粮库温度监控系统的设计开题报告
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毕业设计开题报告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文献综述
1.国内外发展现状和发展趋势
粮库温度监控技术是科学保粮的关键技术之一，目前国内已有数十家企业生产粮情温度测控系统产品，品种繁多，系统结构各异，但其基本功能无外乎粮仓内外温度检测、粮食内部温度检测及分析、通风机械的控制等几项，鉴于粮食储藏的特殊性，系统功能的重点放在了储粮内部温度的检测和分析上。粮库监控系统可以根据采用的温度Leabharlann Baidu感器和通信方式的不同进行如下分类：按温度传感器分类和按通信方式分类。
1.1按温度传感器分类
通常粮库监控系统主要选用热敏电阻、数字式温度传感器、光纤温度传感器作为温度传感器，也有选用其它温度传感器，例如 PN 结型温度传感器[1]。
（1）热敏电阻
以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，是国内粮库监控系统中采用最多的温度传感器。热敏电阻的电阻温度系数较高，室温电阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系[2]。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻[3]。以下提及的热敏电阻均指负温度系数热敏电阻。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的硬件由上位机、通信接口电路、智能分机、温度分线器、测温电缆、湿度分线器、测湿探头和通风控制器组成。在上位机上运行粮情测控系统软件，对检测到的温湿度数据进行分析，根据粮仓内外温湿度条件判断是否可以进行通风，手动或自动控制通风机械的启动和停止。通信转换电路分为内置式和外挂式两种，主要完成两种通信协议之间的衔接转换功能。智能分机是由微处理器、A/D 转换电路和通信电路等组成，主要功能包括接收上位机下达的指令、将现场采集上来的模拟信号数字化、向上位机传送数字化的温湿度值、向通风控制器下达启动或停止指令等。温湿度分线器主要完成接收智能分机下达的指令、将模拟开关切换到指定的温湿度测量点等功能。通风控制器主要功能是根据智能分机下达的指令控制通风机械的启动和停止。智能分机与温湿度分线器和通风控制器之间均采用单根多芯电缆连接，具有结构简洁、维护方便、成本低等诸多优点。采用热敏电阻作为温度传感器的测温电缆是粮情测控系统的重要组成部分，它是将多个热敏电阻置入一根测温电缆之中，电缆内加细钢丝绳提高抗拉强度、外加绝缘护套密封防腐。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的温度检测范围一般在－40℃～＋50℃之间，检测精度为±1℃，完全满足粮情温度检测的需要。
（3）光纤传感器
光纤温度传感器是近几年发展的新技术，也是工业中用的最多的光纤传感器之一。目前研究的光纤温度传感器主要有辐射式温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤热色传感器等。光纤温度传感器的精度更高，但成本较贵[7][8]。
1.2按通信方式分类
粮情温度测控系统的通信方式主要采用RS485总线技术和现场总线技术两种[9]。
（1）RS485总线技术
RS485是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。RS485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情测控系统采用较多的通信方式。由于RS485总线技术不支持多主结构，系统容量、通讯距离等方面具有很大的局限性，所以随着现代化大型粮食储备库的逐年增多，RS485通讯方式显得愈来愈力不从心。
采用数字式温度传感器粮情测控系统的结构与采用热敏电阻粮情测控系统的结构大致相同，只是用测控单元替代了智能分机、扩充接线器替代了温度分线器。测控单元与智能分机的区别在于没有用于将温度信号数字化的 A/D 转换电路，取而代之的是 1－WireTM 总线与上层通信总线之间的通信转换电路，如果系统选用了数字式湿度传感器则测控单元将完全由数字电路组成，而智能分机是由数字电路和模拟电路两部分构成的，这将使测控单元的电路设计更为容易。采用 DS18x20 温度传感器的粮情测控系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆大不相同，该测温电缆最多只需 3 根导线即可连接多个 DS18x20 温度传感器。最为简洁的结构是利用 DS18x20 可以通过数据线供电的特点，在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可连接多个 DS18x20 温度传感器，这样不仅使测温电缆的制造简便、成本下降，而且提高了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换[6]。正是这些特点使得采用 DS18x20 温度传感器的粮情测控系统更适用于高大粮仓（诸如浅圆仓、立筒仓）的应用环境，可以解决高大粮仓在不需重新安装测温电缆的情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。由于这种温度传感器的价格比热敏电阻高出许多，所以 DS18x20 温度传感器粮情测控系统在房式仓中应用时不如热敏电阻粮情测控系统更具有性能价格比的优势。
（2）现场总线技术
现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种互连现场自动化设备及其控制系统的双向数字通讯协议，它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的变革，它代表着未来发展的方向。目前国内粮情测控系统采用了两种现场总线：LONWORKS总线技术和CAN总线技术。
（2）数字式温度传感器
数字式温度传感器的种类也不少，但用于粮情测控系统的温度传感器主要是Dallas 的 DS18x20 系列温度传感器，其温度检测范围为－55℃～＋125℃，检测精度为±0.5℃。DS18x20 采用 1－WireTM 接口，封装形式有 PR－35 和 SSOP－16 两种，粮情测控系统中采用的是 PR－35 封装。DS18x20 采用 9 个位表示测温点的温度值，每个 DS18x20 内部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个 DS18x20 共存于同一根数据传输线上。DS18x20 内部分为 4 个部分：1、64位序列号；2、保存临时数据的 8 字节片内 RAM；3、保存永久数据的 2 字节EEPROM；4、温度传感器[4][5]。
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文献综述
1.国内外发展现状和发展趋势
粮库温度监控技术是科学保粮的关键技术之一，目前国内已有数十家企业生产粮情温度测控系统产品，品种繁多，系统结构各异，但其基本功能无外乎粮仓内外温度检测、粮食内部温度检测及分析、通风机械的控制等几项，鉴于粮食储藏的特殊性，系统功能的重点放在了储粮内部温度的检测和分析上。粮库监控系统可以根据采用的温度Leabharlann Baidu感器和通信方式的不同进行如下分类：按温度传感器分类和按通信方式分类。
1.1按温度传感器分类
通常粮库监控系统主要选用热敏电阻、数字式温度传感器、光纤温度传感器作为温度传感器，也有选用其它温度传感器，例如 PN 结型温度传感器[1]。
（1）热敏电阻
以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，是国内粮库监控系统中采用最多的温度传感器。热敏电阻的电阻温度系数较高，室温电阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系[2]。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻[3]。以下提及的热敏电阻均指负温度系数热敏电阻。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的硬件由上位机、通信接口电路、智能分机、温度分线器、测温电缆、湿度分线器、测湿探头和通风控制器组成。在上位机上运行粮情测控系统软件，对检测到的温湿度数据进行分析，根据粮仓内外温湿度条件判断是否可以进行通风，手动或自动控制通风机械的启动和停止。通信转换电路分为内置式和外挂式两种，主要完成两种通信协议之间的衔接转换功能。智能分机是由微处理器、A/D 转换电路和通信电路等组成，主要功能包括接收上位机下达的指令、将现场采集上来的模拟信号数字化、向上位机传送数字化的温湿度值、向通风控制器下达启动或停止指令等。温湿度分线器主要完成接收智能分机下达的指令、将模拟开关切换到指定的温湿度测量点等功能。通风控制器主要功能是根据智能分机下达的指令控制通风机械的启动和停止。智能分机与温湿度分线器和通风控制器之间均采用单根多芯电缆连接，具有结构简洁、维护方便、成本低等诸多优点。采用热敏电阻作为温度传感器的测温电缆是粮情测控系统的重要组成部分，它是将多个热敏电阻置入一根测温电缆之中，电缆内加细钢丝绳提高抗拉强度、外加绝缘护套密封防腐。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的温度检测范围一般在－40℃～＋50℃之间，检测精度为±1℃，完全满足粮情温度检测的需要。
（3）光纤传感器
光纤温度传感器是近几年发展的新技术，也是工业中用的最多的光纤传感器之一。目前研究的光纤温度传感器主要有辐射式温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤热色传感器等。光纤温度传感器的精度更高，但成本较贵[7][8]。
1.2按通信方式分类
粮情温度测控系统的通信方式主要采用RS485总线技术和现场总线技术两种[9]。
（1）RS485总线技术
RS485是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。RS485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情测控系统采用较多的通信方式。由于RS485总线技术不支持多主结构，系统容量、通讯距离等方面具有很大的局限性，所以随着现代化大型粮食储备库的逐年增多，RS485通讯方式显得愈来愈力不从心。
采用数字式温度传感器粮情测控系统的结构与采用热敏电阻粮情测控系统的结构大致相同，只是用测控单元替代了智能分机、扩充接线器替代了温度分线器。测控单元与智能分机的区别在于没有用于将温度信号数字化的 A/D 转换电路，取而代之的是 1－WireTM 总线与上层通信总线之间的通信转换电路，如果系统选用了数字式湿度传感器则测控单元将完全由数字电路组成，而智能分机是由数字电路和模拟电路两部分构成的，这将使测控单元的电路设计更为容易。采用 DS18x20 温度传感器的粮情测控系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆大不相同，该测温电缆最多只需 3 根导线即可连接多个 DS18x20 温度传感器。最为简洁的结构是利用 DS18x20 可以通过数据线供电的特点，在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可连接多个 DS18x20 温度传感器，这样不仅使测温电缆的制造简便、成本下降，而且提高了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换[6]。正是这些特点使得采用 DS18x20 温度传感器的粮情测控系统更适用于高大粮仓（诸如浅圆仓、立筒仓）的应用环境，可以解决高大粮仓在不需重新安装测温电缆的情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。由于这种温度传感器的价格比热敏电阻高出许多，所以 DS18x20 温度传感器粮情测控系统在房式仓中应用时不如热敏电阻粮情测控系统更具有性能价格比的优势。
（2）现场总线技术
现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种互连现场自动化设备及其控制系统的双向数字通讯协议，它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的变革，它代表着未来发展的方向。目前国内粮情测控系统采用了两种现场总线：LONWORKS总线技术和CAN总线技术。
（2）数字式温度传感器
数字式温度传感器的种类也不少，但用于粮情测控系统的温度传感器主要是Dallas 的 DS18x20 系列温度传感器，其温度检测范围为－55℃～＋125℃，检测精度为±0.5℃。DS18x20 采用 1－WireTM 接口，封装形式有 PR－35 和 SSOP－16 两种，粮情测控系统中采用的是 PR－35 封装。DS18x20 采用 9 个位表示测温点的温度值，每个 DS18x20 内部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个 DS18x20 共存于同一根数据传输线上。DS18x20 内部分为 4 个部分：1、64位序列号；2、保存临时数据的 8 字节片内 RAM；3、保存永久数据的 2 字节EEPROM；4、温度传感器[4][5]。