【正文】 目 錄第1章 緒 論 1 1 1 2第2章 糧倉多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 4 4 5 5第3章 單片機(jī)AT89S52介紹 7 7 7 8 9AT89S52引腳功能與封裝 10第4章 糧倉多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(shè)定原理 15 DS18B20與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 16 DS18B20簡(jiǎn)介 16 DS18B20 的性能特點(diǎn) 17 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 18 DS18B20與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 21 1602LCD液晶顯示屏 23 LCD1602主要技術(shù)參數(shù) 23 LCD1602的引腳說明 23 24 LCD液晶顯示屏與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 25 鍵盤電路設(shè)計(jì) 26 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 27第5章 糧倉多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 29 溫度處理子程序設(shè)計(jì) 29 按鍵處理子程序設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)溫度閾值設(shè)定子程序設(shè)計(jì) 29 溫度顯示子程序設(shè)計(jì) 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(jié) 38參考文獻(xiàn) 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(guó)以民為本，民以食為天”，“兵馬未動(dòng)，糧草先行”，這些都充分說明糧食對(duì)國(guó)家的重要性。從理論上講國(guó)家掌握的糧食越多越好，但從現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看，國(guó)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(dá)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(jì)。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(jì)的糧食，而且這些糧食存放的時(shí)間有長(zhǎng)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(dá)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(cè)控管理系統(tǒng)。糧情智能測(cè)控系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)檢測(cè)糧食儲(chǔ)備庫中糧食的基本溫度情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉時(shí)間、品種、倉型、天氣狀況等）進(jìn)行綜合分析。利用微機(jī)技術(shù)對(duì)糧倉進(jìn)行監(jiān)控，用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時(shí)候把糧倉現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場(chǎng)，就可查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了國(guó)家糧食儲(chǔ)備安全水平，以獲得實(shí)時(shí)糧倉管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。本文只闡述糧情溫度檢測(cè)，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(cè)情況。在綜合研究國(guó)內(nèi)糧庫管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國(guó)內(nèi)多種糧庫糧情溫度測(cè)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)后，我們?cè)O(shè)計(jì)了自己的糧倉多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價(jià)比，而且操作維修簡(jiǎn)便，具有檢測(cè)、數(shù)顯、分析等諸多功能。科學(xué)儲(chǔ)糧是糧食生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，若管理不當(dāng)，糧食發(fā)霉或生蟲會(huì)造成極大浪費(fèi)。糧庫管理中最重要的問題是監(jiān)測(cè)糧堆中的溫度變化。糧庫一般由幾十個(gè)甚至上百個(gè)由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉組成，倉高20—30m?，F(xiàn)在，我國(guó)在糧倉建設(shè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測(cè)手段一直未能實(shí)現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國(guó)許多儲(chǔ)備糧庫每年都因測(cè)控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致部分糧食霉變，許多大型儲(chǔ)備糧庫的測(cè)控設(shè)備仍需高價(jià)進(jìn)口，因此國(guó)家準(zhǔn)備在未來的幾年內(nèi)對(duì)全國(guó)所有的糧庫進(jìn)行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫管理，實(shí)現(xiàn)糧庫管理現(xiàn)代化。影響儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)控制功能，使得管理人員能夠方便有效地進(jìn)行監(jiān)控操作。如果用單片機(jī)作為前沿機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（溫度設(shè)定，實(shí)時(shí)溫度顯示，報(bào)警電路）。利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)糧倉進(jìn)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(shí)候把糧倉現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳到控制室，管理人員不進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)就可以按照所需的溫度要求對(duì)糧倉內(nèi)的溫度情況進(jìn)行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了糧倉內(nèi)存儲(chǔ)安全，獲得了糧倉的實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，智能化。微機(jī)測(cè)量是微機(jī)設(shè)計(jì)的第一步，是微機(jī)測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)部分，即測(cè)量糧倉中的溫度，并使用單片機(jī)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)糧倉內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。糧情檢測(cè)技術(shù)是科學(xué)保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)被應(yīng)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(cè)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(cè)量，效率低，準(zhǔn)確性差。在糧食部門各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)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(cè)技術(shù)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(cè)系統(tǒng)，為安全、科學(xué)儲(chǔ)糧起到了積極作用。目前國(guó)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(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等幾項(xiàng)，鑒于糧食儲(chǔ)藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點(diǎn)放在了儲(chǔ)糧內(nèi)部溫度的檢測(cè)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(jìn)行如下分類:（1）熱敏電阻以溫度變化導(dǎo)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(jiǎn)單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)糧情檢測(cè)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(hào)調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單。但熱敏電阻也存在缺點(diǎn)，如:是互換性差、溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)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(cè)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(cè)范圍為－55℃～＋125℃，檢測(cè)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(cè)控系統(tǒng)中采用的是PR－35封裝。DS18x20采用9個(gè)位表示測(cè)溫點(diǎn)的溫度值，每個(gè)DS18x20內(nèi)部都設(shè)置有一個(gè)單一的序列號(hào)，因此可以使多個(gè)DS18x20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18x20內(nèi)部分為4個(gè)部分：64位序列號(hào)；保存臨時(shí)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(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用測(cè)控單元替代了智能分機(jī)、擴(kuò)充接線器替代了溫度分線器。測(cè)控單元與智能分機(jī)的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號(hào)數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測(cè)控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機(jī)是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測(cè)控單元的電路設(shè)計(jì)更為容易。采用DS18x20溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)溫電纜與熱敏電阻測(cè)溫電纜大不相同，該測(cè)溫電纜最多只需3根導(dǎo)線即可連接多個(gè)DS18x20溫度傳感器。最為簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)是利用DS18x20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點(diǎn)，在測(cè)溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個(gè)DS18x20溫度傳感器，這樣不僅使測(cè)溫電纜的制造簡(jiǎn)便、成本下降，而且提高了測(cè)溫電纜的抗拉強(qiáng)度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點(diǎn)使得采用DS18x20溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高大糧倉在不需重新安裝測(cè)溫電纜的情況下更換測(cè)溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對(duì)位置。由于這種溫度傳感器的價(jià)格比熱敏電阻高出許多，所以DS18x20溫度傳感器糧情測(cè)控系統(tǒng)在房式倉中應(yīng)用時(shí)不如熱敏電阻糧情測(cè)控系統(tǒng)更具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)。（3）光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，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(dǎo)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(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52為核心器件的一套檢測(cè)系統(tǒng)，以制作出的電路板為實(shí)物，以C語言進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)，利用PROTEL DXP作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報(bào)警電路組成，電路圖如附錄Ⅱ所示。方案一：該方案由單片機(jī)、模擬溫度傳感器AD590、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示電路、集成功率放大器、報(bào)警器組成。該方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測(cè)溫元件，傳感器測(cè)量的溫度變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運(yùn)算放大器交給信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)，傳給單片機(jī)，單片機(jī)將溫度值進(jìn)行處理之后用LCD顯示，當(dāng)溫度值超過設(shè)定值時(shí)開始報(bào)警。：模擬溫度 傳感器運(yùn)算放大器A/D轉(zhuǎn)換鍵盤 單片機(jī)LCD 顯示模塊集成功放報(bào)警器方案二：該方案使用了AT89S52單片機(jī)作為控制核心，以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測(cè)量元件，采用多個(gè)溫度傳感器對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過鍵盤模塊對(duì)溫度上限設(shè)置，超過其溫度值就報(bào)警。顯示電路采用LCD1602模塊，使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器構(gòu)成報(bào)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(jī)LCD液晶顯示電路報(bào)警電 路方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運(yùn)算放大器傳給處理器。它控制雖然簡(jiǎn)單，但電路復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)溫度測(cè)量和監(jiān)控。由于采用了多個(gè)分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，容易出現(xiàn)誤差，測(cè)量結(jié)果不是很準(zhǔn)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(jiǎn)單，只需要模擬DS18B20的讀寫時(shí)序，根據(jù)DS18B20的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。此方案硬件電路簡(jiǎn)單，但程序設(shè)計(jì)復(fù)雜一些，但是在課題外對(duì)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(shè)計(jì)，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具KEIL 用匯編語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，用仿真軟件PROTEL DXP對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，達(dá)到了預(yù)期的效果。由此可見，此方案的可行性，體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)上也沒有任何問題。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)首先LCD初始，寫入報(bào)警溫度的上下值。如果DS18B20運(yùn)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(shí)時(shí)溫度，如果DS18B20不能正常工作，那么LCD液晶顯示屏上就不會(huì)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(diǎn)的溫度值超過上限值，那么就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，如果所有點(diǎn)的溫度全部超過上限值，那么就會(huì)啟動(dòng)全部報(bào)警系統(tǒng)。最后進(jìn)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(bào)警長(zhǎng)鳴報(bào)警NY溫度是否全部超過閾值？不報(bào)警讀取鍵盤數(shù)據(jù)開始結(jié)束 軟件總體流程圖第3章 單片機(jī)AT89S52介紹單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，采用了MCS51兼容單片機(jī)AT89S52單片機(jī)作為控制芯片。 AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k BytesISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高128個(gè)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(jì)數(shù)器PC外，還有21個(gè)特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個(gè)寄存器中有11個(gè)特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除