仓库监控系统设计

黑龙江财经学院毕业论文（设计） 毕业论文（设计） 论文题目 仓库监控系统设计指导教师 张鹏学生姓名 姜治宁二O一四 年 四 月 仓库监控系统的设计摘 要防潮，防腐蚀，防盗窃等这些仓库日常工作是仓库管理的重要指标和重要组成部分。它们直接影响贮藏物品的寿命，数量和质量。所以湿度和温度的测量是保证仓库内物品能够正常使用的重要因素。然而，传统的方法是使用湿度计，干湿球湿度计，双金属条带湿度测量仪等检测设备，通过人工测量，如果温度和湿度不符合仓库的正常数值，就要进行通风，干燥和降低温度，但这个方法费时费力，而且效率还不高，并且在湿度和温度的测量中误差较大而且人工的费用是相当大的。因此，我们需要一种简单、方便和精确的测量方法。本文拟设计一个仓库温湿度检测系统，用于全天候监测仓库温湿度变化。本文首先对仓库的理论温湿度进行研究讨论。检测仓库的温度和湿度需要在线测量根据检测的原则和要领，从而确定一个合理的温度和湿度的监测方案。关键词：管理;仓库;温度和湿度Warehouse monitoring system designAbstractThis paper intends to design a warehouse temperature and humidity detection system for real-time online monitoring of warehouse temperature and humidity changes . Firstly, the theoretical temperature and humidity monitoring the warehouse for discussion. Detection warehouse temperature and humidity measurements need to be online according to the principles and essentials detection monitoring program to determine a reasonable temperature and humidity.Moisture-proof , anti-corrosion , anti- theft , etc. These are important indicators of the daily work of the warehouse and an important part of warehouse management. They directly affect the quantity and quality of storage life . Therefore, measurement of humidity and temperature is an important factor to ensure the normal use of the warehouse of the article . However , the traditional method is to use a hygrometer, hair hygrometer, bimetal strip humidity measuring instrument, such as testing equipment, through artificial measurement, if the temperature and humidity values do not meet the normal warehouse , we should be ventilated to reduce the drying and lower temperatures However, this method is time-consuming , and efficiency is not high , and the error is large and the cost of labor in the measurement of humidity and temperature is quite large. Therefore, we need a simple, convenient and accurate method of measurement.Keywords : management ; warehouse ; temperature and humidity26目 录摘 要iAbstractii绪 论11 系统总体设计31.1 选题背景31.2 设计过程及工艺要求32 硬件设计52.1 信号采集52.1.1 温度传感器52. 1. 2 湿度传感器82.1.3 多路开关112.2 信号分析与处理122.2.1 A/D 转换122.2.2 单片机8031142. 2. 3 数据存储器的掉电保护152. 2. 4 系统时钟的设计152.3 显示与报警的设计152. 3. 1 显示电路152. 3. 2 报警电路163 软件设计173.1 主程序流程图183.2 T0中断流程图193.3 温度采样子程序流程图203.4 报警子程序流程图21结 论22参考文献23致 谢24附 录25绪 论对于药品，服装，食品等物品的仓库温度和湿度监测应用是非常广泛的。在现实生活中由于很多仓库的出现，因此仓库监控系统越来越受到人们的关注。如果我们解决了仓库中所存储的物品的质量问题，就可以预防重大经济损失。根据目前的情况，我们设计了一套功能齐全的监控系统，该系统功能强大，操作方便，易于使用和工作人员的操作，该系统可用于公司的建设并为公司带来极大的便利。而在其中温度和湿度是他们重要的衡量目标，湿度与温度的改变直接影响到物品的状态，当湿度温度超出了物品的承受范围，就会发生一些物理或者是化学变化，严重影响物品的质量，所以我们要严格控制温度与湿度的变化。如果用人力去改变温度和湿度将会是巨大的工作量，同时这部分的资金也是比较巨大的，人力虽然可以对其温度和湿度进行监测，但是会非常耗时，这时一款简单，易于操作的可以监测温湿度的设计，会给人们省去大部分的时间，同时也可以随时查看温湿度的变化，当温湿度超出正常的范围，操作人员会第一时间发现问题，并对其解决，避免不必要的损失，也避免了因为人为的误操作，产生误报，以及人为的测量会产生一些误差，这都将会浪费大量的时间。系统包括传感器，数字模拟转换器，微控制器， LED显示器，报警电路。本文介绍了利用8031来保存产品温湿度的检测要领。该系统是基于程序温湿度监测单片机系统，链接到51微控制器内核进行测量。以8031作为监控系统的核心设备可以自动收集温度保持处理，缓冲，转换，并进行报警。安全方便，性能可靠。1 系统总体设计该设计是基于单片机的灵敏度高，易于操作等特点进行的设计。另外，温度和湿度传感器，可产生模拟信号，再通过具有A/D转换性能的模数转换芯片，转化为便于计算机处理的数字信号，该设计以8031为核心的仓库监控系统，其中包括A/D转换器，单片机，复位电路，温度测试，湿度测试，键盘扫描性能，报警电路，系统软件和其他部分设计。如图1-1所示图1-1系统总框图1.1 选题背景防潮，防腐蚀，防盗窃等这些仓库日常工作是仓库管理的重要指标和重要组成部分。它们直接影响贮藏物品的寿命，数量和质量。所以湿度和温度的测量是保证仓库内物品能够正常使用的一个重要因素。然而，传统的方法是使用湿度计，毛发湿度计，双金属条带湿度测量仪等检测设备，通过人工测量，如果温度和湿度不符合仓库的正常数值，就要进行通风，干燥和降低温度，但这个方法费时费力，而且效率还不高，并且在湿度和温度的测量中误差较大而且人工的费用是相当大的。因此，我们需要一种简单、方便和精确的测量方法。1.2 设计过程及工艺要求一、基本功能检测温度、湿度11。显示温度、湿度11。过限报警11。二、主要技术参数温度检测范围 -30-+5011。测量精度：111。湿度检测范围：10%-100%RH11。检测精度：1%RH11。显示方式：温度：三位显示 湿度：三位显示11。报警方式：三极管驱动的蜂鸣音报警11。2 硬件设计以单片机作为监控系统的核心，该系统必须具有计算机捕捉重要信息，测量信息和输入通道的功能。对于测量系统，如何获得准确的信号是非常重要的;而对于监控系统而言，目标状态也就是测试对象的状态，并进行监测反馈也是十分重要的。 传感器来实现所述的第一环节，是系统的重要组成部分，以捕获和转换信号并且配合其他器件来完成整个系统的运作，传感器来检测转换的数据，从而使设备可以在最佳的工作状态，保证生产的高效率和高品质。2.1 信号采集 2.1.1 温度传感器本设计用到的是AD590，温度范围是-55+150，其精度非常高。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因此该设备即使接反了 ，也没有大碍，可以用直流电源，不需要校正，很容易使用，界面很简单。电流输出型传感器和所述电压输出相比，它具有抗外部干扰能力强的特征，AD590的测量信号可以被传输到不止百米。当测量的温度不变化，AD590是一个恒流源，因为它是和530V的直流电源连接，输出端接电阻阻值为1k的电阻上，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端的信号为1mV/K的电压信号，基本电路如图2-1所示。图2-1 AD590内部核心电路图2-1是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1 T2起恒流的作用，可以使两个支路的集电极电流相等; T3，T4是感应温度的晶体管，这两个管的工艺完全一样的，但T3的晶体管是由多个相同的晶体管组成，从而结面积是T4的多倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为：针对AD590中，n = 8，因此总电路电流将与温度成正比，该电流被施加到负载电阻RL上，可以得到与T成正比的电压.由于恒定电流的特性，所以输出信号不受电线电阻的影响，如图2-2所示。图2-2 AD590内部电路图2-2是AD590的内部电路， T1T4对应于图2-1中的T1，T2和T9，T11对应于T3，T4。R5，R6是具有低温度系数的电阻。T5，T12和T10为启动电路，有一个恒定的偏置二极管T5。T9和T11，相反极性的发射极结电压相互串连在电阻R5和R6 ，是以我们能够写出：R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了有T10的电流还有T11的电流，根据上述公式不难看出，为了改变UBE ，可以调节R5然后调节R6，增大R5和减少R6的效果是一样的，其结果是降低了UBE ，仅此而已，改变R5为UBE更显著作用，因为它前面有较大的系数。AD590是电流型温度传感器，通过电流的变化来间接测量温度。根据齿轮的特性，AD590后缀以I，J，K，L，M表示。AD590像往常一样进行高精度温度测量电路，该电路形状如图2-3所示，它采用了金属壳3脚封装，其中一个引脚是电源V+的正端; 2脚为输出的电流I0 3脚为管壳，一般的时候没用，如图2-4所示。图2-3 AD590外形电路图图2-4集成温度传感器电路符号1、流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即如图公式2-1所示（2-1）式中：IT 流过器件（AD590）的电流，单位A11。 T热力学温度，单位K11。2、 AD590的测温范围-50- +15511。3、输出电阻为710M11。4、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五个不同的功能档，其中M档精度最高，在-50+155范围内，非线形误差0.511。AD590是用于测量温度的基本电路。因为温度正比与流过的电流，当电阻R1和R2的电阻是1K，输出电压V0随温度变化而变化为1mV。然而，由于AD590的增益有误差，因此电路安排调解，调解要领为： AD590放在0度的水中，调解电位器R2 ，使V0=273.2+2 =298.2（Mv）。保证0 调解或25 的时候具有较高的精确度。把R2调节到0，调解LF355运算放大器的增益。调解要领如下：调制R2在0 时，输出V0=0，则调制在100R4使V0 = 100mV的。调制和如此反复几次，直到在0 时，V=0mV信号，100时为止V0=100mV的。最后在室温下保持校准。例如，温度为25 ，则V0应为25mV 。冰水混合物是0，沸点100的水。如图2-5所示。图2-5 温度测量电路2. 1. 2 湿度传感器测量湿度的原理和要领：其原理是物品与周围空气中的水接触后，发生物理化学变化可以间接地测量周围空气（大气湿度）的水分含量。HS1100/HS1101湿度传感器。 HS1100/HS1101电容式传感器，在电路结构等效于一个电气元件，与物品周围空气中的水分多少变化而变化。不必要校正，具有良好的稳定性和可靠性，灵活性大。传感器有一些误差数据：从10的相对湿度- 100的区别;从16PF电容改变为200PF ，误差不大于2RH ;响应小于5S;温度系数为0.04pF。可见精度较高。这里HS1100/HS1101湿度传感器特点及其功能。一、特点不需要进行必要的校正，具有良好的可靠性和稳定性，具有非常快的响应时间，专利的设计结构，具有两种封装产品分别是顶端接触和侧面接触，适用于线性输出电压和频率输出的两种电路，适用于自动插件和自动装配生产线。如图2-6所示温度范围。图2-6湿敏电容工作的温湿度范围图2-7湿度电容响应曲线从上图分析得到的数据，可以知道此传感器精确度比较高，相对准确。二、功能HS1100/HS1101是电容传感器，可以等效为一个电器元件，随着空气中湿度的变化电容发生变化。如何转换为计算机容易处理数字信号，往往有两种主要方法：首先产生的整流正弦波电压信号，直流放大，然后在A/D转换器转换成数字信号;另一种是放置在湿度电容振荡电路555，如图2-8所示。图2-8 频率输出的555振荡电路振荡电路交替的两个稳定的过程如下：首先，将电源Vs解决R4，R2充电到C，经t充电时间后，UC到达芯片比较高的触发电平，约0.67Vs，然后输出引脚3端由高电平降到很低，那么通过R2放电，经过t放电时间后，UC降落比较低的触发电平，约0.33Vs输出，输出引脚3由低电平降到高电平，多次之后，形成一个方波输出。其中，充电和放电时间 T充电= C（R+ R2）中，Ln2 T放电= CR 2中，Ln2 因此，该方波输出的频率是 如图（2-2）所示。（2-2）解决相对于该信号的频率可见，空气湿度测量电路555的变化成反比，如图表所示。表2-1、空气湿度与电压频率的典型值三、多路检测信号的实现在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。采用多路分时的模拟量输入通道。图2-9 多路分时的模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为：（1） 对ADC、S/H要求高1。（2） 处理速度慢1。（3） 硬件简单，成本低1。（4） 软件比较复杂。本设计系统的湿度信号采集八路的模拟信号采集电路，CD4051多路使用，硬件接口如图2-10显示图2-10八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口2.1.3 多路开关多路转换器，也被称为“多路模拟转换器”。是有许多多路模拟开关，通过从不同的地址中的任何一个信道输入的模拟信号输出，实现了的多个信道的不同线路的开关如何与设备进行连接的功能。反之，当从公共输入的模拟信号输入时，起到隔板的作用。所以多路开关是具有多种功能的元器件。 在此设计中，使用的双向控制的温度和湿度，所以将会有两种信号被采集，这时候采用多路开关是非常必要的。 我使用的是CD4051多路的开关，在图2-11所示的原理CD4051内部框图。图2-11 CD4051的内部原理框图表2-2输出端OUT/IN输出端OUT/IN和各通道的接通关系输入状态接通通道输入状态接通通道LNHCBALNHCBA000000101500011011060010201117001131xxx均不显示01004 2.2 信号分析与处理2.2.1 A/D 转换 一、A/D转换器的特点为了把传感器测量出来的温湿度信号转换为数字信号传到中央处理器进行处理，所以本系统采用A/D转换器MC14433，它精度很高11。MC14433A/D转换器因为二次积分时间比较长，A/D转换速度比较慢，但精确度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰几乎为零，抗干扰能力强11。常用的有3.5位双积分A/D装换器MC14433 和4.5位双积分A/D转换器ICL7135二、MC14433A/D转换器件简介MC14433是半双积分型A/D转换器，具有抗干扰能力强，精确度高的特点，但是缺点就是转换的速率比较低，例如，在低速的数据收集系统中，被广泛的应用12。 MC14433A/ D转换器与国内产品5G14433完全一致，可以相互转换。 三，MC14433A/ D转换器的工作原理 MC14433A/ D转换器来转换电压范围为199.9或1.999V。经过数据转换数据在是以四次送出的。且以BCD码的形式，如图2-12所示图2-12 MC14433A/D转换器内部逻辑框图图2-13 MC14433引脚图MC14433 的框图和引脚功能说明各引脚的功能如下：如图2-13所示。VDD：主工作电源+5V11。VEE: 模拟部分的负电源端，接-5V11。VAG：模拟地端11。VSS：数字地端11。VR：基准电压 11。RI：积分电阻输入端，VX=2V时，R1=470；VX=200Mv时，R1=27K11。C1：积分电容输入端。C1 一般为0.1F11。R1/C1：R1 与C1的公共端11。CLKI、CLKO ： 外界振荡器时钟调节电阻Rc，Rc一般取 470 K左右11。EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效11。DU：启动新的转换，若DU与EOC相连，每当A/D转换结束后，自动启动新的转换。如图表2-3所示，我们不难看出Q3Q0的结果，以及当数值不同的时候他们之间的转换关系，是超量程还是欠量程四、 MC14433 与8031单片机的接口设计由于MC14433的A/D转换的结果是一个动态的时间输出BCD码，Q0Q3HE DS1DS4都不是一个总线类型。因此，通过并行I/O接口或扩展I/O，对于8031的应用系统来说，MC14433可以和P1口或者I/o接口相连接，下面就是一些接口如图2-15所示。图2-15 MC14433与8031单片机P1口直接连接硬件接口2.2.2 单片机8031我们要设计这样的系统，使用8031作为一个重要的处理芯片，前向信道是一个非电信号的采集过程。它是无电信号通过传感器收集，通过传感器放大处理后，该信号被放大，转换为便于信号的计算机处理，即数字模拟转换，然后传送到计算机进行处理。 由于系统没有内置的ROM，存储器和处理需要进行扩展，以满足存储器的规定，其结果将通过显示器显示。 8031是由8部分组成，即CPU，一时钟电路，数据存储器，并行端口，串行端口，和中断系统的定时计数器，它是由一个单一的总线连接，并且被集成在一个单一的半导体芯片上，也就是说，一个单片微型计算机。2. 2. 3 数据存储器的掉电保护存储在内部RAM单片机数据非常容易丢失，特别是一些非常有价值的数据，如果丢失，后果可能会很严重，所以掉电保护是一个非常重要的部分，如果有发生掉电，掉电保护可以保持的原始时期的系统的工作状态，也可以储存一些重要的信息时的，在恢复供电之后会继续工做。2. 2. 4 系统时钟的设计8031必须使用一个时钟信号，8031本身是一个大的同步时序电路，8031实施严格的指令集，时钟的频率影响单片机的速度和稳固性。通常有两种形式：内部时钟和外部时钟。我们采用的是内部时钟，为了提高系统的稳定性，我们采用具有良好的温度稳定性的NPO电容，采用晶振频率为12MHZ。图2-16 系统时钟2.3 显示与报警的设计 2. 3. 1 显示电路在单片机应用系统方案中，像往常一样键盘和性能放在一起考虑。该计划是利用串行口实现8031键盘/显示器接口。当8031使用8031外扩键盘/性能设备与串行端口的时候。如图2-17所示的硬件接口电路图2-17键盘及显示与主机的硬件接口图2-17在下面8个 74LS164：74LS164（0）74LS164（7）作为输出代码段Y 2作为一个同步脉冲输出控制线。这种静态的表现亮度大，会容易的达到显示不闪烁，静态显示的优点就是对CPU的负荷比较小，因此可以没必要扫描显示器，软件设计比较简单，使微控制器能够有更多的时间来处理其他的事情。2. 3. 2 报警电路在小的监控控制系统中，为了安全的生产，都设有报警系统，提醒操作人员注意观察，有时需采取紧急措施。该方法是通过传感器传回来的数据进行处理并设有一定的正常值，如果超出或者低于正常值，警报系统就会工作，如没异常就会正常显示。该设计通过蜂鸣器鸣响报警电路。蜂鸣器鸣叫报警接口电路只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后链接到电路中，如图2-18所示。 图2-18 三极管驱动的蜂鸣音报警电路本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出是的提示报警，接口位于单片机AT89C51 的P3.2口，但温湿度过限时，P3.2口被置0，本系统开始工作。3 软件设计温度控制总体设计应考虑以下几个问题：（1）键盘扫描，温度显示;（2）温度和湿度的采样，数字滤波；（3）超限报警和处理;（4）温标转换。一般来说，温度控制由两个部分组成，由主程序和T0中断程序组成。下列关于标度变换的简要介绍：目的是将投入实际样品的二进制值转化为BCD码形式的温度值，然后存储在缓冲34H - 3BH。转换公式如图3-1所示。图3-1式中： A0是一个测量范围仪表的下限; Am为上限;Ax为实际的数值，N0为仪表下限所对应的数字量，NX为测量数字量。Nm是仪表上限。3.1 主程序流程图主程序的功能是为了实现温湿度的监测，读出并处理传感器所测量出来的数值，并设定一个正常值，以便于实时温度与之形成对比，当温湿度低于或者高于这个正常值时，开始报警。如图3-1所示。开始设堆栈清标志清暂存显示清显示温度采样扫描键盘T0初始化串行初始化CPU开中断图3-1 主系统流程图3.2 T0中断流程图保护现场设定1S时间计数温度数据采样标度变换显示重装时间常数恢复现场返回是否到1S是否越限T0中断报警程序YYNNT0中断程序主要是监测实施的温湿度是不是超过或者低于正常数值，超出或者低于就会报警，第一保护现场，定时器的时间应该设定为1秒，然后进行温湿度的监测，如果超出或者低于正常值。就会报警，没有则继续工作，流程图如图3-2所 图3-2 T0中断流程图3.3 温度采样子程序流程图 这各部分主要完成的就是经过处理其处理过的并且装换为数字信号的数据，温度和湿度都需要进行采集并在其过程中要时刻刷新，去除旧的数据，如下如3-3所示。Y送采样数据地址返回各通道都采样一次采样程序送送通道号初值送出通道号启动A/D读A/D数据修改地址与通道号N图3-3 温度采样子程序流程图3.4 报警子程序流程图本部分功能主要是实现报警的程序，当传感器传回的数据，高于或者低于正常数值，警报程序开始工作，当报警结束后会回到初始的数值，为后续的工作准备。如图3-4所示。报警持续计数器置初值报警置位报警标志启动报警器返回图3-4 报警子程序流程图 结 论本设计是基于单片机对数字信号具有高灵敏性，容易操作等特性，以及温湿度传感器可以产生模拟信号，加上A/D模数转换芯片的数模转换功能功能,所设计出的一款以8031为核心的仓库监控系统，对于仓库监控系统，其中包括A/D转换芯片、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、报警电路、系统软件等部分。此系统在实际生活中以及企业管理中得到了充分的利用，可以帮助检测人员更加及时有效的掌握仓库的各种环境变换，与其对应的作出相应的政策。可以高效的，迅速的，反映出仓库的实时状况，防止物品发生物理或者化学的变化，造成不必要的损失。当今社会监控系统已经成为了人们日常生活中必不可少的一部分，它以较高的准确度和稳定性，简单的操作性得到了人们的大量肯定和青睐。并且主要用于大型的企业，便于管理和检测，给人们的生活，工作带来了极大的便利。参考文献1 张琳娜，刘武发传感检测技术及应用中国计量出版社，19992 沈德金，陈粤初MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例北京航空航天大学出版社,19903 胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,19964 李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社,1998.65 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