【正文】 實驗的結果基 本令人滿意，今后可以在以下幾個方面繼續(xù)研究： 1．通過網(wǎng)絡通信的學習研究可以改進系統(tǒng)對糧庫進行遠程控制。其中，下位機系統(tǒng)包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和串行通信模塊；上位機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)存儲器擴展模塊、 LCD 顯示模塊和串行通信模塊。當符號位 S=0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S=1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼 (取反加 1)，再計算十進制數(shù)值。 6. 全雙工串行口： AT89C51 內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 圖 內部時鐘電路 復位電路設計 AT89C51 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的，復位引腳 RST 通過一個施密特觸發(fā)器與復位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內部復位操作所需要的信號。作為第一功能使用時，就作為普通 I/O 口用，功能和方法與 P1 口相同。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 （ 2） ALE/ PROG （ 30 腳）：當訪問外部存儲器時， ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。在主控電路中接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。 其與單片機連接的電路圖如圖 所示： 圖 鍵盤與單片機連接圖 寧夏理工學院畢業(yè)設計 17 AT89C51 硬件電路設計 AT89C51 單片機內帶 32KB Flash 存儲器，該存儲器既可以并行編程也可以串行在系統(tǒng)中編程，在實際的成型產品中可通過 ISP 升級用戶程序。 DB3（ 10 腳）：底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位。 Vdd（ 2 腳）：接電源。其具體電路圖 如下： 圖 報警電路圖 上位機系統(tǒng)硬件 電路 設計 顯示模塊 顯示器是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管 (CRT/Cathode Ray Tube)顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術如雨后春筍般誕生，近來由于液晶 (LCD)顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢， 在近年來價格不斷下跌的吸引下，逐漸取代 CRT 之主流地位，顯示器明日之星架勢十足。如果地址不符， 則保持 SM2=l，對上位機以后發(fā)出的數(shù)據(jù)幀 ( RB8=0 ) 不予響應，不再激發(fā)中斷標志 RI=0下位機繼續(xù)等待呼叫。因此采用 RS485 總線建立 PC 與多單片機的傳輸網(wǎng)絡是可行的。如此翻來覆去，形成方波輸 出。 本系統(tǒng)選用 HSl101 濕度傳感器來測量糧庫中的相對濕度，下面我簡要介紹一下HSl101。寧夏理工學院畢業(yè)設計 10 濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化物濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。在復位電平結束之后，控制器應該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15us～ 60us 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60us～ 240us 的低電平信號。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在 55℃所對應的一個基數(shù)值。 DS18B20 內部存儲器包括一個暫存 RAM 和一個非易失性電可擦除 EERAM。 Dsl8x20 內部分為 4 個部分： 64 位序列號，保存臨時數(shù)據(jù)的 8 字節(jié)片內 RAM，保存永久數(shù)據(jù)的 2 字EEPROM，溫度傳感器 [4]。 寧夏理工學院畢業(yè)設計 6 3 系統(tǒng)硬件電路設計 下位機系統(tǒng)硬件 電路 設計 溫度檢測模塊 通常糧情檢測系統(tǒng)主要選用熱敏電阻、數(shù)字式溫度傳感器、光纖溫度傳感器作為溫度傳感器，也有的選用其它溫度傳感器 [2]。假設該糧庫共有 1 個糧庫，在每個糧庫中要安裝多個溫濕度傳感器，分布在該糧庫的重要位置，每個溫濕度傳感器實際上是一個終端設備，也是該系統(tǒng)中的重要關鍵的設備。該系統(tǒng)采用單片機機作為上位機監(jiān)控單元。下位機由單片機、溫濕度傳感器和報警模塊組成，其任務是完成糧庫中各個測量點的溫濕度的測量，并且通過串行通信的方式向上位機傳送測量數(shù)據(jù)，溫濕度超過閾值可實現(xiàn)報警。在進行多點測量的時候將非常易于擴展，不需要添加任何器件，將所有傳感器直接與單片機 I/O 口連接即可。另外還可以設計一些通用接口，為以后設備功能擴展提供方便。 本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為核心，研制了一種穩(wěn)定性高、成本低的溫、濕度智能控制系統(tǒng)。 我國對于溫度測控技術的研究較晚，始于 20 世紀 80 年代。 隨著科技的發(fā)展，從 1978 年開始，采用電阻式溫度傳感器、采樣器、模數(shù)轉換器等組成的儲糧監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)，它可對各糧庫的各個測溫點進行巡回檢測，檢測速度、精度大大提高，降低了勞動強度，但由于電阻傳感器的靈敏度低，致使檢測精度、系統(tǒng)可靠性還不夠理想。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。 關鍵詞 單片機；小型糧庫；溫度；濕度 寧夏理工學院畢業(yè)設計 II Abstract The food storage is the national guard against war, for Huang zai and other unexpected events and take effective measures. Food is the human survival necessities, temperature and humidity is to keep the good food prerequisites, with China39。因此，保證適宜的糧庫溫度、濕度對保證農產品種子存儲質量十分重要。 影響糧食安全儲藏主要參數(shù)是糧食的濕度和溫度，這兩者之間是互相關聯(lián)的。 目前實現(xiàn)糧庫溫濕度的智能控制需要一種穩(wěn)定性高、成本低的溫濕度智能控制系統(tǒng)，其采用上、下位機控制結構，實現(xiàn)全方位智能化的糧庫監(jiān)控。 Temperature。同時溫度與相對濕度的大幅度變化可能導致種子大范圍腐爛或者影響種子的發(fā)芽率，從而帶來極大的經濟及財產損失。 寧夏理工學院畢業(yè)設計 2 國外在糧情監(jiān)控技術上已經達到了很成熟的地步，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應用于糧情檢測系統(tǒng) 。我國溫度測控設施計算機應用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向實用化、綜合性應用階段過渡和發(fā)展。溫度、濕度檢測模塊將糧庫內的溫、濕度信息傳到單片機，單片機根據(jù)實際情況發(fā)出控制信號驅動控制模塊進行相應操作，同時將當前信息存儲到單片機相應內存單元中并上傳數(shù)據(jù)到上位機顯示及保存。實現(xiàn)溫濕度實時監(jiān)測顯示，超過閾值可以自動報警，人工處理控制糧庫的溫濕度 ，達到自動控制的目的。 當溫度或濕度超過閾值時，下位機的警報聲響，并在上位機系統(tǒng)的 LCD 顯示屏上顯示相應的溫度、濕度值，引起工作人員注意，從而采取通風等措施。溫、濕度檢測模塊使用數(shù)字傳感器。RS485串行通信 圖 系統(tǒng)總體框圖 寧夏理工學院畢業(yè)設計 5 下位機系統(tǒng) 下位機即為前端采集系統(tǒng)，由單片機和各種傳感器組成，其任務是完成糧庫現(xiàn)場溫度的采集與處理，并通過總線同上位機進行數(shù)據(jù)傳遞。上位機與下位機之間通過 RS485總線方式連接。 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℃ ~ +l25℃，檢測精度為士 ℃。 DS18B20 片內有唯一的 64位序列號，所以可以在一根總線上掛接任意多個 DS18B20，這樣就可以很方便地構成單線多點溫度測量系統(tǒng)。 DS18B20 引腳圖見圖 。 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。常見的濕度傳感器有以下幾種： 1. 濕敏元件 濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。當相對濕度從 0 變化到 100%時，電容量的變化范圍是 163pF 一 202pF。 （ 3）頻率 /溫度輸出式集成濕度傳感器 典型產品為 HTF3223 型。7 端通過 芯片內部的晶體管對地短路又構成了對 C 的放電回路，并將引腳 2， 6 端相連引入到片內比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。其關系式為： )25( ??? TtRHRH xmr （式 ） 其中， RHr為真實濕度值； RHm為當前溫度下的濕度測量值； T 為當前溫度； tx二為溫度系數(shù)。 表 SCON各位定義 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 寧夏理工學院畢業(yè)設計 13 SM0， SM1 為串口工作方式選擇位， SM2 為多機通信控制位， REN 為允許串行通信選擇位，下位機系統(tǒng)由初試化程序將串口設置成工作方式 2 或 3， SM2=l， REN=1，下位機處于接收狀態(tài)。單片機的 引腳通過限流電阻 R3 與三極管基極相接，三極管的集電極接有蜂鳴器。 顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采 集的電壓數(shù)據(jù)。 DB0（ 7 腳）：底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位（最低位）。 系統(tǒng)顯示模塊如 所示： 寧夏理工學院畢業(yè)設計 16 圖 顯示模塊電路圖 RS485S 串口通信模塊 同上 節(jié)內容。在主控電路中它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。 Vcc 掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。對于有 EPROM 時，在 EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（ PROG ）。 4. 輸入 /輸出引腳 P0 口、 P1 口、 P2 口和 P3 口 （ 1） P0 口（ 39 腳～ 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外部存儲器，與地址總線的低8 位及數(shù)據(jù)總線復用，能以吸收電流的方式驅動 8 個 LSTTL 負載。擴展外部存儲器時，當作地址總線使用，作一般 I/O 口使用，其內部有上 拉電阻。本設計采用內部振蕩方式，外接晶體以及電容 C1 和 C2 構成并聯(lián)諧振電路，接在 80S51 芯片的 XTAL1 和 XTAL2 端一起構成測控主電路的時鐘。 3. 程序存儲器 (ROM)： AT89C51 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 下位機主程序溫度采集子程序串口通信子程序報警子程序溫度采集子程序 圖 下位機程序模塊組成圖 溫度子程序設計 由于 DS18B20 內部集成了 A/D 轉換，因此在數(shù)據(jù)采集時存在一定的轉換時間，當DS18B20 接收到溫度轉換命 令后，開始啟動轉換。所以上位機程序包括：溫濕度顯示子程序、串口通信子程序、 44 鍵盤子程序 [12]。 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，具有較強的適用性與通用性。 4．應該對傳感器進行改進，采用最好的系統(tǒng)，使系統(tǒng)達到最優(yōu)狀態(tài)。因此，整個系統(tǒng)較為穩(wěn)定，不會由于某一下位機系統(tǒng)故障而導致整個系統(tǒng)癱瘓。其流程圖如圖 所示： 寧夏理工學院畢業(yè)設計 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 濕度子程序設計 濕度檢測子程序設計思路與溫度檢測子程序相同。 其基本結構組成如圖 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 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內部結構 寧夏理工學院畢業(yè)設計 23 4 軟件設計 下位機軟件設計 本設計下位機單片機需要處理的信息有：溫度采集、濕度采集、報警。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 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。 （ 3） P2 口（ 21 腳～ 28 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口。當 EA 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是不是有內部程序存儲器。然而要注意的是，每當訪問外部存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 （ 1） RST/VPD（ 9 腳）：當振蕩器運行