【文章內(nèi)容簡介】 傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到 2％一 3％RH。 在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器年漂移量一般都在177。2%左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明 1 次標(biāo)定的有效使用時間為 1 年或 2 年，到期需重新標(biāo)定。所以電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈及常溫的場合使用。 電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕球濕度傳感器。干濕球測濕法的維護相當(dāng)簡單，在實際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測濕法不會產(chǎn)生老化，精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。 考慮到糧庫的高溫，高灰塵的使用場合；系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，壽命；生產(chǎn)的成本價格，本系統(tǒng)選擇干濕球測濕原理來設(shè)計溫濕度綜合檢測儀。其具體操作方法：信息的采集放置兩只數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20，一只置于被測物體所在空氣中，測得的溫度稱為干球溫度。另一只用紗布包裹，紗布下端垂于一個蒸餾水器皿中，測得的溫度稱為濕球溫度。根據(jù)干濕度溫度計測量原理，在得到溫度（干球溫度）的同時，只要計算出干球溫度和濕球溫度的差值，通過查溫差相對濕度表就可得出濕度 [3]。2．2．2 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20[13]本系統(tǒng)選擇的溫度傳感器是：數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20。通常糧食溫度的檢測系統(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，例如 PN 結(jié)型溫度傳感器。 （1）熱敏電阻作為溫度敏感元件，熱敏電阻主要優(yōu)點是成本低，但需后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差，準(zhǔn)確度和精度都較低。（2）光纖溫度傳感器的精度很高，但成本較貴，如果要求在多個點檢測時，顯然不實際。（3）PN 結(jié)型溫度傳感器易受外界條件影響且精度低。（4）DS18B20 數(shù)字溫度計是美國 DALLAS 公司最新推出的 1－Wire 總線數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9－12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在 和 750ms 內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化 9 位和 12 位的數(shù)字量因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性更高，芯片的耗電量很小，最可貴的是這些芯片在檢測點己把被測信號數(shù)字化了，因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號，這使得系統(tǒng)的抗干擾性好、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)。1Wire 單總線好處是：與 CPU 接口方便，可不必過多考慮前向通道中諸如信號放大、A/D 轉(zhuǎn)換，多路開關(guān)選擇，零點漂移、傳感器供電和干擾等因素，可以在滿足系統(tǒng)要求的前提下最大限度的減少系統(tǒng)開發(fā)成本和技術(shù)難度。出廠時，DS18B20 片內(nèi) ROM 中都光刻了唯一的 64 位序列號 ，所以可以在一根總線上掛接任意多個 DS18B20，單片機根據(jù)不同的序列號作為地址尋址可以對基于 89C51 單片機的糧食水分，溫度綜合檢測儀的設(shè)計 10不同的 DS18B20 進行監(jiān)控，這樣就可以很方便地構(gòu)成單線多點溫度測量系統(tǒng)。經(jīng)過綜合考慮，本文選擇美國 DALLAS 的數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20.下面介紹 DS18B20 的基本情況：DS18B20 的特點：（1）、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。（2）、在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）、實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）、測量溫度范圍在－55 。 C 到＋125 。 C 之間。（5）、數(shù)字溫度計的分辨率可以從 9 位到 12 位選擇（測溫精度為177。 度）。（6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。DS18B20 的引腳介紹：名稱 引腳功能描述GND 地信號DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 表 2－1 DS18B20 引腳DS18B20 的操作其操作分四個部分：初始化，ROM 操作命令，存儲器操作命令，DS18B20讀寫操作?？偩€上的所有操作前要初始化主機，先發(fā)復(fù)位信號，之后，從機發(fā)出在線信號，后者通知主機 DS18B20 在線，并等待接收命令 操作命令主機收到 DS18B20 在線信號后，就可以發(fā)送四個 ROM 操作命令中的一個，這些命令字均為 8 位的 16 進制數(shù)(最低位在前)，現(xiàn)將這些命令說明如下 (1)讀命令(33H) (2)選擇定位命令 (SSH) (3)跳過 ROM 序列號檢測命令(CCH) (4)查詢命令 (FOH) (5)報警查詢命令 (ECH)(1)寫入(4EH)(2)讀出(BEH) (3)復(fù)制(48H) (4)開始轉(zhuǎn)換 (44H) (5)回調(diào)(B8H)(6)讀電源標(biāo)志(B4H) 的讀寫操作(1)復(fù)位(2)寫操作 (3)讀操作 以上是 DS18B20 的操作過程。本文選擇數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 完全滿足，系統(tǒng)溫度范圍：－5℃～＋60℃；精度：177。%的設(shè)計要求。2．2．3 單片機 AT89C51根據(jù)系統(tǒng)要求選擇單片機 AT89C51。AT89C51 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器。 圖 2－2AT89C51 引腳AT89C51 的特點：（1）、與 MCS51 兼容（2）、K 字節(jié)可編程閃爍存儲器（3）、壽命：1000 寫/擦循環(huán)（4）、數(shù)據(jù)保留時間：10 年（5）、全靜態(tài)工作：0Hz24Hz（6）、三級程序存儲器鎖定（7）、128*8 位內(nèi)部 RAM（8）、32 可編程 I/O 線基于 89C51 單片機的糧食水分，溫度綜合檢測儀的設(shè)計 12（9）、兩個 16 位定時器/計數(shù)器（10）、5 個中斷源（11）、可編程串行通道（12）、低功耗的閑置和掉電模式（13）、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路AT89C51 的引腳介紹：(略)3．振蕩器特性：XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4．芯片擦除：整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷、系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2．2．4 共陰極顯示驅(qū)動 MAX7219[23] MAX7219 是美國 MAXIM 公司推出的三線串行 8 位 LED 可編程共陰極顯示驅(qū)動器。其片內(nèi)包含有一個 BCD 碼到 B 動器及存儲每個數(shù)字的 8X8 固態(tài) RAM。它不需要如同在傳統(tǒng)的顯示電路中，每一個 LED ，這使電路變得簡單，節(jié)省了系統(tǒng)很多資源，從而降低了系統(tǒng)成本也減少了電路板空間的要求。 圖 2－3 MAX7219 引腳引腳介紹：DIN 串行數(shù)據(jù)輸入線DIG07 八位數(shù)字驅(qū)動線，它從顯示器上吸入電流LOAD 裝載數(shù)據(jù)輸入線CLK 時鐘輸入端SEGAG 七位驅(qū)動器和小數(shù)點線，它供給顯示器源電流ISET 通過電阻接到 V+以建立峰值段電流DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出線MAX7219 是微處理器和共陰極七段－八位 LED 顯示、圖條/柱圖顯示或 64點陣顯示接口的小型串行輸入/ BCD 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動器 8X8 靜態(tài) RAM 外部只需要一個電阻設(shè)置所有 LED 顯示器字段電流 MAX7219 和微處理器只需三根導(dǎo)線連接，每位顯示數(shù)字有一個地址由微處理器寫入允許使用者選擇每位是 BCD 譯碼或不譯碼，使用者還可選擇停機模式、數(shù)字亮度控制、從 18 選擇掃描位數(shù)和對所有 LED 顯示器的測試模式。MAX7219 和單片計算機連接有三條引線(D1N ,CLK,LOAD)，采用 16 位數(shù)據(jù)串行移位接收力一式即單片機將 16 位二進制數(shù)逐位發(fā)送到 D1N 端，在 CLK 上升沿到來前準(zhǔn)備就緒，CLK 的每個上升沿將一位數(shù)據(jù)移入 MAX7219 內(nèi)移位寄存器，當(dāng) 16 位數(shù)據(jù)移入完，在 LOAD 引腳信號上升沿將 16 位數(shù)據(jù)裝入 MAX7219內(nèi)的相應(yīng)位置，在 MAX7219 內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現(xiàn)動態(tài)顯示?；?89C51 單片機的糧食水分，溫度綜合檢測儀的設(shè)計 142．3 軟件語言的選取本系統(tǒng)以單片機為核心，采用匯編語言編程。在已經(jīng)有眾多高級語言和可視化集成開發(fā)環(huán)境工具的今天，匯編語言仍然是一門不可缺少的有效的程序設(shè)計語言。匯編語言是指用指令的助記符、符號地址、標(biāo)號等符號書寫程序的一種軟件語言，它是計算機軟件設(shè)計的重要工具，在系統(tǒng)軟件開發(fā)、實時控制的和實時處理領(lǐng)域中有著不可替代的地位。用匯編語言編程可以充分發(fā)揮計算機硬件的功能，進行高質(zhì)量的設(shè)計，開發(fā)出的軟件具有內(nèi)存開銷小、運算速度快的特點，而且它不獨立于具體機器，是一種非常通用的低級程序設(shè)計語言，采用匯編語言編程，用戶可以直接操作到單片機內(nèi)部的工作寄存器和片內(nèi) RAM 單元，處理數(shù)據(jù)的過程非常具體。注：附錄溫差對應(yīng)相對濕度表。第三章 溫濕度檢測儀主要硬件電路設(shè)計3．1 單片機主機系統(tǒng)電路 圖 3－1 系統(tǒng)電路主機系統(tǒng)由單片機 89C51,復(fù)位電路，時鐘電路組成。3．1．1 時鐘電路 [15]單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTALl 和 XTAL2 分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式，如圖 3－1 所示在其外接晶體振蕩器(簡稱晶振) 或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖 32 中外接晶體以及電容 C2 和 C3 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振基于 89C51 單片機的糧食水分，溫度綜合檢測儀的設(shè)計 16蕩頻率、快速起振的作用，其值均為 30PF 左右，晶振頻率選 12MHZ． 圖 3－2 時鐘電路 3．1．2 復(fù)位電路為了初始化單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機的復(fù)位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果 RST 引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(IJO )端口寄存器置為 FFH，堆棧指針 SP 置為 07H} SBUF 內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清 0，內(nèi)部 RAM 的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時RAM 的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(開關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。圖 33