摘要：本文提出一套基于PID算法的粮仓温湿度远程监控系统，实现多路温湿度检测、无线温湿度数据传输和控制、LCD显示、语音报警等功能。采用PID算法产生的PWM波来实现对温湿度的调节，可以有效地协调动态与稳态的关系，使系统达到最优化。
关键词：无线控制；PID算法；单片机；温湿度监测
1 前言
粮食是人类的生存之本，是各国经济发展的基础，是国家安全的重要保证。粮食安全不仅是个经济问题，更是一个政治问题，一般而言，各国为了保存粮食安全，粮食库存总量至少要能满足全国全年粮食消耗量的70%-80%。为了防止粮食在存储中发霉变质，对于粮仓的监测就显得尤为重要，其中粮仓的温度、湿度是粮仓监测的2个重要参数，设计一套高精度的粮仓温湿度监测系统有着极为重要的意义。
本文给出了一种能够远程无线检测和控制的双向温湿度控制系统。不仅能够把环境的温湿度和工作状态等数据实时远程无线传输和显示，而且可以通过远程无线设置参数及工作状态。并采用先进的PID控制算法，实现了恒温恒湿控制。
2总体方案
为了实现该系统所述的功能，该系统从功能上来说可以将本系统分为两个子系统：一是下位机温湿度数据采集子系统，二是上位机报警显示子系统。
下位机系统主要包括传感器模块，ZIGBEE模块，加湿模块，加热模块，单片机STC89C52。语音报警模块以及稳压电源模块。上位机包括无线模块，键盘模块，液晶显示模块以及处理器STC89C52。下位机将采集到的信息通过无线模块传送到上位机，上位机对信息进行处理并显示在液晶屏上，同时上位机的键盘模块也可以在线调整温湿度上下限，使粮仓温湿度维持在正常范围内。
3硬件设计
系统采用两片STC89C52作为系统的控制器，提高系统的稳定性和工作效率。采用PID算法产生PWM波来实现加热功率调节；采用DSl302实时时钟芯片计时；采用LCD12864为显示界面，采用无线数据收发模块实现无线数据传输，工作频率为315MHz；语音芯片ISD2560实现语音的分段录取、组合回放。采用温度芯片DS2438和相对湿度传感器HIH一3610实现对环境温湿度数据检测，经AD620仪用放大器对信号进行放大处理后，经A／D转换送入单片机。
图1 整体框图.png)
4 软件设计
由于该系统涉及PID控制算法，为此本文软件设计部分主要讲述PID算法， PID算法是一种按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行的控制，它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点。
PID是一种闭环控制算法，因此若实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是有反馈。比例（P）：反映系统的偏差E（T），系数大，可以加快调节，减少误差，但过大会造成系统不稳定。积分（I）：反映系统累计偏差，使系统消除稳态误差，只要有误差，就启动积分调节至无误差。微分（D）：反映系统偏差信号的变化率E（t）-E（t-1），能预测偏差变化的趋势，产生超前控制作用，在偏差还没出现前就已经被消除了，可改善系统的动态性能。
图2 PID算法框图.png)
PID算法执行前首先要设定比例P、积分I、微分D三个控制参数，增量式PID计算函数中有目标值与反馈值，其中：
E（t）=目标值-反馈值； （4-1）
PE（t）=E（t）-E（t-1）； （4-2）
DE（t）= E（t）-2*E（t-1）+E（t-2）； （4-3）
P（t）=Kp*PE（t）； （4-4）
I（t）=Ki* E（t）； （4-5）
D（t）=Kd* DE（t）； （4-6）
U（t）= P（t）+ I（t）+ D（t）=[E（t）-E（t-1）]+Ki*E（t）+Kd*[E（t）-2*E（t-1）+E（t-2）]；
5 总结
本文介绍了基于PID算法的粮仓温湿度远程监控系统的整体设计方案及操作细节，该系统包括上下位机两个部分，下位机主要是监测粮仓温湿度情况并运用PID算法产生PWM波来控制反馈模块（加热，加湿模块），上位机可以通过按键调节温湿度设定值并且可以将温湿度数值显示在液晶屏上。测试结果表明：系统操作简单，稳定可靠，能够有效地完成粮仓内温湿度的精确控制和远程监控，实现了设计预期目的，具有一定的应用价值。
参考文献：
[1]余永权，等．单片机在控制系统中的应用I-M]．北京：电子工业出版社，2003．
[2] 崔惠柳．串行实时时钟芯片DSl302及其应用[J]．广西工学院学报，1998，1．
[3]SP多用途无线数据收发模块[W]．http：／／www．jxyms．com／jqr／htdocs／PRINTLR．ASP?ID=5184
[4] 肖海荣，等．基于AT89C2051和ISD2560的录放音系统设计[J]．微计算机信息，2004，
[5]DALLAS Semiconductor Corp．DS2438 Data BookrM]．2003．
[6]Honeywell Corp．HiH一3610 Series Data BookEM]．2000．
论文作者:石志国,石傲飞,张小利,张鑫,郭儒雅
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/9/28
标签：温湿度论文; 算法论文; 粮仓论文; 系统论文; 模块论文; 上位论文; 偏差论文; 《基层建设》2016年12期论文;