【正文】 ................................ 10 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì) ................................................................................... 12 濕度采集模塊 .................................................................................................... 16 數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計(jì) ................................................................................... 21 超限值報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) ............................................................................... 24 4 系統(tǒng)調(diào) 試 ...................................................................................... 26 系統(tǒng)調(diào)試用到的工具 ........................................................................................ 26 硬件調(diào)試軟件 Proteus 軟件 ....................................................................... 26 軟件調(diào)試軟件 Keil 軟件 ............................................................................ 27 系統(tǒng)測(cè)試 ........................................................................................................... 29 軟件設(shè)計(jì)分析 ............................................................................................ 29 主要指標(biāo)測(cè)試 ............................................................................................. 30 IV 測(cè)試結(jié)果 ..................................................................................................... 30 5 結(jié)論 ............................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ........................................................................................... 32 致 謝 ............................................................................................... 33 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 ...................................................... 34 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 ......................................................... 35 附錄 1 糧食倉庫溫濕 度智能檢測(cè)系統(tǒng)源程序代碼 .......................... 36 附錄 2 系統(tǒng) Protues 電路原理圖 .................................................... 48 1 緒論 5 1 緒論 課題意義和研究背景 糧食儲(chǔ)藏是國(guó)家為防備戰(zhàn)爭(zhēng)、災(zāi)荒及其它突發(fā)性事件而采取的有效措施，因此，糧食的安全儲(chǔ)藏具有重要意義。目前， 中 國(guó)地方及墾區(qū)的各種大型糧庫都還存在著程度不同的糧食 儲(chǔ)存變質(zhì)問題。根據(jù)國(guó)家糧食保護(hù)法規(guī)定，必須定期抽樣檢查糧庫各點(diǎn)的糧食溫度和濕度，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施。但大部分糧庫目前還是采取人工測(cè)量溫度和濕度的方法，這不僅使糧庫工作人員工作量增大，且工作效率低，尤其是大型糧庫的溫度和濕度檢測(cè)任務(wù)如不 能及時(shí)徹底完成，則有可能會(huì)造成糧食大面積變質(zhì)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)， 中 國(guó)每年因糧食變質(zhì)而損失的糧食達(dá)數(shù)億斤，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失是驚人的。 影響糧食安全儲(chǔ)藏的主要參數(shù)是糧食的溫度和濕度，這兩者之間又是互相關(guān)聯(lián)的。糧食在正常儲(chǔ)藏過程中，含水量一般在 12%以下 (為安全狀態(tài) )，不會(huì)產(chǎn)生 溫度突變，一旦糧庫進(jìn)水、結(jié)露等使糧食的含水量達(dá)到 20%以上時(shí)，由于糧粒受潮，胚芽萌發(fā)，新陳代謝加快而產(chǎn)生呼吸熱，使局部糧食溫度突然升高，必然引起糧食 “發(fā)燒 ”和霉變，并可能形成連鎖反應(yīng)，從而造成不可挽回的損失。因此設(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的糧庫糧情溫濕度智能檢測(cè)系統(tǒng)是非常有必要的 [1]。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 糧情檢測(cè)屬監(jiān)控系統(tǒng)范疇，近年來，由于傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，因此，糧情檢測(cè)技術(shù)的研究在軟、硬件等方面都有了一定的進(jìn)展。 早期糧情 監(jiān)測(cè)主要采用溫度計(jì)測(cè)量法，它是將溫度計(jì)放入特制的插桿中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)插在糧堆的多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，管理人員定期拔出讀數(shù)，確定糧溫的高、低，決定是否倒糧。這種方法對(duì)儲(chǔ)糧有一定的作用，但由于溫度計(jì)精度、人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫度檢測(cè)不僅速度慢，而且精度低，抽樣不徹底，局部糧溫過高不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致因局部糧食發(fā)霉變質(zhì)引起大面積壞糧的情況時(shí)有發(fā)生。 隨著科技的發(fā)展，從 1978 年開始，采用電阻式溫度傳感器、采樣器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、報(bào)普器等組成的儲(chǔ)糧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)，它可對(duì)各糧庫的各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測(cè)，檢測(cè)速度、精度大大提高，降低 了勞動(dòng)強(qiáng)度，但由于電阻傳感器的靈敏度低，致使檢測(cè)精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想。至 1990 年，糧情檢測(cè)系統(tǒng)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 有了很大的改善和提高，系統(tǒng)在布線上采用矩陣式布線技術(shù)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集部分的線路，在傳感器方面應(yīng)用了半導(dǎo)體、熱電偶等器件 ； 在線路傳輸上采用了串行傳輸方式，從而減少了傳輸線根數(shù) 。采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并采用各種手段提高數(shù)據(jù)傳輸及檢測(cè)速度，通過軟硬件技術(shù)的結(jié)合，檢測(cè)精度和可靠性較以前有很大提高。但溫度傳感器的線性度差，系統(tǒng)的檢測(cè)精度仍不理想，無法大面積推廣。 近年來，隨著單片機(jī)功能的日益強(qiáng)大和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用 ，糧情檢測(cè)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性要求越來越高。尋找最佳配置和最好的性價(jià)比成為糧情監(jiān)測(cè)研究的熱點(diǎn) [2]。 國(guó)外在糧情監(jiān)控技術(shù)上己達(dá)到了很成熟的地步，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應(yīng)用于糧情檢測(cè)系統(tǒng)。這種傳感器采用了半導(dǎo)體集成電路與微控制器最新技術(shù)，在一個(gè)管芯上集成了半導(dǎo)體溫度檢測(cè)芯片、數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)算機(jī)接口芯片，存儲(chǔ)芯片等，除完成溫度檢測(cè)功能外，還可完成預(yù)置范圍溫度、報(bào)警、多路 AD 轉(zhuǎn)換、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?。由于?shù)字溫度傳感器直接傳出數(shù)字量，從而解決了溫度信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸問題及傳輸過程中因干擾和衰減而導(dǎo)致的精度降低等問題。 目前，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器配套產(chǎn)品，如遠(yuǎn)程控制模塊、中繼器、接插器、分線器等，技術(shù)也比較成熟。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 具體來說該學(xué)生的主要任務(wù)是在系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上，利用 MCS51 單片機(jī)的匯編語言或 C51 語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)：（ 1）糧食倉庫的溫度、濕度實(shí)時(shí)測(cè)量功能；（ 2）將測(cè)量到的溫濕度含量顯示在 4 位數(shù)碼管；（ 3）利用若干個(gè)開關(guān)按鍵設(shè)置溫度、濕度的標(biāo)準(zhǔn)值；（ 4）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度、濕度超限報(bào)警功能 。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 、執(zhí)行電路等硬件電路 ； ； 、分析處理、顯示、修改、參數(shù)設(shè)置、控制等程序功能模塊 ； ，提高系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。 2 系統(tǒng)方案論證 7 2 系統(tǒng)方案及論證 總體方案設(shè)計(jì) 經(jīng)分析，將系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是由溫濕度傳感器組成的檢測(cè)部分，另一個(gè)是由單片機(jī)和 LED 數(shù)碼管 組成的主控與顯示部分。如圖所示 DS18B20 和 HS1101 濕度檢測(cè)電路將檢測(cè)到的數(shù)送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并送到 LED 數(shù)碼管 ，5V 穩(wěn)壓電源給各個(gè)部分供電 。系統(tǒng)組成框圖如圖 所示 。 圖 系統(tǒng)組成框圖 模塊化編程思想方案論證 如果一本書沒有章、節(jié)和段落，學(xué)習(xí)起來該有多么困難。將復(fù)雜任務(wù)和主題分解為更便于管理的部分，是使它們更容易處理的一種方法。同樣，計(jì)算機(jī)程序也可以分解為小的子程序，或模塊，而這些子程序或模塊可以分別進(jìn)行開發(fā)和測(cè)試。這種方法就稱為模塊化程序設(shè)計(jì) (modular programming)。模塊最重要的屬性是它們應(yīng)該盡可能的獨(dú)立和自包含。另外，一般將它們?cè)O(shè)計(jì)成執(zhí)行一個(gè)特定的、定義好的函數(shù)，它有一個(gè)入口點(diǎn)和一個(gè)退出點(diǎn)。同時(shí)，模塊常常很短 (通常只有 50 到 100 條指令 )和高度內(nèi)聚的 [3]。 模塊化程序設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)。不管對(duì)于開發(fā)者還是用戶來說，小的、自包含的單元都更易于設(shè)計(jì)和理解底層的邏輯。模塊化程序設(shè)計(jì)使開發(fā)更方便，這是因?yàn)槊總€(gè)模塊都可以獨(dú)自得以完善。事實(shí)上，對(duì)于大型軟件項(xiàng)目，不同的程序員可以只負(fù)責(zé)各自的組件。模塊化設(shè)計(jì)也使調(diào)試和測(cè)試程序更加容易，因?yàn)殄e(cuò)誤更容易隔離開來。最后，程序的維護(hù)和修改更加方便。這主要是因?yàn)榭梢蚤_發(fā)新模塊來執(zhí)行額外的任務(wù)，然后將其集成到現(xiàn)有的、組織良好的架構(gòu)中。單片機(jī) 顯示模塊 HS1101 濕度檢測(cè)電路 DS18B20溫度檢測(cè) 電源 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 盡管所有這些屬性都是使用模塊的理由，而與數(shù)值工程問題求解 相 關(guān)的、最重要的理由是，可以對(duì)有用的模塊庫進(jìn)行維護(hù)，以便以后在其 的程序中使用 。 顯示模塊的選擇與論證 LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼， 從而顯示出需 要的數(shù)位，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示 方案 對(duì)于 單片機(jī)的 I/O 接口 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)位解碼器解碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 接口 多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58＝ 40 根 I/O 接口 來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單 片機(jī)可用的 I/O接口 才 32 個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加解碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性 。 動(dòng)態(tài)顯示 方案 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 “ a,b,c,d,e,f,g,dp” 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通 COM 端電路的控制，所以 只要將需要顯示的 數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 透過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1~2ms 暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 接口 ，而且功耗更低 [4]。 編程語言選擇方案 匯編語言 匯編語言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言， 也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對(duì)應(yīng)于高級(jí)語言的編譯器，需要一個(gè)“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。高級(jí)的匯編器如 MASM， TASM等等為寫匯編程序提供了很多類似于高級(jí)語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級(jí)語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級(jí)，即使全部用匯編語言來編寫 Windows 的應(yīng)用程序也是西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 可行的，但這不是匯編語言的長(zhǎng)處。匯編語言的長(zhǎng)處在于編寫高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序。 C 語言 C 語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用