【正文】 收式溫度 傳感器、光纖熱色傳感器等。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。 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。 （ 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。 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(wú)外乎糧倉(cāng)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。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)。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）然后通過單片機(jī)串行口控制電機(jī)啟 停進(jìn)行溫度控制。糧庫(kù)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(cāng)組成，倉(cāng)高 20 一 30m。在綜合研究國(guó)內(nèi)糧庫(kù)管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國(guó)內(nèi)多種糧庫(kù)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)了自己的糧情溫度智能測(cè)控系統(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(kù)中糧食的基本溫度情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉(cāng)時(shí)間、品種、倉(cāng)型、天氣狀況等）進(jìn)行綜合分析。 一般來(lái)說(shuō)：糧食存放在糧倉(cāng)中，大型的糧倉(cāng)可存放數(shù)以萬(wàn)計(jì)的糧食。通過 PROTEUS軟件和 KEIL C 仿真出了該系統(tǒng)。 該系統(tǒng)是以 AT89C51單片機(jī) 和 DS18B20數(shù)值溫度傳感器為核心組成的糧倉(cāng)溫度控制系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 AT89C51 單片機(jī)的 糧倉(cāng)溫度控制系統(tǒng) 系 別 自 動(dòng) 化工程系 專 業(yè) 測(cè) 控 技術(shù)與儀器 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 2021 年 5 月 5 日 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁(yè) 基于單片機(jī)的 糧倉(cāng)溫度 控制 系統(tǒng) 摘 要 隨著單片機(jī)技術(shù)的飛 速發(fā)展，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。糧倉(cāng)溫度測(cè)量方法以及相應(yīng)的智能控制一直是糧食保存的一個(gè)重要問題。 本文在確定法設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，著重論述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并且描述了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)框圖及所使用各種芯片功能和特性。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)。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)。但涉及到的一些方法也適合其他糧情檢測(cè)情況。糧庫(kù)管理中最重要的問題是監(jiān)測(cè)糧堆中的溫度變化。 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(lái)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。 相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì) 糧情檢測(cè)技術(shù)是科學(xué)保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一。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。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。 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。 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。 （ 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。 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)姆糯螅詈笸ㄟ^模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬模擬信號(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。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。被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求 。 在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 溫度傳感器的選擇 美國(guó) DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，而 新的 “ 一線器件 ” DS18B20體積更小、適 用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) 。與其他數(shù)字溫度傳感 器相比具有線路簡(jiǎn)單．硬件開銷少，成本低、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。 2176。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12 位的分辨率，精度為 177。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822 與 DS18B20 軟件兼容，是 DS18B20 的簡(jiǎn)化版本。繼 一線總線 的早期產(chǎn)品后， DS18B20 開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。運(yùn)用該技術(shù)可使糧食的低溫儲(chǔ)藏不受氣候條件的影響 ,即使在炎熱的夏季或雨季都可實(shí)現(xiàn)。糧食在 10176。 （ 2） 當(dāng)糧溫達(dá)到 13176。在一些西歐國(guó)家 ,低溫儲(chǔ)糧已不需要進(jìn)行化學(xué)藥劑熏蒸殺蟲 ,從而改善了糧庫(kù)工人的工作環(huán)境 ,避免殘留藥劑對(duì)人們身體健康的危害。若采用人工冷卻降溫方法 , 稻谷可在 15 %水分下安全儲(chǔ)藏 (見表 31) ,從而提高稻谷碾磨的整米率 ,同時(shí)減少儲(chǔ)糧水分減量損失。 C 時(shí)糧食水分與安全儲(chǔ)藏期的關(guān)系 糧食水分 ( %) 糧食安全儲(chǔ)藏期 (月 ) 12. 0 15. 5 8 12 15. 5 17. 5 6 10 17. 5 18. 5 4 6 18. 5 20. 0 1 4 20. 0 23. 0 0. 5 2 23. 0 25. 0 0. 25 0. 5 四 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作原理綜述 基于單片機(jī)的單總線多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以 AT89C51 為中心期間，以 KEIL 為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺(tái)，以匯編語(yǔ)言進(jìn)行 程序設(shè)計(jì)，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。 每個(gè) DS1820有自己的序列號(hào)，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上接了 4個(gè) DS1820， 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 通過 CRC 校驗(yàn)，對(duì)各個(gè) DS1820 的 ROM 進(jìn)行尋址，地址符合的 DS1820 才作出響應(yīng)，接收足跡命令，向主機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。 (2) 在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 當(dāng) DS18B20 處于些存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10μs 。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又叫單片控制器 (Single Chip Microcontroller)。 CPU中配置有指令系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如 圖 43所示 : 圖 43微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片 該系統(tǒng)所用單片機(jī)為 MCS51系列單片機(jī)，其管腳分類及引腳功能分類如圖44所示： 178。 I/ O口線不能都用作用戶 I/O口線。 178。 地址總線寬度為 16位，因此其外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為 64K字節(jié)。 (3) 控制總線 ( CB )。 (3) 靜態(tài)時(shí)鐘方式 ， 8 9系列單片機(jī)采用靜態(tài)的時(shí)鐘方式所以可以節(jié)省電能 ， 這對(duì)于 降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。內(nèi)部有 4K可重復(fù)編程的 Flash memory，可進(jìn)行 1000次擦寫操作，全靜態(tài)工作為033MHZ，有三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，有內(nèi)部含 128256字節(jié)的 RAM, 32條可編程的 110端口，有 2個(gè) 16位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器，有通用串行接口，有低電壓空閑及電源下降方式。在物理上它對(duì)應(yīng)兩個(gè)寄存器，一個(gè)發(fā)送寄存器和一個(gè)接收寄存器 .CPU寫 SBUF就是修改發(fā)送寄存器 。 2)串行口控制寄存器 SCON 串行口控制寄存器 SCON格式如 表 41: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 表 41 串行口控制寄存器 SCON格式 AT89C51是一種低損耗、高性能、 CMOS八位微處理器，片內(nèi)有 4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入 /擦除 100。只要程序長(zhǎng)度小于 4K，四個(gè) 1/O口全部提供給用戶。 （ 3）時(shí)鐘設(shè)置與 CPU 時(shí)序 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) ○1振蕩器 51系列單片機(jī)片內(nèi)含有一個(gè)高增益的反向放大器，通過 XTAL XTAL2 外接反饋元件的晶體便成為自激振蕩器，接法如圖 45，晶體成感性，與 C C2 構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。 6個(gè)時(shí)鐘周期 構(gòu)成一個(gè)機(jī)器周期。復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效，使微機(jī)系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運(yùn)行。所謂上電復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)上電瞬間，要在 RST引腳上出現(xiàn)寬度大于 10ms三萬(wàn)正 脈沖，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，常見的復(fù)位電路如圖 46所示。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級(jí)管的集成電路內(nèi)。 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) DS18B20 的性能特點(diǎn) （ 1） 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊； （ 2） 在 DS18B20 中的每個(gè)器件上偶有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)，因此多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； （ 3） 實(shí)際應(yīng)用中不需要任何外部器件即可實(shí) 現(xiàn) （ 4） 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； （ 5） 零待機(jī)功耗 （ 6） 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9位到 12位選擇 （ 7） 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 （ 8） 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件 （ 9） 負(fù)溫度特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作、 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信 號(hào)表示復(fù)位成功。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中。 讀供電方式 0B4H 讀 DS1820 的供電模式。 1一 Wire 單總線適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。 DS18B20 的測(cè)溫原理圖 如圖 49 所示 ： 圖 49 DS18B20測(cè)溫原理圖 圖 49 中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給 減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖