【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測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)。但此工作靠人工測量，效率低，準(zhǔn)確性差。在糧食部門各級領(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系統(tǒng)，為安全、科學(xué)儲糧起到了積極作用。 目前國內(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、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風(fēng)機械的控制等幾項，鑒于糧食儲藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點放在了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。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行如下分類 : （ 1）熱敏電阻 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 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、簡單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點，成為國內(nèi)糧情檢測系統(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，信號調(diào)節(jié)較為簡單。但熱敏電阻也存在缺點，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℃～＋ 125℃，檢測精度為177。 ℃。 DS18x20 采用 1－ WireTM 接口，封裝形式有 PR－ 35 和 SSOP－ 16兩種，糧情測控系統(tǒng)中采用的是 PR－ 35 封裝。 DS18x20 采用 9 個位表示測溫點的溫度值，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。 DS18x20 內(nèi)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(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控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號數(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控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測控單元的電路 設(shè)計更為容易。 采用 DS18x20 溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需 3 根導(dǎo)線即可連接多個 DS18x20 溫度傳感器。最為簡潔的結(jié)構(gòu)是利用 DS18x20 可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個 DS18x20 溫度傳感器，這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用 DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統(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 不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多，所以 DS18x20 溫度傳感器糧情測控系統(tǒng) 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 在房式倉中應(yīng)用時不如熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)更具有性能價格比的優(yōu)勢。 （ 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。 二 系統(tǒng)方案設(shè)計 方案設(shè)計 方案一：該案由單片機 、模擬溫度傳感器 AD590、運算放大器、 AD 轉(zhuǎn)換器、LCD顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。 該方案采用模擬溫度傳感器 AD590 作為測溫元件，傳感器測量的溫度變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運算放大器交給信號進行適當(dāng)?shù)姆糯螅詈笸ㄟ^模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，傳給單片機，單片機將溫度值進行處理之后用 LCD 顯示，當(dāng)溫度值超過設(shè)定值時開始報警。如圖 21所示： 圖 21方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方案二：該方案使用了 AT89C51 單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器DS1820 為溫度測量元件，采用多個溫度傳感器對多點溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度上、下限設(shè)置，超過其溫度值就報警。顯示電路采用 LCD1602 模塊，使模擬溫度 傳感器 運算 放大器 AD 轉(zhuǎn)換 鍵盤 單 片 機 LCD 顯示模塊 集成功放 報警器 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 用單片機直接驅(qū)動蜂鳴器構(gòu)成報警電路。如圖 12所示： 圖 22 方案二溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方案論證 方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器傳給處理器。它控制雖然簡單，但電路復(fù)雜，不容易實現(xiàn)對多點溫度測量和監(jiān)控。 由于采用了多個分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不容易出現(xiàn)誤差，測量結(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 DS1820，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬 DS1820 的讀寫時序，根據(jù) DS1820 的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。 此方案硬件電路簡單，但程序設(shè)計復(fù)雜一些，但是在課題外對 DS18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，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具 KEIL 用匯編語言對系統(tǒng)進行了程序設(shè)計，用仿真軟件 PROTEUS 對系統(tǒng)進行了仿真，達到了預(yù)期的效果。由此可見，此方案的可 行性，體現(xiàn)了技術(shù)的先進性，經(jīng)濟上也沒有任何問題。綜上所述，本課題應(yīng)當(dāng)采用方案二對系統(tǒng)進行設(shè)計。 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 LCD 液晶 顯示電路 報警電 路 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 三 溫度傳感器 溫度傳感器的選型 傳感器的選擇原則 要進行一個具體的測量工作，首先要考慮用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可以選用，哪一種原理的傳感器更為適合，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下具體問題 :量程的大小 。被測位置對傳感器體積的要求 。測量方式是接觸式的還是非接觸式的 。信號的引出方法 。傳感器的來源，國產(chǎn)還是 進口，價格是否能承受。 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)。傳感器的具體指標(biāo)有靈敏度，頻率響應(yīng)特性，線性范圍，穩(wěn)定性，精度等。這些參數(shù)并不是要求越高越好，因為要求越高不僅會帶來成本的提高，也會帶來信號處理的難度，噪音等問題。在滿足檢測系統(tǒng)要求的前提下我們一般選擇價格便宜和簡單的傳感器。 溫度傳感器的選擇 美國 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 。單線數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號， 以供單片機處理，克服了傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器不僅需要設(shè)計信號調(diào)理電路，還要經(jīng)過復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過程，測量精度難以保證的缺點，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。另外， DS18B20一線總線 數(shù)字化溫度傳感器同 DS1820 一樣， DS18B20 也支持 一線總線 接口．采用單根信號線，既可以傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。與其他數(shù)字溫度傳感 器相比具有線路簡單．硬件開銷少，成本低、便于擴展等優(yōu)點。 DS18B20的 測量溫度范圍為 55176。C ～ +125176。C ，在 10～ +85176。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。176。C 。 DS1822 的精度較差為 177。 2176。C ?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線 的數(shù)字 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 方式傳輸，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12 位的分辨率，精度為 177。176。C 。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！ DS1822 與 DS18B20 軟件兼容，是 DS18B20 的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為 177。2176。C ，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。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。 DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。 溫度上、下限值的設(shè)定原理 利用制冷機產(chǎn)生的冷量對自然空氣進行冷卻 降溫、除濕 ,再通過風(fēng)機及糧倉內(nèi)的通風(fēng)管道使冷卻后的空氣穿過糧堆 ,使糧食溫度降到 15176。 C 以下進行低溫儲藏的一項科學(xué)、先進的糧食儲藏技術(shù)。運用該技術(shù)可使糧食的低溫儲藏不受氣候條件的影響 ,即使在炎熱的夏季或雨季都可實現(xiàn)。目前在發(fā)達國家特別是西歐國家已獲得了廣泛的應(yīng)用 ,對于保證糧食品質(zhì) ,安全儲藏糧食起著重要的作用。 利用機械制冷方法將糧溫降到 5～ 15176。 C 進行低溫儲藏是一種科學(xué)、先進的儲糧方式 ,具有以下特點： （ 1） 與常溫儲藏相比 ,低溫儲藏使糧食的呼吸活動大大減弱 ,可延緩糧食的陳化 ,保持糧食的新鮮度并降低儲糧自然 減量損失。糧食在 10176。 C時儲藏 ,由于呼吸產(chǎn)生的干物質(zhì)損失要比在 20176。 C 和 30176。 C 時儲藏少 4 倍和 15 倍。 （ 2） 當(dāng)糧溫達到 13176。 C 時 ,害蟲的繁殖和活動就基本停止 ,糧溫降至 10176。 C 時完全停止。因此低溫儲藏可以避免糧食遭受蟲害而造成的損失。在一些西歐國家 ,低溫儲糧已不需要進行化學(xué)藥劑熏蒸殺蟲 ,從而改善了糧庫工人的工作環(huán)境 ,避免殘留藥劑對人們身體健康的危害。 （ 3） 因為霉菌等微生物喜溫 ,所以低溫儲糧使霉菌的活動基本停止 ,可有效地防止糧食發(fā)生霉變。 （ 4） 對糧食進行機械制冷降溫 ,使得糧食在高于安全水分時儲 藏成為可能 ,因此可以提高儲糧和加工單位的效益。對于稻谷 ,最適合的碾磨水分是 15 %左右 ,但常溫下稻谷儲藏的安全水分是 13. 5～ 14 % ,加工前需進行人工增濕 , 使稻谷易于 東北 大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 產(chǎn)生爆腰 ,碾磨的整米率下降。若采用人工冷卻降溫方法 , 稻谷可在 15 %水分下安全儲藏 (見表 31) ,從而提高稻谷碾磨的整米率 ,同時減少儲糧水分減量損失。在西班牙的一個碾米廠 ,采用機械制冷低溫儲藏稻谷后提高整米率 20 % 。對于 10000 噸的糧食儲量 ,在 15 %的水分下儲藏 ,可減少儲糧單位水分減量損失 116～ 173 噸。 表 31 糧溫為 10176。 C 時糧食水分與安全儲藏期的關(guān)系 糧食水分 ( %) 糧食安全儲藏期 (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 系統(tǒng)工作原理綜述 基于單片機的單總線多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)以 AT89C51 為中心期間，以 KEIL 為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺，以匯編語言進行 程序設(shè)計，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報警電路組成，電路圖如附錄 XXXX 一所示。 DS1820 是智能溫度傳感器，它的輸入、輸出采用數(shù)字量，通過單總線，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù) DS1820 內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)給主機，主機按照通訊協(xié)議用一個 IO 口模擬 DS1820 時序，發(fā)送命令（初始化命令、 ROM 命令、功能命令）給 DS1820，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，用字符型液晶顯示模塊顯示各點的溫度值。在系統(tǒng)啟動之時，可以通 過按鍵設(shè)置各點溫度的上限值和下限值，當(dāng)某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)了對各點溫度實時監(jiān)控。 每個 DS1820有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上接了 4個 DS1820，