【正文】 科技學(xué)院2013屆本科畢業(yè)論文 基于51單片機(jī)糧庫無線溫度監(jiān)測系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 專 業(yè)： 通信工程 指導(dǎo)教師： 王 松 學(xué)生姓名： 羅 強(qiáng) 學(xué)生學(xué)號： 0920041342 中國﹒貴州﹒貴陽2013年5月I 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 頁 目 錄摘要 ⅢAbstract Ⅳ第一章 緒論 1 引言 1 現(xiàn)狀 1 目的和意義 2 本文結(jié)構(gòu) 2第二章 方案的比較和論證 3 溫度傳感器的選型 3 無線發(fā)送模塊的選型 4 語音芯片的選型 5 顯示模塊的選型 6第三章 MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理簡介 7 MCS51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7 MCS51單片機(jī)的組成 7 CPU 7 MCS51單片機(jī)外部結(jié)構(gòu) 8 MCS51單片機(jī)引腳功能 8 復(fù)位和復(fù)位電路 10 MCS51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10 10 11 MCS51單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 12 12 13第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 系統(tǒng)硬件框圖 15 單片機(jī)模塊 16II 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 頁 16 RF1100232技術(shù)指標(biāo) 17 RF1100232端口定義 17 RF1100232參數(shù)設(shè)定 18 溫度傳感器模塊 22 DS18B20的管腳定義及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 22 DS18B20溫度數(shù)據(jù)格式 23 DS18B20溫度傳感器工作原理 23 24 數(shù)碼管顯示 24 26 28 28 ISD1700典型的應(yīng)用電路 31 32 32 32第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 33 33 33 Keil軟件使用方法 33 41 43 46 48第六章 設(shè)計(jì)總結(jié) 53參考文獻(xiàn) 54附錄 55致謝 68III 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 頁 基于51單片機(jī)糧庫無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要糧食是國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，是人民的生活必需品。糧食安全是國家安全的基礎(chǔ)。然而，我國糧食霉變事故時(shí)有發(fā)生，造成巨大的糧食浪費(fèi)，危害國家糧食安全。為此，本文設(shè)計(jì)和構(gòu)建了糧食倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測糧食倉庫中各個(gè)糧倉的溫度。方便糧庫管理人員掌控糧情，做好防范措施，防止糧食安全事故的發(fā)生。本文首先從理論上論述了溫度監(jiān)測的重要意義，討論了糧食倉庫中溫度的允許變化范圍，探討了測量糧食倉庫溫度的原理和方法。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了糧食倉庫溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。此系統(tǒng)用51單片機(jī)、溫度傳感器和無線發(fā)送模塊構(gòu)成溫度檢測與發(fā)送裝置 ；用51單片機(jī)、LCD顯示裝置和無線發(fā)送模塊構(gòu)成溫度接收與顯示裝置；用語音芯片構(gòu)成定時(shí)報(bào)溫與超溫報(bào)警裝置。實(shí)現(xiàn)溫度信號的無線傳輸、對倉庫內(nèi)多個(gè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和語音報(bào)溫報(bào)警。其設(shè)計(jì)指標(biāo)：溫度檢測范圍為 40℃至60℃，溫度檢測誤差=℃。溫度控制目標(biāo)范圍為10℃至30℃，控制點(diǎn)的間隔為1℃，超過目標(biāo)范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警，以方便管理人員對溫度的把握與控制。此系統(tǒng)采用了無線射頻技術(shù)，有效距離達(dá)到200米，完全可以滿足中小型糧食倉庫的溫度監(jiān)測。關(guān)鍵詞：糧庫；溫度多點(diǎn)監(jiān)測；無線傳輸；51單片機(jī) IV 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 頁 Design and Implementation of Grain Depot Wireless Temperature Monitoring System Based on 51 MCUAbstractFood is the national strategic materials and the daily necessities of the food security is the foundation of national ,our country grainmildewing accidents occur frequently, causing huge waste, endangering national food this end, this paper design and build the grain depot temperature monitoring system, mainly used for realtime monitoring the granary of the temperature in the grain order to control the grain situation, plete the prevention measures, and prevent food safety accidents.This paper first theoretically discusses the importance of temperature monitoring and discuss the allowed range of food warehouse ,The paper discusses the principle and method of measuring grain warehouse this basis, the paper begin to design and implement the wireless temperature monitoring system of the grain system uses microputer, temperature sensor and wireless sending module to constitute temperature detection and sending device。uses microputer, LCD display and wireless sending module to constitute temperature receiving and display device。uses voice chip to constitute temperaturevoiced and over temperature alarm , the system realizes the temperature signal wireless transmission, realtime monitoring of multiple points temperature,temperaturevoiced and over temperature alarm.The design indexes: temperature detection range for 40 ℃ to 60 ℃ and the temperature detection error = ℃.The temperature controls target range for 10 ℃ to 30 ℃. And the system is automatically alarming when the temperature is above target ,it easy to facilitate management staff to grasp and control of the system using a wireless radio frequency technique, the effective distance is 200 meters, can pletely satisfy the small and mediumsized grain warehouse temperature monitoring.Key words：grain depot, multipoints temperature monitoring, wireless transmission, 51 MCU 第 71 頁 貴州大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第一章 緒論 引言我國是一個(gè)人口眾多的大國, 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, 糧倉溫度的監(jiān)測在科學(xué)儲(chǔ)糧中占有重要地位。在大多數(shù)糧食存儲(chǔ)企業(yè), 目前仍主要靠人工檢測糧倉溫度。由于糧庫占地面積大，糧倉分散，倉內(nèi)溫度測試點(diǎn)多，因而人工監(jiān)測工作量大，效率低，檢測周期長，容易漏檢，而且測量器件損壞率高，測試精度難以保證。所以，設(shè)計(jì)和研制可靠的糧倉溫度監(jiān)測系統(tǒng)十分重要。隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展，無線傳輸技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。無線監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代化交通、運(yùn)輸、水利、航運(yùn)、鐵路、治安、消防、邊防檢查站、森林防火、公園、景區(qū)、廠區(qū)、小區(qū)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用十分前景廣闊。如家用電器、航空航天 、國防軍事 、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)診斷、刑事偵查 、交通管理等，這領(lǐng)域都離不開傳感器。 本文正是在上述背景下，以單片機(jī)控制為核心，結(jié)合無線傳輸技術(shù)和傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了糧庫無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用了語音芯片，使溫度監(jiān)測系統(tǒng)更加地完善。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括單片機(jī)模塊，無線收發(fā)模塊，溫度傳感器模塊，顯示模塊，語音報(bào)溫模塊五個(gè)部分。文中對每個(gè)部分功能和實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)地介紹。然后進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)、焊接與組裝。最終達(dá)到的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)溫度信號的無線傳輸，對倉庫內(nèi)多個(gè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)語音報(bào)溫及超溫報(bào)警。要求成本低、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)，適用于中小型倉庫的溫度監(jiān)測。此系統(tǒng)提高了糧庫的溫度監(jiān)測速度和監(jiān)測精度，增強(qiáng)了糧庫溫度監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和有效性，有效防止了糧食霉變事故的發(fā)生。同時(shí)，節(jié)省了大量的人力和物力，減輕了糧庫管理的工作強(qiáng)度，提高了糧庫管理的效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。 現(xiàn)狀隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，倉庫溫度自動(dòng)監(jiān)測方面的研究有了明顯的進(jìn)展。我國近年引進(jìn)了多達(dá)16個(gè)國家和地區(qū)的倉庫環(huán)境控制系統(tǒng)，對吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和推動(dòng)糧庫溫度自動(dòng)檢測產(chǎn)生了積極的作用，但多因能耗過大、造價(jià)高、品種未能配套，未能達(dá)到很好的效果。目前，我國許多糧倉對環(huán)境溫度的測試還停留在人工巡回測試水平上，其工作量大、可靠性差。糧食行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要指出，“十二五”時(shí)期是加快現(xiàn)代糧食流通產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，同時(shí)保障國家糧食安全也面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。提出了完善糧食倉儲(chǔ)設(shè)施，如配置必要的糧情檢測等設(shè)備。而糧庫溫度監(jiān)測則是糧食安全的重要保障，所以設(shè)計(jì)并研制性價(jià)比較高的糧庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。 目的和意義糧庫溫度監(jiān)測是糧食質(zhì)量的重要保障，隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)人工檢測的方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、精確度低等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前需要。本文以51單片機(jī)控制為核心，設(shè)計(jì)糧倉溫度監(jiān)測系統(tǒng)，信號采用無線傳輸，對倉庫內(nèi)多個(gè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)語音報(bào)溫及超溫報(bào)警，要求成本低、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。適用于中小型倉庫的溫度監(jiān)測。此系統(tǒng)克服了以前靠糧庫管理人手工檢查、測量糧倉溫度的缺點(diǎn)，提高了糧庫的溫度監(jiān)測速度和監(jiān)測精度，增強(qiáng)了糧庫溫度監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和有效性。因此，能有效防止糧食霉變事故的發(fā)生，同時(shí)也節(jié)省了大量的人力和物力，減輕了糧庫管理的工作強(qiáng)度，從而提高了糧庫管理的效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。 本文結(jié)構(gòu)本文通過對無線發(fā)送模塊和溫度傳感器等基本原理闡述，詳細(xì)地介紹了基于51單片機(jī)糧庫無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)過程。第一章：緒論。本章闡述了本課題的背景、現(xiàn)狀及研究意義。 第二章：方案的比較和論證。本章通過分析和比較，選擇最佳的元器件。 第三章：MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理。單片機(jī)是溫度監(jiān)測系統(tǒng)最核心的部分。本章簡要地介紹了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理。第四章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。本章對各個(gè)模塊中使用到的主要器件的原理和使用方法進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，并進(jìn)行了硬件的設(shè)計(jì)。 第五章：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。介紹系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境，并進(jìn)行了主要模塊的軟件設(shè)計(jì)。 第六章：設(shè)計(jì)總結(jié)。本首先對整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié)，然后指出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足和改進(jìn)的方向。第二章 方案的比較和論證 溫度傳感器的選型方案一：采用AD590，它的測溫范圍在55℃～+150℃之間。精度高，非線形誤差為177。℃。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。應(yīng)用時(shí)，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。AD590可以裸片形式提供適合受保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量。但是AD590采集的是模擬信號，沒有自動(dòng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的功能，而單片機(jī)只能處理數(shù)字信息，所以使用使必須配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），電路復(fù)雜，成本高。而且需要校準(zhǔn)，測溫點(diǎn)數(shù)量少，對線阻有要求。 A