【正文】 as a terminal, installed in the system of some nodes, the temperature and humidity of realtime measurement and control. The single chip microputer high reliability and strong antiinterference ability, make it can be placed in the front of the bad environment. Key words :singlechip microputer。 防潮、防霉、防腐、防爆是糧庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量糧庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。因此我們需要使用造價低廉、使用方便且測量準(zhǔn)確的溫濕度測量儀，并且實(shí)現(xiàn)智能控制。 糧庫溫濕度系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 糧情檢測屬監(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)領(lǐng)域，因此，糧情檢測技術(shù)的研究在軟、硬件等方面都有了一定的進(jìn)展。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，糧情檢測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性要求越來越高。由于數(shù)字溫度傳感器直接傳出數(shù)字量，從而解決了溫度信號長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 [1]。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)在各個領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套 能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。糧庫溫濕度控制系統(tǒng)是以低功耗的高性能的 8 位單片機(jī) AT89C51單片機(jī)為核心構(gòu)成控制系統(tǒng)。上位單片機(jī)與下位單片機(jī)之間通過 RS485 進(jìn)行串行通信。為了盡量減小測量誤差，首先我選用了測量精度較高的數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，可直接將所測溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，送入單片機(jī)。由于 DS18B20 采用單總線方式， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 LCD 液晶顯示器具有功耗低、壽命長、無輻射、不易引起視覺疲勞等優(yōu)點(diǎn)，正在被廣泛應(yīng)用于儀表、家用電器、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療儀器及交通和通信領(lǐng)域。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上由下到上分兩級，第一級是下位 機(jī)，即前端采集系統(tǒng)；第二級是上位機(jī)。下位機(jī)與上位機(jī)之間通過 RS485 串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳輸。其中外圍設(shè)備采用 RS485 串行通信接口方式和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換，用以實(shí)現(xiàn)向用戶發(fā)送信息。一個下位機(jī)測量一個溫濕度值。每個下位機(jī)有其唯一的地址（可由用戶自行設(shè)置）。用戶可通過上位機(jī)上的鍵盤輸入各環(huán)境參量的閾值，從而把從下位機(jī)接收來的數(shù)值在 LCD 顯示屏上顯示出來。下位機(jī) 接收到命令后，將存儲在RAM 中的的數(shù)據(jù)通過串行口上傳給上位的單片機(jī)，上位機(jī)機(jī)接收到并校驗(yàn)無誤后，更新EEPROM 中相應(yīng)位置的保存數(shù)據(jù)并顯示在與其相連的 LCD 上，并將報(bào)警信息存儲所有的命令和數(shù)據(jù)傳輸都制定了嚴(yán)格的通信協(xié)議，采取了數(shù)據(jù)校驗(yàn)，大大提高了傳輸?shù)目煽啃?。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系[3]。 DS18Zxo 采用 9 個位表示測溫點(diǎn)的溫度值，每個 DS18x20 內(nèi)部都設(shè)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。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。 DS18B20 進(jìn)行一次溫度采集至多需要大約 1 秒鐘的時間，在糧情監(jiān)控系統(tǒng)中能夠滿足需要。其中 VCC 和 GND 是 DS18B20 的供電引腳，接入 +5V 電源和地。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。 斜 率 累 加 器預(yù) 置低 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系數(shù) 振 蕩 器計(jì) 數(shù) 器 1計(jì) 數(shù) 器 2= 0= 0溫 度 寄 存 器預(yù) 置比 較+ 1停 止設(shè) 置 / 清除 L S B 圖 DS18B20 測溫原理圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 DS18B20實(shí)物圖 此系統(tǒng)的溫度檢測模塊根據(jù)糧庫面積的大小可增加多處檢測點(diǎn)，而數(shù)字溫度傳感器DS18B20 就具有支持多點(diǎn)組網(wǎng)的功能，可將多個 DS18B 20 并連在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測，其測溫范圍為 55～ +125℃，固有測溫分辨率為 ℃，工作電源為 DC 3～ 5 V，測量結(jié)果以 9～ 12 位數(shù)字量的方式串行傳送。當(dāng) DS18B20 接到此復(fù)位信號后則會在 15us～ 60us 后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。 DS18B20 與 AT89C51的接線如圖 所示： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 DS18B20 測溫電路圖 濕度檢測模塊 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得 了長足進(jìn)步。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時， 元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比 .濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)離子型濕敏元件、重量型濕敏元件、光強(qiáng)型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。 （ 2）線性頻率輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為 HF3223 型，它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%RH 時的輸出頻率為 8750Hz，當(dāng)相對濕度從 10%變化到 95%時，輸出頻率就從 9560Hz減小到 8030Hz。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應(yīng)改變并且從 NTC 端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值 [6]。本設(shè)計(jì)將濕敏電容 HS1101 置于 555 定時器電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號，通過頻率值來測得空氣濕度值。該振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs 通過 R R3 向 C充電，經(jīng) t1 充電時間后， Uc 達(dá)至芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時輸出引腳 3 端由高電平突降為低電平，然后通過 R1 放電，經(jīng) t2 放電時間后， UC 下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 ，此時輸出引腳 3 端又由低電平躍升為高電平。用這種測量頻率法測出方波信號的頻率，從而也就測出了空氣中的相對濕度。 RS485 串口通信模塊 RS485 是一個多引出線接口，這種接口可以有多個驅(qū)動器和接收器， 可以實(shí)現(xiàn)一臺上位機(jī)與多臺單片機(jī)間的串行通信，而且其通信距離可達(dá) 1000m 以上，具有較強(qiáng)的抑制共模干擾能力，所以適合遠(yuǎn)距離傳輸。一臺上位單片機(jī)最多可與 36 臺下位機(jī)進(jìn)行串口通信。 所有下位機(jī)在收到上位機(jī)的地址幀后，自動將第 9 數(shù)據(jù)位狀態(tài)“ l”送到各自的 SCON中的接收數(shù) 據(jù)第 9 位，使 RB8=l，表示下位機(jī)此時收到的是地址信息，由于 SM2 =l，激發(fā)中斷標(biāo)志位 RI=1，使下位機(jī)將上位機(jī)送來的地址和本機(jī)地址相比較。接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如下： 表 數(shù)據(jù)格式 使用 RS485 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信電路如圖 所示。這樣，在蜂鳴器兩端就會出現(xiàn)波動的電流，波動的電流就會使蜂鳴器發(fā)聲。和 CRT 顯示器相比， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 LM016L 液晶模塊的引腳圖如圖 所示： 圖 LCD結(jié)構(gòu)圖 LM016L 引腳介紹： Vss（ 1 腳）：一般接地。 R/W（ 5 腳）： R/W 為讀寫信號線，高電平 (1)時進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時進(jìn)行寫操作。 DB2（ 9 腳）：底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位。 DB6（ 13 腳）：高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位。其鍵盤檢測按鍵的方法是：先拉低第一行的電平，檢測 1~4 列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則看下行； 先拉低第一行的電平，檢測 1~4 列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則看下行； 先拉低第一行的電平，檢測 1~4 列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則 看下行； 先拉低第一行的電平，檢測 1~4 列有無鍵按下，如有返回鍵值，如無則返回。 AT89C51 性能參數(shù) 其引腳圖如圖 所示： 圖 引腳圖 其中， 40 條引腳的功能分別是： Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）接 +5V 電壓； Vss（ 20 腳）接地。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體 管的另一端。 （ 1） RST/VPD（ 9 腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使主電路復(fù)位。 ）內(nèi)， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期 間，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。當(dāng) EA 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是不是有內(nèi)部程序存儲器。 （ 2） P1 口（ 1 腳～ 8 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 （ 3） P2 口（ 21 腳～ 28 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能如下表所示。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體時，選 C1 和 C2 的值寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 為 30pF，為了提高溫度的穩(wěn)定性，通常晶體可以在 ～ 12MHz 之間選擇。其各個部分的功能介紹如下： 1. 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 5. 并行輸入輸出 (I/O)口： AT89C51 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 其基本結(jié)構(gòu)組成如圖 所示： 時 鐘 電 路C P US F R 和R A MR O M 數(shù) 據(jù) 存 儲 器定 時 / 計(jì) 數(shù)器系 統(tǒng) 總 線并 行 端 口 串 行 端 口 中 斷 系 統(tǒng)P 0 P 1 P 2P 3T X D R X D 0I N TINT 1T 0 T 1 圖 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu) 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 4 軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)下位機(jī)單片機(jī)需要處理的信息有：溫度采集、濕度采集、報(bào)警。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ /LSB 形式表示。其流程圖如圖 所示： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 送 采 樣 數(shù) 地 址開 始啟 動 A / D讀 A / D 數(shù) 據(jù)是 否 讀 完 數(shù) 據(jù)返 回是否 圖 溫度檢測程序流程圖 濕度子程序設(shè)計(jì) 濕度檢測子程序設(shè)計(jì)思路與溫度檢測子程序相同。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。因此，整個系統(tǒng)較為穩(wěn)定，不會由于某一下位機(jī)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。在高新技術(shù)的推動下，作為測控的工具正逐步跨入真正的微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和多功能化的時代。 4．應(yīng)該對傳感器進(jìn)行改進(jìn)，采用最好的系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。 2．對系統(tǒng)硬件和軟件改動后，使之適用于大中型糧庫溫濕度值的監(jiān)控。 本系統(tǒng)適用于小型糧庫的溫濕度值智能監(jiān)控，將存儲器擴(kuò)展并將軟件程序稍加修改后，也可監(jiān)控大中型糧庫的溫濕度值，具有較強(qiáng)的適用性與通用性。每個下位單片機(jī)采集到溫度和濕度值并通過與設(shè)定閾值的比較，決定是否報(bào)警。所以上位機(jī)程序包括：溫濕度顯示子程序、串口通信子程序、 44 鍵盤子程序 [12]。 DS18B20 共有二種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： （ 1） ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20 編碼， DS18B20 共 64 位 ROM。 下位機(jī)主程序溫度采集子程序串口通信子程序報(bào)警子程序溫度采集子程序 圖 下位機(jī)程序模塊組成圖 溫度子程序設(shè)計(jì) 由于 DS18B20 內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換，因此在數(shù)據(jù)采集時存在一定的轉(zhuǎn)換時間，當(dāng)DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命 令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。 7. 中斷系統(tǒng)： AT89C51 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計(jì)數(shù)器中斷和一個串行中斷