【正文】 目 錄第1章 緒 論 1 1 1 2第2章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設計 4 4 4 5 5第3章 單片機AT89S52介紹 7 7 7 8 9AT89S52引腳功能與封裝 10第4章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設計 14 溫度傳感器的選則 14 傳感器的選擇原則 14 溫度傳感器的選擇 14 溫度上限值的設定原理 15 DS18B20與單片機接口電路設計 16 DS18B20簡介 16 DS18B20 的性能特點 17 DS18B20的外形和內(nèi)部結構 18 DS18B20與單片機接口電路設計 21 1602LCD液晶顯示屏 23 LCD1602主要技術參數(shù) 23 LCD1602的引腳說明 23 24 LCD液晶顯示屏與單片機接口電路設計 25 鍵盤電路設計 26 報警電路設計 27第5章 糧倉多點測溫系統(tǒng)軟件設計 29 溫度處理子程序設計 29 按鍵處理子程序設計 29 系統(tǒng)溫度閾值設定子程序設計 29 溫度顯示子程序設計 29 29第6章 系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試 35 系統(tǒng)仿真 35 系統(tǒng)硬件調(diào)試 35 系統(tǒng)軟件調(diào)試 36總 結 38參考文獻 40致 謝 42附錄Ⅰ 程序清單 43附錄Ⅱ 系統(tǒng)原理圖 55第1章 緒 論“國以民為本，民以食為天”，“兵馬未動，糧草先行”，這些都充分說明糧食對國家的重要性。從理論上講國家掌握的糧食越多越好，但從現(xiàn)代經(jīng)濟學的角度看，國家只要能控制住一定數(shù)量的可以靈活支配、質(zhì)量良好的糧食，既可達到“備戰(zhàn)備荒”、宏觀調(diào)控的目的，又可節(jié)省資金用于發(fā)展經(jīng)濟。一般來說，糧食存放在糧倉中，大型的糧倉可存放數(shù)以萬計的糧食，而且這些糧食存放的時間有長有短。為了保證存放在糧倉中的糧食不致腐爛變質(zhì)，就必須使糧倉內(nèi)的溫度保持在一定的范圍以內(nèi)。為了達到以上的要求，必不可少的就是既穩(wěn)定又精確的糧情智能測控管理系統(tǒng)。糧情智能測控系統(tǒng)是通過計算機檢測糧食儲備庫中糧食的基本溫度情況，并結合其他糧情信息（如入倉時間、品種、倉型、天氣狀況等）進行綜合分析。利用微機技術對糧倉進行監(jiān)控，用戶可方便地構造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場，就可查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，增強了國家糧食儲備安全水平，以獲得實時糧倉管理，實現(xiàn)自動化、智能化。本文只闡述糧情溫度檢測，以下所說糧情僅指溫度。但涉及到的一些方法也適合其他糧情檢測情況。在綜合研究國內(nèi)糧庫管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國內(nèi)多種糧庫糧情溫度測控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗后，我們設計了自己的糧倉多點測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價比，而且操作維修簡便，具有檢測、數(shù)顯、分析等諸多功能?？茖W儲糧是糧食生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，若管理不當，糧食發(fā)霉或生蟲會造成極大浪費。糧庫管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫度變化。糧庫一般由幾十個甚至上百個由水泥或鋼板構成的圓型倉組成，倉高20—30m?，F(xiàn)在，我國在糧倉建設上已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測手段一直未能實現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國許多儲備糧庫每年都因測控設備的不完善而導致部分糧食霉變，許多大型儲備糧庫的測控設備仍需高價進口，因此國家準備在未來的幾年內(nèi)對全國所有的糧庫進行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫管理，實現(xiàn)糧庫管理現(xiàn)代化。影響儲糧安全的最主要因素是糧堆內(nèi)的溫度，這就要求能有一種有效的、低成本的儀表來實現(xiàn)監(jiān)測控制功能，使得管理人員能夠方便有效地進行監(jiān)控操作。如果用單片機作為前沿機對現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集，通過對采集的數(shù)據(jù)進行分析（溫度設定，實時溫度顯示，報警電路）。利用單片機技術對糧倉進行檢控，用戶可以方便地夠造自己所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不進入現(xiàn)場就可以按照所需的溫度要求對糧倉內(nèi)的溫度情況進行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強了糧倉內(nèi)存儲安全，獲得了糧倉的實時管理，實現(xiàn)自動化，智能化。微機測量是微機設計的第一步，是微機測量技術的現(xiàn)場部分，即測量糧倉中的溫度，并使用單片機對測量的數(shù)據(jù)進行處理并對糧倉內(nèi)的溫度進行控制。糧情檢測技術是科學保糧的關鍵技術之一。隨著電子技術、計算機應用技術的進步和發(fā)展，計算機的應用范圍日益擴大，計算機被應用于糧情監(jiān)控系統(tǒng)。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人工測量，效率低，準確性差。在糧食部門各級領導的關懷和糧食行業(yè)科技主管部門的大力支持下，在糧食行業(yè)內(nèi)、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧情檢測技術不斷完善、提高、并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧情檢測系統(tǒng)，為安全、科學儲糧起到了積極作用。目前國內(nèi)己有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結構各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項，鑒于糧食儲藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點放在了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。糧情監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器的不同進行如下分類:（1）熱敏電阻以溫度變化導致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、響應速度快、容易使用等特點，成為國內(nèi)糧情檢測系統(tǒng)中采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，室溫通常也較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號調(diào)節(jié)較為簡單。但熱敏電阻也存在缺點，如:是互換性差、溫度與輸出阻值之間呈非線性關系。（2）數(shù)字式溫度傳感器數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是Dallas的DS18x20系列溫度傳感器，其溫度檢測范圍為－55℃～＋125℃，檢測精度為177。℃。DS18x20采用1－WireTM接口，封裝形式有PR－35和SSOP－16兩種，糧情測控系統(tǒng)中采用的是PR－35封裝。DS18x20采用9個位表示測溫點的溫度值，每個DS18x20內(nèi)部都設置有一個單一的序列號，因此可以使多個DS18x20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18x20內(nèi)部分為4個部分：64位序列號；保存臨時數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM；保存永久數(shù)據(jù)的2字節(jié)EEPROM；溫度傳感器。采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)的結構與采用熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)的結構大致相同，只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號數(shù)字化的A/D轉換電路，取而代之的是1－WireTM總線與上層通信總線之間的通信轉換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構成的，這將使測控單元的電路設計更為容易。采用DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需3根導線即可連接多個DS18x20溫度傳感器。最為簡潔的結構是利用DS18x20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即可連接多個DS18x20溫度傳感器，這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應用環(huán)境，可以解決高大糧倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多，所以DS18x20溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)在房式倉中應用時不如熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)更具有性能價格比的優(yōu)勢。（3）光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術，也是工業(yè)中用的最多的光纖傳感器之一。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導體吸收式溫度傳感器、光纖熱色傳感器等。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。第2章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設計本設計系統(tǒng)的硬件設計是以單片機AT89S52為核心器件的一套檢測系統(tǒng)，以制作出的電路板為實物，以C語言進行軟件程序設計，利用PROTEL DXP作為仿真軟件設計而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報警電路組成，電路圖如附錄Ⅱ所示。方案一：該方案由單片機、模擬溫度傳感器AD590、運算放大器、A/D轉換器、LCD顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。該方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測溫元件，傳感器測量的溫度變化轉換成電流的變化，再通過電路轉換成電壓的變化，使用運算放大器交給信號進行適當?shù)姆糯螅詈笸ㄟ^模數(shù)轉換器將模擬信號轉換成數(shù)據(jù)信號，傳給單片機，單片機將溫度值進行處理之后用LCD顯示，當溫度值超過設定值時開始報警。：模擬溫度 傳感器運算放大器A/D轉換鍵盤 單片機LCD 顯示模塊集成功放報警器方案二：該方案使用了AT89S52單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件，采用多個溫度傳感器對多點溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度上限設置，超過其溫度值就報警。顯示電路采用LCD1602模塊，使用單片機直接驅動蜂鳴器構成報警電路。：溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器鍵盤單 片機LCD液晶顯示電路報警電 路方案一采用模擬溫度傳感器，轉換結果需要經(jīng)過運算放大器傳給處理器。它控制雖然簡單，但電路復雜，不容易實現(xiàn)對多點溫度測量和監(jiān)控。由于采用了多個分立元件和模數(shù)轉換器，容易出現(xiàn)誤差，測量結果不是很準確，因此本方案并不可取。方案二采用智能溫度傳感器DS18B20，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬DS18B20的讀寫時序，根據(jù)DS18B20的協(xié)議讀取轉換的溫度。此方案硬件電路簡單，但程序設計復雜一些，但是在課題外對DS18B字符型液晶顯示有所了解，而且曾經(jīng)在網(wǎng)上看過此類程序設計，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具KEIL 用匯編語言對系統(tǒng)進行了程序設計，用仿真軟件PROTEL DXP對系統(tǒng)進行了仿真，達到了預期的效果。由此可見，此方案的可行性，體現(xiàn)了技術的先進性，經(jīng)濟上也沒有任何問題。系統(tǒng)軟件設計首先LCD初始，寫入報警溫度的上下值。如果DS18B20運行良好，能正常工作，那么在LCD液晶顯示屏上就能顯示出四路傳感器所在位置的實時溫度，如果DS18B20不能正常工作，那么LCD液晶顯示屏上就不會發(fā)亮光；讀取溫度數(shù)據(jù)，在液晶屏上顯示溫度值，如果某一點的溫度值超過上限值，那么就會自動報警，如果所有點的溫度全部超過上限值，那么就會啟動全部報警系統(tǒng)。最后進行鍵盤掃描。初始化讀取溫度數(shù)據(jù)顯示是否超過閾值？NY短鳴報警長鳴報警NY溫度是否全部超過閾值？不報警讀取鍵盤數(shù)據(jù)開始結束 軟件總體流程圖第3章 單片機AT89S52介紹單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS96系列單片機則采用普林斯頓結構。為了設計此系統(tǒng)，采用了MCS51兼容單片機AT89S52單片機作為控制芯片。 AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k BytesISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。AT89S52具有以下標準功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128個單元是為專用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計數(shù)器PC外，還有21個特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個寄存器中有11個特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能