【正文】 論文 ............................................................76附錄 2 中文翻譯 ............................................................85第一章 緒論第一節(jié) 研究背景及其意義 民以食為天 ，糧食是人類生存的必需品 。我國(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，然而農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度較低，農(nóng)副產(chǎn)品儲(chǔ)藏、加工和流通技術(shù)與體系的落后，不僅對(duì)我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品的國(guó)際貿(mào)易、國(guó)內(nèi)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)造成不利影響。而且也阻礙了農(nóng)業(yè)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)本身的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高。據(jù)專家預(yù)測(cè)，從現(xiàn)在起到 21 世紀(jì) 30 年代，中國(guó)糧食和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，正進(jìn)入一個(gè)重要的歷史發(fā)展階段，人口的繼續(xù)增長(zhǎng)將要達(dá)到高峰時(shí)期，耕地的繼續(xù)減少下降到更低的低谷，非耕地資源開(kāi)發(fā)需要投入巨大的資金，人民生活將要進(jìn)入富裕階段，這一時(shí)期中國(guó)的糧食和農(nóng)業(yè)狀況如何，成為舉世矚目的重大問(wèn)題。21 世紀(jì) 30 年代，人口持續(xù)增長(zhǎng)將要達(dá)到高峰的 16 億人，耕地繼續(xù)養(yǎng)活到人均 畝，耕地繼續(xù)減少，到 2030 年減少到 億畝。根據(jù)統(tǒng)計(jì)面積，在過(guò)去的 15 年里，中國(guó)耕地由 1980 年的 億畝減少到 1995 年的 億畝，平均每年減少耕地面積 434萬(wàn)畝，人均耕地面積由 畝減少到 畝。到 2022 年，糧食總產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到 億噸左右。全國(guó)糧食單位面積產(chǎn)量將由 1995年的 283 公斤增加到每畝 340 公斤。到 2020 年的糧食總產(chǎn)量將達(dá)到 億噸。到 2030年糧食生產(chǎn)總量達(dá)到 億噸。因此科學(xué)儲(chǔ)糧是保障人民糧食供應(yīng)，促進(jìn)社會(huì)安定的大事。隨著國(guó)家農(nóng)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣，國(guó)家糧食總產(chǎn)量不斷突破歷史新高。但國(guó)家的糧食儲(chǔ)備狀況自建國(guó)以來(lái)卻沒(méi)有得到明顯改善，全國(guó) 80％左右的糧食仍采取極其原始的存儲(chǔ)方式。每年由于糧食存儲(chǔ)不善造成的損耗，幾乎抵消了農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)。在這樣一種大形勢(shì)下，國(guó)家投資興建了大型現(xiàn)代化糧庫(kù)，最大糧庫(kù)方圓幾公里，倉(cāng)庫(kù)房數(shù)為數(shù)十個(gè)。由于大型糧庫(kù)中糧倉(cāng)的容量和糧庫(kù)的規(guī)模都是前所未有的，這些因素對(duì)原有小糧庫(kù)的正常運(yùn)行帶來(lái)了一些新問(wèn)題。主要存在的問(wèn)題有如何隨時(shí)掌控每個(gè)倉(cāng)內(nèi)糧食的質(zhì)量變化情況，保證入庫(kù)的糧食在較長(zhǎng)時(shí)間的保存期內(nèi)不變質(zhì)。在儲(chǔ)藏過(guò)程中，糧食受溫度、濕度及其他因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲(chóng)害等情況。為了減少糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中損失，保障糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，首先應(yīng)該及時(shí)準(zhǔn)確地掌控糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中的各種物理因素的變化情況，找出其變化規(guī)律。糧情測(cè)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中對(duì)糧情變化的實(shí)時(shí)檢測(cè) 、對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)、對(duì)異常糧情提出處理意見(jiàn)和控制措施等，為科學(xué)及安全儲(chǔ)糧提供技術(shù)保證和科學(xué)依據(jù)。谷物冷卻、機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸、糧情測(cè)控是四項(xiàng)儲(chǔ)糧新技術(shù)，其中糧情測(cè)控是基礎(chǔ)。糧情測(cè)控是其他三項(xiàng)儲(chǔ)糧技術(shù)運(yùn)行狀態(tài)的觀察者和運(yùn)行結(jié)果的真實(shí)反應(yīng)者。糧情測(cè)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、直接關(guān)系到其他三項(xiàng)儲(chǔ)糧技術(shù)運(yùn)行和應(yīng)用效果，是四項(xiàng)儲(chǔ)糧技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。由此可見(jiàn)，糧情測(cè)控系統(tǒng)在糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中的重要地位和所起的決定作用。糧情測(cè)控系統(tǒng)包括：糧情檢測(cè)、分析與通風(fēng)控制。 “糧情檢測(cè)”在糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中所起的作用就像“人工”保管時(shí)期保管人員的“眼睛”和“鼻子” ，對(duì)糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中各種糧情進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，并密切關(guān)注著糧情的實(shí)時(shí)變化；“糧情分析”就像保管人員的“大腦”,對(duì)通過(guò)“眼睛”和“鼻子”觀察到各種糧情及其變化情況，并根據(jù)糧食儲(chǔ)藏技術(shù)的特點(diǎn)和糧食儲(chǔ)藏的各種環(huán)境條件進(jìn)行綜合分析與判斷，給出響應(yīng)的結(jié)論及處理建議；“通風(fēng)控制”就像保管人員的“手”和“腳” ，根據(jù)“大腦”的結(jié)論的處理建議來(lái)采取相應(yīng)的處理措施，以確保糧食處在適宜的儲(chǔ)藏狀態(tài)，保證糧食儲(chǔ)藏的安全。糧食檢測(cè)、分析、控制三者之間的關(guān)系對(duì)于糧情檢測(cè)分析控制系統(tǒng)而言，首先，應(yīng)滿足安全儲(chǔ)糧的具體技術(shù)要求。糧情檢測(cè)是基礎(chǔ)，糧情分析是依據(jù)，通風(fēng)控制是手段。糧情檢測(cè)是對(duì)糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中糧堆溫、濕度，倉(cāng)內(nèi)溫、濕度，大氣溫、濕度等基本檢測(cè)參數(shù)變化的記錄。糧情測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)電源電纜、通訊電纜將計(jì)算機(jī)、檢測(cè)主機(jī)、檢測(cè)分機(jī)、分線器和傳感器、風(fēng)機(jī)連接起來(lái)構(gòu)成的系統(tǒng)。糧情測(cè)控過(guò)程是把埋在糧堆內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器所感應(yīng)到的溫濕度變化情況，通過(guò)分線器、檢測(cè)主機(jī)、檢測(cè)分機(jī)反映到主控機(jī)房的計(jì)算機(jī)上，使糧庫(kù)保管人員可以隨時(shí)觀察糧堆內(nèi)的溫濕度變化情況，并采取相應(yīng)的處理措施，以確保糧食儲(chǔ)藏過(guò)程的安全。建立糧情檢測(cè)產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用新體系，應(yīng)本著一切從國(guó)情出發(fā)，從實(shí)際需要出發(fā)，從目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平出發(fā)，面向遍布全國(guó)各產(chǎn)區(qū)和銷區(qū)糧庫(kù)的不同倉(cāng)房類型，優(yōu)化不同類型和功能、性價(jià)比高的糧情檢測(cè)成套系列化產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的來(lái)滿足糧食儲(chǔ)藏的不同需求。我國(guó)每年糧食總產(chǎn)量約 億噸左右，全國(guó)進(jìn)行流通的糧食大約 億噸,全國(guó)現(xiàn)有糧庫(kù)數(shù)量就有 58000 多個(gè)，倉(cāng)房類型繁多，按大類劃分諸如：平房倉(cāng)、筒倉(cāng)、樓房倉(cāng)、圓倉(cāng)、淺圓倉(cāng)等，且倉(cāng)容規(guī)模大小不等，遍布全國(guó)各地。利用先進(jìn)的檢測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，在現(xiàn)有糧情測(cè)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化糧情測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)品種類。研究建立適應(yīng)不同倉(cāng)型的糧情測(cè)控系統(tǒng)成套技術(shù)和裝置，使糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中測(cè)控技術(shù)日趨規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，是國(guó)情及糧食儲(chǔ)藏過(guò)程之所需。糧情測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化問(wèn)題的研究解決將有力地推動(dòng)我國(guó)糧庫(kù)糧情測(cè)控技術(shù)新體系的建立，為倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)管理工作提供強(qiáng)適應(yīng)性測(cè)控手段，確保儲(chǔ)糧的科學(xué)和安全。第二節(jié) 單片機(jī)綜述一、單片機(jī)的硬件　 單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。它是在一塊芯片上集成（嵌入）了 CPU、RAM 和 ROM 存儲(chǔ)器、I/O 接口等而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。因主要用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域，故又稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機(jī)的核心是中央處理器 CPU。用超大規(guī)模集成技術(shù)把 CPU 集成在一塊芯片上，稱為微處理器。微處理器、微控制器和微型計(jì)算機(jī)三者的關(guān)系十分密切。目前，單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中已占重要地位。各電氣廠商、機(jī)電行業(yè)和測(cè)控企業(yè)都把單片機(jī)作為本部門(mén)產(chǎn)品更新?lián)Q代、產(chǎn)品智能化的重要工具。全世界單片機(jī)的生產(chǎn)廠家有 30 多家，能生產(chǎn) 60 多個(gè)系列，1000 多個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品。二、單片機(jī)的軟件 通常單片機(jī)開(kāi)發(fā)中用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言。編寫(xiě)程序后用 PE、EDLI 等軟件在計(jì)算機(jī)上編輯，然后編譯成機(jī)器碼文件，再由通信軟件將機(jī)器碼文件送入單片機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試。隨著單片機(jī)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和功能的復(fù)雜，用匯編語(yǔ)言編制程序的方法有明顯的缺點(diǎn)。主要是效率低，程序不易維護(hù)，不能移植，很不適應(yīng)要求。有必要尋求一種高效率的結(jié)構(gòu)化的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這些語(yǔ)言現(xiàn)在有 C、PL/M、Forth 、Pascal、Modula－2 等。 C 語(yǔ)言是一種介于高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言之間的適于單片機(jī)開(kāi)發(fā)用的語(yǔ)言。它既有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又易與匯編語(yǔ)言接口。原來(lái)用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的程序現(xiàn)在可以用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)。只是在體現(xiàn)速度的場(chǎng)合如信息的實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)控制，以及和硬件打交道的場(chǎng)合如接口驅(qū)動(dòng)程序，才會(huì)插入?yún)R編語(yǔ)言程序。一些開(kāi)發(fā)系統(tǒng)都配有 C 語(yǔ)言調(diào)試程序、編譯器等?！? PL/M 是 Intel 開(kāi)發(fā)的一種結(jié)構(gòu)化高級(jí)語(yǔ)言。如 PL／M －96 是其中一種。其編譯生成的機(jī)器碼就是 MCS－96 系列單片機(jī)的機(jī)器碼。其編譯、連接、定位程序可以在 80386 及其兼容機(jī)上運(yùn)行。 Forth 語(yǔ)言原來(lái)是 60 年代美國(guó)人 CharlesMore 發(fā)明的一種中級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，用于控制天文望遠(yuǎn)鏡，1986 年移植到單片機(jī)中。它具有速度快、程序簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)精巧、擴(kuò)充方便、空間節(jié)省等特點(diǎn)。適宜向工控、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)處理、智能機(jī)器人、儀表等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。Forth 語(yǔ)言別具一格，與其它高級(jí)語(yǔ)言不同，它以詞典為核心，以堆棧為運(yùn)算場(chǎng)所，把解釋、編譯、調(diào)度、設(shè)備管理等集于一體，能同時(shí)使用 Forth 高級(jí)語(yǔ)言、編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言。因 Forth 的內(nèi)核只占 2k～8k，很容易裝入儀表內(nèi)部?！? 因 Modula－2 是基于 Pascal 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)移植來(lái)的，具有 Pascal 的特點(diǎn)，它們都比 C 差些。三、單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)所走的路與微處理器是不同的。微處理器向著高速運(yùn)算、數(shù)據(jù)分析與處理能力、大規(guī)模容量存儲(chǔ)等方向發(fā)展，以提高通用計(jì)算機(jī)的性能。其接口界面也是為了滿足外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)接口而設(shè)計(jì)的 。單片機(jī)則是從工業(yè)測(cè)控對(duì)象、環(huán)境、接口特點(diǎn)出發(fā)，向著增強(qiáng)控制功能、提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構(gòu)成應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的界面接口的方向發(fā)展。因此，單片機(jī)特點(diǎn)主要是： 品種多樣，型號(hào)繁多。品種型號(hào)逐年擴(kuò)充以適應(yīng)各種需要。使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者有很大的選擇自由。CPU 從 132 到 64 位，有些還采用 RISC 技術(shù)；　 提高性能，擴(kuò)大容量。集成度已達(dá) 200 萬(wàn)個(gè)晶體管以上?？偩€工作速度已達(dá)數(shù)十微秒。工作頻率達(dá)到 30MHz 甚至 40MHz。指令執(zhí)行周期減少到數(shù)十微秒。存儲(chǔ)器容量RAM 發(fā)展到 1K、2K，ROM 發(fā)展到 32K、64K；　 增加控制功能，向外部接口延伸。把原屬外圍芯片的功能集成到本芯片內(nèi)?，F(xiàn)今的單片機(jī)已發(fā)展到在一塊含有 CPU 的芯片上，除嵌入 RAM、ROM 存儲(chǔ)器和 I/O 接口外，還有 A/D、PWM、UART、Timer/Counter 、DMA、Watchdog、Serial Port、 Sensor、driver、還有顯示驅(qū)動(dòng)、鍵盤(pán)控制、函數(shù)發(fā)生器、比較器等，構(gòu)成一個(gè)完整的功能強(qiáng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；　 低功耗。供電電壓從 5V 降到 3V、2V 甚至 1V 左右。工作電流從 mA 級(jí)降到 μA 級(jí)。在生產(chǎn)工藝上以 CMOS 代替 NMOS，并向 HCMOS 過(guò)渡；　 應(yīng)用軟件配套。提供了軟件庫(kù)，包括標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用軟件，示范設(shè)計(jì)方法。使用戶開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)更快速、方便。使有可能做到用一周時(shí)間開(kāi)發(fā)一個(gè)新的應(yīng)用產(chǎn)品；　 系統(tǒng)擴(kuò)展與配置。有供擴(kuò)展外部電路用的三總線結(jié)構(gòu) DB、AB 、CB，以方便構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、多機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)專門(mén)開(kāi)發(fā)出單片機(jī)串行總線。此外，還特別配置有傳感器，人機(jī)對(duì)話 、網(wǎng)絡(luò)多通道等接口，以便構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)和多機(jī)系統(tǒng)。四、單片機(jī)的分類及應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化裝置、智能儀器儀表、過(guò)程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)分類及應(yīng)用領(lǐng)域，目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò) 1000 多種，流行體系結(jié)構(gòu)有 30 幾個(gè)系列，其中 8051 體系的占有多半。生產(chǎn) 8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有 20 多個(gè)，共 350 多種衍生產(chǎn)品。通常按單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)將單片機(jī)分為 4 位、8 位、16 位、32 位機(jī)。（一）4 位單片機(jī)四位單片機(jī)適合用于各種規(guī)模較小的家電類消費(fèi)產(chǎn)品。一般的單片機(jī)廠家均有自己的四位單片機(jī)產(chǎn)品，有 OKI 公司的 MSM64164C、 MSM64481，NEC 公司的 75006X 系列、EPSON 公司的 SMC62 系列等。典型應(yīng)用領(lǐng)域有：PC 機(jī)用的輸入裝置(鼠標(biāo)、游戲桿)、電池充電器(NiCd 電池、鋰電池)、運(yùn)動(dòng)器材、帶液晶顯示的音頻、視頻產(chǎn)品控制器、一般家用電器的控制及遙控器、玩具控制、記時(shí)器、時(shí)鐘、表、計(jì)算器、多功能電話、LCD 游戲機(jī)。（二）8 位單片機(jī) 八位單片機(jī)是目前品種最為豐富、應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)，有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)。目前主要分為 MCS51 系列及其兼容機(jī)型和非 MCS51 系列單片機(jī)。 MCS51 兼容產(chǎn)品因開(kāi)發(fā)工具及軟硬件資源齊全而占主導(dǎo)地位，ATMEL、PHILIPS、WINBOND 是 MCS51 單片機(jī)生產(chǎn)的老牌廠家， CYGNAL 及 ST 也推出新的產(chǎn)品，其中 ST 的新推出的 μPSD 系列片內(nèi)有大容量 FLASH（128/256KB） 、8/32KB 的 SRAM、 集成 A/D、看門(mén)狗、上電復(fù)位電路、兩路 UART、支持在系統(tǒng)編程ISP 及在應(yīng)用中編程 IAP 等諸多先進(jìn)特性，迅速被廣大 51 單片機(jī)用戶接受。 非 51 系列單片機(jī)在中國(guó)應(yīng)用較廣的有 MOTOROLA68HC05/08 系列、 MICROCHIP的 PIC 單片機(jī)以及 ATMEL 的 AVR 單片機(jī)。八位單片機(jī)在自動(dòng)化裝置、智能儀器儀表、過(guò)程控制、通信、家用電器等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 （三）16 位單片機(jī) 十六位單片機(jī)操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比 8 位機(jī)有較大提高。目前以INTEL 的 MCS96/196 系列、TI 的 MSP430 系列及 MOTOROLA 的 68HC11 系列為主。十六位單片機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器儀表 、便攜式設(shè)備等場(chǎng)合。其中 TI 的MSP430 系列以其超低功耗的特性廣泛應(yīng)用于低功耗場(chǎng)合。（四）32 位單片機(jī) 32 位單片機(jī)是單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著技術(shù)發(fā)展及開(kāi)發(fā)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降將會(huì)與 8 位機(jī)并駕齊驅(qū)。生產(chǎn) 32 位單片機(jī)的廠家與 8 位機(jī)的廠家一樣多。MOTOROLA、TOSHIBA、HITACH、NEC、EPSON 、MITSUBISHI、SAMSUNG 群雄割據(jù)， 其中以 32 位 ARM 單片機(jī)及 MOTOROLA 的 MC6868K 系列應(yīng)用相對(duì)廣泛。基于 ARM 核的單片機(jī)占據(jù)了 2022 年的 32 位單片機(jī)市場(chǎng) 75%的份額。 對(duì)單片機(jī)選型的市場(chǎng)調(diào)查，8 位單片機(jī)仍是市場(chǎng)主流產(chǎn)品，但 32 位單片機(jī)發(fā)展很迅速?；?INTERNET、無(wú)線數(shù)字傳輸?shù)那度胧綉?yīng)用將會(huì)是 32 位機(jī)最廣泛的市場(chǎng)。在此領(lǐng)域