论文总字数：20863字

目 录

1 引言 1

1.1 研究意义 1

1.2 研究现状 2

1.3本文工作内容 3

2 设计方案论证 3

2.1 本设计目的 3

2.2 本设计的技术方案 4

2.2.1 单片机主控芯片的选择 5

2.2.2 温湿度采集模块设计 5

2.2.3 GSM通讯模块设计 6

2.2.4 定时器模块 6

2.2.5 AT24C02存储模块 6

2.2.6 继电器驱动模块 6

2.2.7 液晶显示模块 7

2.3 本设计带来的有益的优点和效果 7

3 系统硬件设计与实现 7

3.2.1 电源电路 9

3.2.2 单片机最小系统 10

3.3.3 温湿度采集模块 10

3.3.4 GSM通讯模块 11

3.3.5 定时器模块 13

3.3.6 液晶显示模块 13

3.3.7 继电器模块 14

3.3.8 AT24C02存储模块 15

4 程序设计 15

4.1家用储米箱防霉变监测与预警系统的主程序设计 15

4.2 子程序设计 16

4.2.1 米堆与箱盖温湿度采集程序 16

4.2.2 GSM通讯模块控制程序 17

4.2.3 AT24C02存储程序 18

4.2.4 继电器驱动程序 19

5 系统调试 20

5.1 软件调试 20

5.2 硬件调试 21

6 结论 26

参考文献： 27

致谢 28

家用储米箱的防霉变监测与预警系统

成永卿

, China

Abstract: At present,the household rice storage box is usually a container with simple storage function,do not have the function of monitoring the storage of rice, and the rice in the storage box for a long time will often been mold, people eat moldy rice will cause a variety of diseases. In this paper, a kind of anti-mildew monitoring and early warning system for domestic storage box is designed.The system uses temperature and humidity sensors to monitor and compare the temperature and humidity of the rice heap and upper layer of rice heap.While the temperature of the rice heap is abnormally elevated or the humidity of upper layer is higher than the humidity of the rice heap,determining the sign of rice appears moldy,while use the GSM communication technology to send early warning SMS to the user,and then use the relay control fan and dehumidifier to cool the rice box and dehumidification, so that the storage box can maintain a relatively good storage environment, so as to prevent mildew deterioration of rice. The design uses STC89C52 chip as the core of the monitoring and early warning system,uses temperature and humidity acquisition module, GSM communication module,AT24C02 memory module,LCD display module, power module and so on to design an anti - mildew monitoring and early warning system for household storage box.

Key words:rice box; rice; GSM; temperature and humidity

1 引言

1.1 研究意义

根据联合国粮农组织的调查，全球的粮食由于干燥和储藏不当而造成的损失约为5%到10%，其中由于储藏不当而造成的损失最多^[1]。近年来，我国的粮食年平均产量在5000亿kg左右^[2]，每年由于霉变、虫鼠害造成的粮食损失约为年产量的3%，约150亿kg，其中霉烂高达75亿kg^[3]，而从1980年以来我国谷物总产量一直为世界第一位，我国是一个水稻生产大国，大米是我国人民的主要粮食，2014年我国的大米产量达到13042.82万吨，而被浪费的粮食相当于2亿人一年的口粮，所以节约粮食具有非常重要的意义。因此，如何减少粮食的损失成为一项重要的任务，具有十分重要的意义。

储米箱是每家每户都必不可少的物品，人们用它来存储生活中的大米等必需品。现有家庭储米箱主要为传统储米箱，用来储藏家庭食用大米。传统储米箱一般由塑料、木板、金属等材料制成的独立性简易容物，功能都比较简单，结构特性不好，密闭不通风，容易造成细菌滋生和杂质等的侵入，大米的储藏时间不长，特别是在湿热的梅雨季节和炎热的夏天，容易使大米受潮、发霉和浪费，并且影响大米的质量，误食霉变大米后，甚至会严重影响人们的身体健康，引发许多疾病。如果能够对储米箱的可能霉变环境进行监测，同时对储米环境采取相应的预防措施，就能有效阻止大米变质，进而避免粮食的浪费问题。

温度和湿度是自然环境中两个非常重要的物理量，几乎与所有的生物过程都有密切的关系，因此温度和湿度是粮食存储中需要进行监测与控制的两个重要的物理量。适宜的温度和水分是霉菌赖以生存的外部条件。呼吸是粮食最基础的生理活动，在正常的粮食储藏过程中，主要以有氧呼吸为主，粮食的呼吸过程中有水蒸汽和热量产生，也就是粮食的呼吸作用会使粮堆温度升高，而温度的增加会促进粮食的呼吸作用加强，加速其劣变。另一方面，微生物和害虫的生命活动则会引起粮堆温度的升高，从而为它们的生长繁殖提供更为有利的条件。如此，便形成了一种恶性的循环过程。实验研究表明，霉菌在粮食发热的过程中提供大部分的热量，霉菌的呼吸强度比粮食本身的呼吸强度要高出很多倍^[4]。储米箱内的温度升高主要是由湿度增加引起的，在储藏期间水分含量过高，粮食的呼吸代谢活动就会加快而产生呼吸热，产生的热量会引起的温度上升，同时又会使得储存物的呼吸代谢进一步加剧，形成了一个有利于霉菌或有害昆虫生长繁殖的环境，从而会造成粮食发霉变质，让原本品质较好的粮食品质和使用价值下降，出现粮食霉变不能食用的情况。同时这种恶性循环一旦形成就会容易失去控制，局部发霉的粮食会造成大面积发霉，造成越来越大的损失。综上所述，存储环境的温度和湿度对粮食的储藏有决定性的影响，储米箱内的温度和湿度能否控制在合理水平，直接影响粮食的储藏时间与品质。所以必须对储米箱内大米的湿度和温度进行实时监测，并采取有效的预防措施将储米箱的温湿度控制在合理的范围，避免大米产生霉变和腐败等问题。

对于储米箱温湿度的监测，一般是以触摸感应、温度计读取的方式，来获取温湿度值。

随着计算机技术、通信技术以及大规模集成电路技术的快速发展，温湿度传感器越来越微型化，比较适用于家用储米箱体积小的环境；测量越来越灵敏，能提高系统的检测精确度与效率，检测的温湿度数据读取方便简单，成本也越来越低，而且适宜在高温、寒冷等各种环境下检测温湿度，符合家用储米箱对成本低的要求，对本产品与设计的推广有着积极意义。

针对传统家用储米箱无法长时间保鲜大米的缺陷，本论文利用温湿度传感器监测米堆温湿度和米堆上层的温湿度，借鉴现有的粮情检测技术，当米堆温度异常增高或米堆上层箱盖湿度高于米堆湿度，判断大米即将发霉变质，同时利用无线通讯技术将大米的存储情况发送预警给用户，使人们能实时监控储米箱内大米的存储情况并做出相应的措施，使得储米箱温湿度控制在适宜大米储存的范围内，从而实现家用储米箱的防霉变监测与预警。通过本设计，可以预防家庭储藏的大米霉变等问题，延长大米的保质时间，预防误食变质大米造成的疾病，减少大米霉变造成的经济损失，节约粮食资源。

1.2 研究现状

目前我国国内的储米箱主要是由木质、金属或者塑料制造的容器，功能都比较简单，容易造成细菌滋生、杂质等的侵入，并且箱内存储环境无法准确把控，大米储藏时间不长，特别是在湿热的梅雨季节和炎热的夏天，容易令大米受潮、发霉，影响大米的质量。误食霉变大米还会严重影响人们的身体健康，引发各种疾病。智能储米箱在中国才刚刚起步，市面上只有少数几款产品是智能的，它们只具备自动出米和利用活性炭祛湿等功能，不能够对大米的存储情况进行实时监控。中国大米科技公司生产了能够对环境实时监测的智能储米箱，该储米箱利用放置在箱壁上的传感器直接测量米箱空气环境的温湿度值。现有研究表明，粮堆里的温湿度与环境温湿度不一样，粮堆内的温湿度与谷物的间隙率有密切的关系，粮堆的最高温度比空气环境的最高温度低，粮堆的最低温比粮仓的最低温高，粮堆内的温湿度变化情况都比空气环境更稳定^[5-7]，因此粮堆内的温湿度更能代表谷物真实的存储环境。因此直接测量米箱内的空气环境温湿度值不能精确地反映出大米米堆内部实时的温湿度值，而且受外界环境干扰较大，无法准确得知大米的存储状况。国外的智能储米箱与国内的发展水平相当，也是测量米箱内空气环境的温湿度，并不能准确反映米箱内大米的温湿度情况，无法较好地反映出大米的存储情况。

粮仓的粮情检测技术属监控系统范畴，近些年来，由于传感器技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统已经广泛应用于工农业生产以及服务业等领域，使得粮情检测更加自动化、精确化。大米粮情检测技术在软件、硬件等方面都有了很大的发展。早期的大米粮情监测主要采用温度计测量监控法，它是将温度计放入空芯的插杆中，插在粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出进行读数，分析粮温的变化情况，决定是否对粮食进行降温或者晾晒。由于温度计精度不高、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况经常发生^[8]，不仅浪费人力，还浪费粮食资源。随着科学技术的发展，传感器已经被人们逐渐应用到各个领域，将传感器应用在大米粮情监测上，不仅精度高，而且省时省力，不易发生错误而导致大面积粮食变质发霉。国外在粮情监控技术上己达到了成熟的地步，高科技数字传感器广泛已经应用于粮情检测系统。这种高科技数字传感器除完成温湿度检测外，还可完成预置范围温度、报警、温度补偿等功能。目前，国内已经具有丰富的数字传感器配套产品，技术也非常成熟^[9]。但是粮情检测技术目前只应用在大型粮仓里，并没有进入普通家庭。本设计借鉴现有的粮情检测技术，将粮情检测技术应用到家庭储米箱中，对大米存储情况实时监控，从而预防大米发霉，避免粮食浪费。

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