近几年据海关统计结果显示，我国粮食进出口同比均呈下降趋势，我国粮食供求开始进入紧平衡阶段[1]。在粮食供给能力逐渐弱化的情况下，我们必须注意到贮存粮食的科学性和有效性。贮粮仓库的现代管理也是当前粮食系统改造的重大项目之一。而在粮仓管理过程当中，最重要的是控制仓内的温度和湿度，温湿度会直接影响粮食的贮存质量。本文介绍一套基于89C51单片机的温湿度测控系统，采用计算机实现自动实时检测与控制，能够明显提高粮食的贮存质量，减少仓储保管人员，带来较大的经济效益。
系统硬件设计总体方案
本监控系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、控制等4个大的部分组成，系统的组成框图如图1[2]。该测控系统具有实时采集（检测仓库内的温湿度）、实时处理（对监测到的温湿度值进行比较分析，决定下一步控制进程）、实时控制（根据处理的结果发出控制指令，指挥被控对象动作）的功能[2]。
图1 粮仓温湿度监控系统组成框图
首先充分考虑气候、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89C51单片机中，然后LED显示出温湿度测量值。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。
系统主要部件选择与设计
● 单片机芯片
通过比较，选用89C51单片机来构造本系统。该芯片具有4KB的快擦写可编程/擦除只读存储器EEPROM、256 KB片内RAM、3个16位定时计数器、6个中断源，无需进行系统扩展既可满足任务要求，能较大幅度提高系统的性价比。该芯片的最大特点就是片内的4K程序存储器可在线或用编程器重复编程。在设计过程当中，单片机的P0口用于LED显示，P1.0-P1.5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[3]。
● 温度传感器
对于粮仓内部温度的检测，系统采用的是美国模拟器件公司生产的电流输出型单片集成两端感温传感器AD590[4]，该传感器利用PN结构正向电流与温度的关系制成，测温范围为-55℃～150℃，精确度可达±0.5℃。AD590温度传感器具有良好的线性和互换性，不但实现了温度转换为线性化电量测量，而且具有消除电源波动的特性、精确度高、互换性好、应用简单方便，因此，可把输出的模拟电信号经A／D卡转换为数字信号，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。
图2 系统的软件结构示意图
● 湿度传感器
本系统采用电容式集成湿度传感器HS1101来检测粮仓内部的湿度[5]。其测试湿度范围是0%RH～99%RH，电容量从162pF～200pF，其误差不大于±2%RH，响应时间小于5 s，温度系数为0.04pF／℃，可见精度是较高的。HS1101电容传感器在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。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。
● 温湿度传感器连接设计
过去仓内各种接口、传感器、数据采集端口都用多芯电缆及各种扁线连接，这些连线都埋在粮食里，由于仓管人员的经常走动、检查维修，有可能会踏坏弄断线路。本系统中温湿度传感器在使用时插入粮仓堆内有代表性的几个固定地方，并合理布线，以便以后仓管人员注意，这样可以解决以上这些问题。另外，由于仓管人员经常采用硫化氢、磷化氢等气体来防治粮库里面的虫害，粮库里面往往残留有部分对接插件、传感器等有腐蚀性的气体，因此，温湿度传感器具有特制可拆换抗腐蚀罩帽，使用寿命长。
系统软件设计
系统软件设计采用结构化和模块化设计方法，便于程序的编写、调试和排除错误，同时也便于检验和维护。根据设计的要求和前面描述的控制系统硬件设计的具体情况，单片机控制系统软件程序主要由如下模块组成：初始化模块、数据（采集）处理模块、中断模块、LED显示模块、控制模块、报警模块等等，具体的模块示意图如图2所示[6]。
图3 数据采集处理模块程序流程图
在此我们仅对数据处理模块进行分析。数据采集与处理模块的主要功能包括读取粮仓内温湿度数据、温度和湿度的标度变换、数据滤波和显示并调用控制程序等。因为粮仓内温度和湿度变化都比较缓慢，所以可以采用定时查询的方式采集数据。该模块的程序流程图如图3所示[7]。
结束语
本系统可实现微机自动检测与控制一体化，采用模块化的设计，使用的连线也比较少，操作上充分考虑仓管人员的接受能力，同时保证系统运行的可靠性，节省了人力物力。同时，系统还充分满足粮仓监控所需的要求，具有比较高的可靠性和准确性。该系统具有一定的先进性，还可应用于果品库、食品贮存库等中大型库房。
参考文献：
[1] 吴志华等. 中国粮食安全与成本优化研究[M]. 北京：中国农业出版社，1999，258-259
[2] 孙传友等. 测控系统原理与设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2002，262-268
[3] 张宏等. 基于AT89C51单片机设计的简易智能机器人[J]. 电子工程师，2006(32)：69-71
[4] 杨刚等. 电子系统设计与实践[M]. 北京：电子工业出版社，2004，20-23
[5] 林敏等. HS1100/HS1101电容式湿度传感器及其应用[J]. 仪表技术与传感器，2001(10):44-45
[6] 孙传友等. 感测技术与系统设计[M]. 北京：科学出版社，2004，752-756
[7] 赵文敏等. 粮库全数字温湿度监控系统的开发与设计[J].自动化仪表，2001(22): 42-43+53