定任务的智能自治测控网络系统。因其具有随机布设、自组织、环境适中等特点，非常适合应用于布线、电源供给困难的区域、人员不易到达的区域，已广泛应用于国防军事、工农业生产、环境科学、交通管理、灾害监测等领域。1.2 课题研究和解决的主要问题 本课题设计主要是实现对温度，湿度，可燃性气体的浓度进行多点同时测量并准确显示。整个系统由ARM模块来控制，由温度传感器，湿度传感器，气体