【正文】 ance response curve 200 190 180 170 電容 F 10 20 30 40 50 60 70 80 相對(duì)濕度 % 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 濕度測(cè)量電路 HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。2%RH； 6）響應(yīng)時(shí)間小于 5S； 7）可靠性高、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快； 8）適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路?？?以應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、車(chē)廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制、家電、 工業(yè)控制系統(tǒng)等。正是這些特點(diǎn)使得采用 DSl8B20 溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)更適用于高大糧倉(cāng)（諸如淺圓倉(cāng)、立筒倉(cāng)）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高 大糧倉(cāng)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。在此命令發(fā)出后，主機(jī)接著發(fā)出讀時(shí)間片 ， 如果是寄生供電， DS18B20 將在單線(xiàn)總線(xiàn)上送回 “ 0” ， 如果由 VDD 引腳供電，它將送回 1。注意只要外部電源處于工作狀態(tài)， GND（地）引腳不可懸空。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在 I/O 線(xiàn)上不要求強(qiáng)的上拉。因?yàn)?DSl8B20 的工作電流高達(dá) lmA， 5K 的上拉電阻將使 I/O 線(xiàn)沒(méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。 寄 生電源 圖 34 所示 為 寄生電源電路。該測(cè)量結(jié)果將放入 DS18B20 高速緩存存遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 儲(chǔ)器，通過(guò)發(fā)出讀緩存存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作指令可以讀出此結(jié)果。 這些命令對(duì)每一器件的 64 位激光 ROM 部分進(jìn)行操作。 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議 ， 主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令， 最后發(fā)送 RAM指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置分辨率，如表 31 所示：（ DS18B20 出廠(chǎng)時(shí)被設(shè)置為 12 位）。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 64位ROM 和單線(xiàn)接口存儲(chǔ)器和邏輯控制器 高 速 緩 存存儲(chǔ)器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置存儲(chǔ)器8位 CRC生 成器電源檢測(cè)VDQGNDVDD 圖 33DSl8B20 的方框圖 The block diagram DSl8820 64 位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán) 冗余 校驗(yàn)碼 （ CRC=X8+X5+X4+1）。當(dāng)被用在寄生電源下，可向器件供電 ； 2） VDD： 電源引腳，可選擇使用。 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 DSl8B20 功能特性 1）獨(dú)特的 1Wire 接口 ， 不需要外部元件 ， 只要一個(gè)接口引腳即可完成通信； 2）每個(gè) DSl8B20 都有一個(gè)獨(dú)特的 64 位單一代碼儲(chǔ)存在 ROM 中； 3）多點(diǎn)分布式溫度傳感能力使檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化； 4）電壓范圍 3V～ ； 5）溫度測(cè)量范圍 55℃ ～ +125℃ ，在 l0℃ ～ +85℃ 時(shí)測(cè)量精度為 177。本系統(tǒng)采用的數(shù)字式溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器 DSl8B20 是世界上第一片支持 ―一線(xiàn)總線(xiàn) ‖接口的溫度傳感器 [11]。空閑模式遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 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。片上 Flash 允許 程序存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)采用的就是主從分布式，分布式控制具有很多優(yōu)點(diǎn) ：（ 1） 減少了系統(tǒng)接線(xiàn)的復(fù)雜程度和接線(xiàn)費(fèi)用，同時(shí)也降低了信號(hào)的干擾； （ 2） 使系統(tǒng)具有很高的可靠性；（ 3） 使系統(tǒng)配置靈活，易于擴(kuò)充和修改。 檢測(cè)范圍： 1）溫度范圍： 55℃ ~+125℃ ； 2）濕度范圍： 1%RH~100%RH； 3）工作溫度： 40℃ ~+60℃ 。應(yīng)用該方案不需外接 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，可以大大簡(jiǎn)化硬件電路，并能提高電路的可靠性 [10]。相對(duì)濕度在 1%~100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于 177。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線(xiàn)性，可以有效地利用其線(xiàn)性。電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而完成的濕度測(cè)量 [8]。該電路的溫度檢測(cè)范圍是 55℃ ~125℃ ，精度是 177。 DS18B20 是 Dallas 半導(dǎo)體公司研制的一款數(shù)字化溫度傳感器，支持 ―一線(xiàn)總線(xiàn) ‖接口，即只通過(guò)一根信號(hào)線(xiàn)完成數(shù) 據(jù)、地址和控制信息的傳輸。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線(xiàn)性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡(jiǎn)單。 方案二：采用模擬集成溫度傳感器 AD590， 它的測(cè)溫范圍在 55℃ ~+155℃ 之間，而且精度高。按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍 200~650℃ ，每百度電阻比 WC（ 100） = 時(shí) R0 為 100Ω 和 10Ω[4]其允許的測(cè)量誤差 A 級(jí)為 177?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。 傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如 果沒(méi)有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。實(shí)際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行加濕 /去濕措施。 濕度監(jiān)控：對(duì)糧倉(cāng)濕度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)噴霧或去濕達(dá)到儲(chǔ)糧最佳濕度。 同時(shí)，準(zhǔn)備接收下位機(jī)即單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)和數(shù)據(jù)。為避免通訊中可能出現(xiàn)的信息沖突與競(jìng)爭(zhēng)，每個(gè)從機(jī)都有一個(gè)固定的地址，通訊時(shí)主機(jī)先發(fā)送地址幀，各從機(jī)收到地址幀后，與自身地址相比較，如果相同則發(fā)送數(shù)據(jù)，否則等待。它支持多點(diǎn)通信，傳輸距離長(zhǎng)，可根據(jù)情況隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)展。糧情測(cè)控系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖 21。糧情檢測(cè)系統(tǒng)是能夠?qū)Z食進(jìn)行 自動(dòng) 測(cè)溫、測(cè)濕，實(shí)現(xiàn)糧情的自動(dòng)監(jiān)測(cè)， 完成糧食狀態(tài)的分析與 評(píng)估 的智能系統(tǒng)。 3）智能化 利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，巨大的存儲(chǔ)空間，從而能夠?qū)⒎N植者的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)管理軟件固化起來(lái)。 2）網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是目前最有活力，發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。根據(jù)在倉(cāng)房?jī)?nèi)通風(fēng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型表示糧食平衡水分的關(guān)系。它能靈活地、有效 地控制通風(fēng)系統(tǒng)，減少通風(fēng)費(fèi)用，并可以實(shí)行聯(lián)網(wǎng)，從而不必依靠倉(cāng)庫(kù)管理人員收集的情況。 法國(guó)儲(chǔ)糧專(zhuān)家 Je． Lasseran， D． Berhant 采用溫度調(diào)節(jié)器來(lái)控制溫度。但 國(guó)家的糧食儲(chǔ)備狀況自建國(guó)以來(lái)卻沒(méi)有得到明顯改善，全國(guó) 80％左右的糧食仍采用原始的存儲(chǔ)方式。糧食檢測(cè)過(guò)程是把埋在糧堆內(nèi)的溫度傳感器所感應(yīng)到糧堆內(nèi)的溫度變化情況，通過(guò)分線(xiàn)器、檢測(cè) 分機(jī)、檢測(cè)主機(jī)而反映到主控機(jī)房的計(jì)算機(jī)上，使庫(kù)房保管人員可以隨時(shí)觀(guān)察糧堆內(nèi)的溫度變化情況，并采取相應(yīng)的處理措施 ，以確保糧食儲(chǔ)藏過(guò)程的安全。 糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)包括：糧食檢測(cè)、分析與通風(fēng)控制。據(jù)聯(lián)合國(guó)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，每年糧食因儲(chǔ)存不善造成霉?fàn)€損失占世界糧食總產(chǎn)量 20 億噸的 ％，可達(dá) 3000 萬(wàn)噸。由于大型糧庫(kù)中糧倉(cāng)的容量和糧庫(kù)的規(guī)模都是前所未有的，這些因素對(duì)原有小糧庫(kù)的正常運(yùn)行帶來(lái)了一些新問(wèn)題。而提高糧食總產(chǎn)量的空間已很小，還有我國(guó)到 2040 年人口將達(dá)到 億。中央糧食儲(chǔ)備有較為完善的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施和技術(shù)保障，在保證國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。 高陽(yáng)： 基于單片機(jī)的糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 單片機(jī)糧倉(cāng)的發(fā)展概況 研究的背景與意義 農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，糧食是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。糧食在正常儲(chǔ)藏過(guò)程中，含水量一般在 12%以下是安全狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生溫度突變，一旦糧倉(cāng)進(jìn)水、結(jié)露等使糧食的含水量達(dá)到 20%以上時(shí)，由于糧食 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 [2]。但大部分糧倉(cāng)目前還是采取人工測(cè)溫的方法，這不僅使糧倉(cāng)工作人員工作量增大，且工作效率低，尤其是大型糧倉(cāng)的溫度檢測(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)。根據(jù)國(guó)家糧食保護(hù)法規(guī)，必須定期抽樣檢查糧倉(cāng)各點(diǎn)的糧食溫度與濕度，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施，防止糧食的變質(zhì)。 對(duì)糧倉(cāng)糧食安全儲(chǔ)藏的主要參數(shù)是糧倉(cāng)的溫度和濕度，這兩者之間又是互相關(guān)聯(lián)的。本課題完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，提出了一種可以應(yīng)用于中小型糧倉(cāng)的溫濕度控制系統(tǒng)。我國(guó)糧食年產(chǎn)量和常年儲(chǔ)存量均居世界首位。 與此同時(shí)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)所依賴(lài)的資源正在告急，如耕地面積進(jìn)一步減少，水土流失日益嚴(yán)重，生態(tài)平衡遭到破壞，人口仍在增長(zhǎng)的狀況。在這樣一種大形勢(shì)下，國(guó)家投資興建了大型現(xiàn)代化糧庫(kù)，最大糧庫(kù)方圓幾公里，倉(cāng)庫(kù)房數(shù)為數(shù)十個(gè)。這三個(gè)趨勢(shì)必然導(dǎo)致糧食危機(jī)，必然會(huì)提出怎么養(yǎng)活 100 億人口的問(wèn)題。做好糧食儲(chǔ)備工作，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 展和社會(huì)安定具有重要的意義。糧情檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)電源電纜、通訊電纜將計(jì)算機(jī)、檢測(cè)主機(jī)、檢測(cè)分機(jī)、分線(xiàn)器和測(cè)溫電纜等連結(jié)起來(lái)構(gòu)成的系統(tǒng)。隨著國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣 ，國(guó)家糧食總產(chǎn)量不斷突破歷史新高。在糧食部門(mén)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和糧食行業(yè)科技主管部門(mén)的人力支持下，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，糧食檢測(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)糧起到了積極的作用。 澳大利亞 Gib 等專(zhuān)家最近研究了一種以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的可遙控和監(jiān)側(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)控制器，該控制器包括一臺(tái) PC 機(jī)和相關(guān)的軟件、氣象預(yù)報(bào)臺(tái)和糧堆中的靈敏元件。 1987 年我國(guó)吳子丹等報(bào)道了儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 1）分布式 目前工業(yè)控制的發(fā)展我們可以分為五個(gè)階段：人工控制階段、以模擬表為主的控制階段、計(jì)算機(jī)參與的控制階段、分散控制 DCS（ Distributed Control System）階段、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制 FCS（ Field Bus Control System）階段。我們可以利用遠(yuǎn)在千里之外的專(zhuān)家，來(lái)解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，它改變了傳統(tǒng)的信息傳播方式，對(duì)人類(lèi)的生活方式造成了重大影響。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 儲(chǔ)糧的主要物理參數(shù)是糧食的溫度以及糧庫(kù)內(nèi)、外的溫度、濕度，這些參數(shù)的快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)于減少糧 食損耗具有重要意義。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及 方案 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)充分利用多點(diǎn)分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)， 是 一個(gè)多變量的輸入輸出測(cè)控系統(tǒng)， PC機(jī)和轉(zhuǎn)換模塊放在微機(jī)房?jī)?nèi)，測(cè)控分機(jī)和傳感器安裝在糧倉(cāng)內(nèi)部。構(gòu)成上位主機(jī)和若干分機(jī)的串行通信。 存儲(chǔ)器溫度采集轉(zhuǎn)換模塊濕度采集轉(zhuǎn)換模塊鍵盤(pán)接口電路報(bào)警電路電源與顯示電路風(fēng)機(jī)接口電路加濕機(jī)接口電路空調(diào)機(jī)接口電路通信接口PC機(jī)AT8 9S52單片機(jī) 圖 22 系統(tǒng)分機(jī)結(jié)構(gòu)圖 System extensions chart 下位機(jī)采用單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，作為從機(jī)，不用外擴(kuò)其他硬件電路，成本低，體積小。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，上位 機(jī)經(jīng)過(guò)一定程序運(yùn)行后向單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)單片機(jī)及被控機(jī)構(gòu)。 總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)功能要求，系統(tǒng)可分如下部分： 溫度監(jiān)控：對(duì)糧倉(cāng)溫度進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)升溫或降溫達(dá)到儲(chǔ)糧最佳溫度。 實(shí)施措施 實(shí)際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱 /制冷措施。 系統(tǒng)方案論證與選擇 當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)