基于 Proteus 的粮仓温湿度监控系统的设计与仿真

基于Proteus的粮仓温湿度监控系统的设计与仿真

11

王子涵，伍萍辉，郑

21，2玲，程一钊

（1．河北工业大学信息工程学院，天津摘

300401；2．国家农业智能装备工程技术研究中心，北京100097）

要：为了提高粮仓监控的自动化程度和效率，降低高精度温湿度测量仪开发成本和周期，采用Proteus软件

辅助，设计了一种基于Proteus仿真的粮仓温湿度监控系统，对粮仓的温湿度进行采集，当温度超过设定的限值时并自动进行声光报警。软件采用C语言进行模块设计，上位机采用MFC进行界面的编自动进行降温抽湿调节，

程，利用MFC提供的CMSComm控件完成单片机与界面的通信，并结合KeilC51完成对粮仓温湿度监控系统设计和仿真。

关键词：监控系统；粮仓；温湿度；仿真

+

中图分类号：TP273．5

文献标识码：A文章编号：1003－188X（2013）07－0115－04

0引言

粮食是国家的战略物质，是人民生活的必需品，

路设计后，需首先根据设计的硬件电路图制作成硬件在此基础上进行软硬件的联合调试。如果需电路板，

往往需要重复上述操作，设要对硬件电路进行修改，

计、制板、再调试，费时费力而且大大增加了设计的成本。Proteus仿真软件是一款可以在单片机系统中针对仿真应用的可编程软件

［3］

而粮食质量的好坏与数量的多少以及粮食存储的安全性是影响国民经济的发展和社会稳定的重要因素，因此粮食的储备工作具有重要意义。温度和湿度是大多影响粮食储藏好坏的两个最重要的参数。目前，数粮仓采用人工检测与控制的方法监控粮仓的温度和湿度，控制精度不高而且往往不够及时，很容易造成粮食的损失；而且人工效率低、易出错、劳动强度大，不仅增加了生产成本，浪费了人力资源，又很难达到较好的效果

［1］

，它不仅解决上述传统中

遇到的问题，而且使用方便，可仿真单片机的工作原理，在完成单片机仿真工作并取得满意的调试结果后大大减少了硬件开发的时再将其制作成为硬件电路，

间和成本，提高了硬件设计的效率和准确性。

本系统在Proteus仿真电路中以单片机ATC52为核心控制，利用SHT10温湿度传感器作为测量元件检测当前系统的温湿度，并通过1602液晶实时显示当前温湿度的数值，采用COMPIM元件进行仿真电路与上位机界面的通信功能，将SHT10检测到的温湿度数值实时显示到MFC开发的上位机界面中，便于监测。并带有相关风扇开启与报警提示功能，当温度过高超过设定的20℃或者湿度超过20%时，马达会转动开启风扇自动调节；当超过温度30℃，或者湿度超过30%的报警值时，报警灯开始循环点亮，并发出报警声音，提示温度湿度过高，对粮食的保存已造成不良的环境影响，需要及时解除使其恢复正常。

本设计可以同时循环监测多个粮仓，在此以监测3个粮仓为例。在开始仿真时，同时打开3个仿真图，每个仿真图模拟一个粮仓的监测单元。如果想再监测更多的粮仓，只需要多添加配对更多虚拟串口即可。虚拟串口设置界面，如图1所示。

在上位机软件界面中，在VC++6．0的环境中采用MFC中提供的CMSComm控件进行串口编程，用来

。由于计算机控制系统发展的速度

加快，具有能够设定希望的数值和同时监控制多个粮仓等优点，非常适合于控制温湿度的设备。性价比高的ATc52单片机给计算机在农业自动化方面的应用提供了硬件基础和物质条件。借鉴单片机在工业上广泛应用的经验，将其应用在农业上也更为方便

［2］

。笔者基于Proteus的单片机温湿度自控系统对

粮仓的温湿度进行采集，科学合理地调节粮仓内的温度、湿度，并及时进行处理，对减少粮食损耗有着重要的现实意义。

1系统的整体设计

在以往的单片机应用开发中，完成系统的硬件电

收稿日期：2012－07－04

“863计划”基金项目：国家项目（2012AA10A503）

（E－mail）作者简介：王子涵（1988－），女，河北唐山人，硕士研究生，

wolfprincess@yahoo．cn。

（E－通讯作者：伍萍辉（1970－），女，湖南炎陵人，教授，硕士生导师，

mail）wph@hebut．edu．cn。

·115·

2013年7月农机化研究

2．2

温湿度传感器

第7期

实现与下位机的通信，接收来自下位机发送的温湿度的实时数值并且显示在上位机界面中。采用MFC编写基于对话框的监测界面，全自动地循环实时监测每个粮仓的温度湿度数值以及温湿度的调节与报警的情况。

温湿度传感器采用SHT10型温湿一体数字传感器。该传感器采用CMOSens技术无缝结合温度湿度A/D转换器及数字接口，传感器、使传感器具有体积小、响应速度快和接口简单等特点。SHT10元具有如下参数：湿度测量范围为0～100%RH；温度测量范围为－40～+123．8℃；湿度测量精度为±4．5%RH；温度测量精度为±0．5℃；响应时间＜4s；可完全浸没。2．3

显示模块

显示模块采用1602液晶。1602液晶微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧；仪表和低功耗可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字），因此能够同时显示当前温度和湿度的数值。在电路中，单片机的端口是有限的，如果将元器件全部直接因此本系统采用8255连接到单片机中端口未必够用，

图1虚拟串口的设置

进行端口的扩展。将液晶显示模块的相应引脚连接到8255扩展端口的A端。2．4

声光提示报警及过高自动调节

本系统预警系统采用声光提示报警。其中，声音报警采用5V蜂鸣器；光电报警采用一般红色发光二极管

［6］

2系统仿真电路的设计

系统的仿真电路主要包括单片机的核心控制、传

［4］

感器检测以及单片机的外围电路设计。其中，传感

器检测部分的设计包括温湿度测量电路，单片机外围8255扩展复位电路、电路的设计部分包括时钟电路、

端口电路、液晶数值显示电路、超限声光报警电路、过高自动调节电路和与上位机界面通信电路。系统的仿真电路设计方案，如图2所示。

。当实时温度或湿度高于上限值时，触发报

警。蜂鸣器有节奏地发出报警声音，同时发光二极管循环点亮有节奏的闪烁；风扇会判断温度、湿度是否超限，从而决定是否提前打开进行降温和抽湿。随着温湿度的升高旋转速度加快，起到自动调节的作用。发光二极管和马达的相应引脚分别接到8255的B端和C端。2．5

与上位机的通信模块

在与上位机的通信模块中采用COMPIM元件即COMPIM可以调用为RS232串口。在Proteus软件中，

实际的串口和外部通信。设计时，直接将它的RXD，TXD端口与单片机的RXD，TXD相连接。在与上位机通过设置COMPIM的虚拟串口与上位机进行通信时，

的虚拟串口进行配对即可，并不需要MAX232转换电平就能完成通信。

图2系统的仿真电路设计方案

2．6辅助模块

整个仿真电路还包括一些基本的辅助单元，如晶

2．1微控制器

本系统的数据处理部分采用ATc52单片机。

振、时钟电路、电源模块和复位电路等，这些模块与单辅助ATc52单片机准确地完成片机组成最小系统，本系统的数据处理功能。

ATc52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K的可编程Flash存储器，并可使用C语言对其编写程序

［5］

。由于C语言的可移植性较好，大大提高

了软件开发的效率。温湿度传感器输入的电信号经过系统程序处理之后进行数据显示、报警以及数据的发送。

3

3．1

系统的软件设计

仿真电路的软件设计

该软件系统主要包括系统的初始化模块、读取温

·116·

2013年7月农机化研究第7期

湿度数据模块、实时显示数据模块和发送数据模块以自动判断温湿度是否超过设定的完成与上位机通信，

限值并完成自动调节以及声控报警模块的功能。该系统在开始运行后，主程序首先完成硬件环境的初始化，采用1602液晶显示屏幕显示读取到的数据，通过串口将数据发送到开发的上位机界面中，并在界面中实时显示出来。温湿度超限判断程序对已接收的数据与设定的限值进行比较，若接收到的温湿度数值在设定的限值范围之内，自动调节以及声控报警模块不启动，如此进行循环

［7］

；若超出设定限值的范围，则执

行自动调节和声光报警功能，然后返回重新读取数据。系统仿真软件流程，如图3所示。

依据上述流程，利用C语言进行编程，并借助Keil开发工具生成单片机可以识别的HEX文件加载到ATC52单片机中开始仿真，如图4所示。

图3

系统的仿真电路软件流程图

图4系统的仿真电路图

3．2上位机界面的实现

通过虚拟串口将仿真电路中设置的串口号与上位

否开启提示指示灯，从而有效地完成对粮仓温湿度的监控。上位机监控界面，如图5所示。

此上位机可同时监测多个粮仓温湿度，且为全自动显示监控，只需用虚拟串口设置好需要监控的粮仓与上位机的需要匹配的串口号，上位机界面启动后则会进行循环监控，而且无需手动开关串口，一切过程

机设置的串口号进行配对。在VC++开发环境中，使用MFC提供的CMSComm控件完成与单片机的仿真通信功能，并使用MFC开发上位界面接收来自单片机传送的温湿度实时数据；同时，带有风扇和报警是

·117·

2013年7月均为自动实现。

农机化研究第7期

计。采用8255对单片机的端口进行扩展。软件下位上位机采用MFC进行机采用C语言进行模块化设计，

界面的编程和CMSComm控件完成与单片机的通信。该系统检测精度高、运行可靠、自动完成、使用方便。参考文献：

［1］库志强，张锡兵，杨扬．基于单片机的温湿度控制系统

［J］．机电信息，2006（12）：24－26．

［2］刘士光，赵淑荣，王健，等．粮库温湿度检测系统的设计

J］．河北农业技术师范学院学报，1992（3）：1－与研究［4．

［3］周震．基于Proteus的数字湿度测量演示系统的设计与仿

J］．计算机与现代化，2010（12）：192－194，198．真［

图5

上位机界面

［4］冯梅琳，王芸，温家旺．基于Proteus的温湿度数据采集系

J］．仪表技术，2010（2）：12－15．统设计与仿真［

［5］杨振江，孙占彪，王曙梅，等．智能仪器与数据采集系统

．西安：西安电子科技大学出版中的新器件及应用［M］2001．社，

［6］杨海．基于ATC52单片机的药品库房温湿度控制系统

J］．科技信息，2010（7）：82－83．设计［

［7］王东涛，．安鞠凤船．农业大棚温湿度监控系统设计［J］

2010（35）：20446－20447．徽农业科学，

4结束语

基于Proteus仿真模拟粮仓的监控系统，对粮仓的

温湿度进行实时采集，系统硬件仿真采用ATC52单片机和SHT10温湿度传感器进行主要的数据采集，采用1602液晶显示，并将实时数据传给上位机界面。声光报警采用蜂鸣器和LED灯，风扇利用马达进行设

DesignandSimulationoftheTemperatureandHumidityMonitoring

SystemofGranaryBasedonProteus

2

WangZihan1，WuPinghui1，ZhengLing2，ChengYizhao1，

（1．CollegeofInformationEngineering，HebeiuniversityofTechnology，Tianjin300401，China；2．NationalEngineeringResearchCenterforIntelligentEquipmentinAgriculture，Beijing100097，China）

Abstract：Inordertoimprovetheautomationandefficiencyofthegranarymonitoringandforashortdevelopmentperiodandlowdevelopmententcost，atemperatureandhumiditymeasuringdevicewithhighpreciseandstotageperformanceingreenhouseisdevelopbyproteussoftware，theSimulationofthetemperatureandhumiditymonitoringSystemofGranarywasdesignedwhichisBasedonProteus，collectingthetemperatureandhumidityofthegranaryinreal－time．Whenthetemperatureexceedsthelimits，itwillbeautomaticallyregulatedincoolinganddehumidifier，andautomaticallyalarminsoundandlight．SoftwarewasdesignedusingmodulardesigninClanguage，andtheupper－computersoftwarewasde-signedusingtheMFC，CMSCommcontrolprovidedbyMFCwasusedtofinishthecommunicationbetweenthemicrocon-trollerandtheupper－computer．ThedesignandsimulationofthetemperatureandhumiditymonitoringsystemofgranarywasfinishedwiththeKeilC51．

Keywords：monitoringsystem；granary；temperatureandhumidity；simulation

·118·