【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用最終是要面向用戶的，因此用戶監(jiān)控軟件的開發(fā)將決定系統(tǒng)能否方便高效的運(yùn)行。對(duì)于中小型糧庫監(jiān)控系統(tǒng) ， 大都由系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來完成用戶軟件的設(shè)計(jì)任務(wù)。隨著面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)的發(fā)展，各哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 種面向?qū)ο缶幊陶Z言如 VB， VC 等逐漸成為用戶軟件開發(fā)的得力工具 ， 在糧情監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中都有 應(yīng)用實(shí)例。系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件也可以采用工控組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，接口美觀，運(yùn)行可靠。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的圖形用戶接口，操作十分方便、直觀。用戶軟件功能一般包括數(shù)據(jù)讀取及顯示，報(bào)警參數(shù)設(shè)置，歷史曲線打印等。還有一些軟件具有糧情分析決策功能。 綜上所述，糧庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法雖然不盡相同，但最終目的是安全可靠的運(yùn)行，這在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天己經(jīng)變得很容易。目前，我國的很多國有糧庫和地方糧庫還是采用人工測(cè)溫的方式進(jìn)行管理，而采用分布式計(jì)算機(jī)糧庫監(jiān)控系統(tǒng)，可以大大提高糧庫的現(xiàn)代化管理水平，在糧食保管方面每年節(jié)約大量人力物力 ，減少開支，減少糧食損失。隨著糧庫的現(xiàn)代化建設(shè)，作為糧庫儲(chǔ)糧自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，將具有很好的應(yīng)用前景。 微機(jī)控制的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)概況 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)框圖 R S 2 3 2單 總 線單 總 線單 總 線計(jì) 算 機(jī)糧 倉 糧 倉 糧 倉主 控 置 機(jī)分 機(jī) 1分 機(jī) 2分 機(jī) 3R s 4 8 5無 線E 圖 l2 系統(tǒng)組 成結(jié)構(gòu)框圖 一臺(tái)主控機(jī)可管理最多 32 臺(tái)分機(jī) 一臺(tái)分機(jī)可以測(cè)試最多 1024 點(diǎn)溫度 溫度傳感器采用單總線數(shù)字器件 DS18B20 分機(jī)與主控機(jī)之間采用有線和無線通信方式 組態(tài)王編寫上位機(jī)用戶監(jiān)控軟件，全圖形接口 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 溫度歷史曲線查詢打印，溫度報(bào)替設(shè)置 針對(duì)糧庫占地面積大，被控對(duì)象分散，自動(dòng)化程度要 求較高的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了分層式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分散式系統(tǒng)安裝。整個(gè)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為三層 :由微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成上位機(jī)用戶監(jiān)控層， 8031 單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成主控機(jī)控制層和分機(jī)測(cè)量層。主控機(jī)與 n 臺(tái)分機(jī)采用主從式分布結(jié)構(gòu)，通過無線通信方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖 12 所示。其中 n 為分機(jī)臺(tái)數(shù)， n 取值范圍為 (1～ 64)。 系統(tǒng)工作過程分析 系統(tǒng)的工作過程說明如下 :這套系統(tǒng)的通訊采用循檢方式， PC 機(jī)每隔一定時(shí)間便向主控機(jī)發(fā)出讀溫度數(shù)據(jù)命令。主控機(jī)收到命令后，先是將存儲(chǔ)在 RAM 中的最近測(cè)量的數(shù)據(jù)依次上傳給 PC 機(jī)。傳輸完 畢后，主控機(jī)向第一臺(tái)分機(jī)發(fā)出讀溫度數(shù)據(jù)命令，命令經(jīng)過通信單片機(jī) (89C2051)編碼后送到 RS485 或無線發(fā)射模塊發(fā)送出去。第一臺(tái)分機(jī)的將收到的信號(hào)送到分機(jī)的通信單片機(jī)進(jìn)行譯碼，譯碼后的命令送給分機(jī) CUP，分機(jī) CUP 解釋命令后，將存儲(chǔ)在分機(jī) SRAM 中的數(shù)據(jù)通過分機(jī)通信單片機(jī)的編碼依次上傳給主控機(jī)。主控機(jī)接收完畢并校驗(yàn)無誤后，更新存儲(chǔ)器中的相應(yīng)位置的保存數(shù)據(jù)，然后向第二臺(tái)分機(jī)發(fā)出溫度數(shù)據(jù)上傳命令，以此類推，直至所有分機(jī)都巡閱完畢。分機(jī)則利用通信的間隙不斷讀取糧庫中溫度傳感器測(cè)量的最新溫度值，從而更新分機(jī) SRAM 中的數(shù)據(jù)，以備主控機(jī)讀取 ； 所有的命令和數(shù)據(jù)都經(jīng)過 CRC16 校驗(yàn)，如果接收方對(duì)接收的命令 (數(shù)據(jù) )校驗(yàn)出錯(cuò)，則會(huì)舍棄此幀數(shù)據(jù)，然后等待下一次接收。而發(fā)送方在接收方無響應(yīng)超過一定時(shí)間后，將認(rèn)為前面的發(fā)送出錯(cuò)，會(huì)組織重發(fā)，如果重發(fā)三次還無響應(yīng)，則發(fā)送方會(huì)放棄此命令的發(fā)送，繼而進(jìn)行后續(xù)工作。系統(tǒng)的命令和數(shù)據(jù)完整的走向圖見圖 13。 5 1 單 片機(jī)計(jì) 算 機(jī)R S 4 8 5R S 4 8 52 0 5 1單 片 機(jī)編 譯 碼無 線 通 信 發(fā)射 模 塊無 線 通 信 接收 模 塊無 線 通 信 接 收模 塊無 線 通 信 發(fā) 射模 塊2 0 5 1單 片 機(jī)譯 碼 器5 1 單 片 機(jī)溫 度 傳 感器 圖 13 命令和數(shù)據(jù)傳輸流程圖 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 本章 小結(jié) 我國是個(gè)糧食大國，糧食又是一個(gè)國家生存的根本；為了防止各種突發(fā)事件，糧食的安全儲(chǔ) 備就非常重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和測(cè)量技術(shù)的提高。傳統(tǒng)的人工查看糧溫方法已經(jīng)逐步被電子測(cè)溫設(shè)備所取代； 本文從 多種方法 中選取以：?jiǎn)纹瑱C(jī) 89C2051 配以新型的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，有限與無線數(shù)據(jù)傳輸方式來完成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 第 2章 單片機(jī)測(cè)溫原理 分機(jī)的整體設(shè)計(jì) 溫度測(cè)量任務(wù)主要由各個(gè)分機(jī)來完成，分機(jī)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中功能最復(fù)雜的部分，分機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 表示 無 線 接 收電 路無 線 發(fā) 射電 路4 8 5 通 信 電路 （ 預(yù)留 ）看 門 狗電 路通 信 單片 機(jī)8 9 C 2 05 1主 單 片 機(jī)8 9 C 5 1鍵 盤 電路D S 1 8 B 2 0登 記 端口輸 出 控制 電 路測(cè) 溫 擴(kuò) 展通 道 插 口測(cè) 溫 選 擇通 道E 2 P R O M數(shù) 碼 管 顯示 器數(shù)據(jù)選位 圖 21 分機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 分機(jī)主要完成多點(diǎn)溫度的采集、測(cè)量線路及測(cè)量點(diǎn)的選 擇和數(shù)據(jù)整理等，并 將 測(cè)得的數(shù)據(jù) 按 順序存放在分機(jī) SRAM 中。當(dāng)主控機(jī)呼叫該分機(jī)時(shí)，分機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行靠編碼，通過無線方式發(fā)送給主控機(jī)。下面對(duì)分機(jī)的各組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。 在分機(jī)中，主單片機(jī) 89C51 的主程序主要完成溫度轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)的 讀 取、溫度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，主程序流程框圖如圖 22 所示。 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 正 在 進(jìn) 行 鍵 處 理 ？一 次 啟 動(dòng) 所 有 測(cè) 溫 點(diǎn) 的 溫 度 轉(zhuǎn) 換程 序 開 始初 始 化延 時(shí) 2 秒讀 溫 度存 儲(chǔ) 該 溫 度 值是 否 所 有 點(diǎn) 都 讀 完 ？返 回 程 序 入 口是否是 圖 22 主程序流程圖 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 單總線 目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有 I2C總線、SPI 總線和 SCI 總線。其中 I2C 總線以同步串行 2 線方式進(jìn)行 通信 (一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線 )， SPI 總線則以同步串行 3 線方式進(jìn)行通信 (一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線 )，而 SCI 總線是以異步方式進(jìn)行通信 (一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線 )的。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號(hào)線。近年來，美國的達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司 (DALLAS SEMICONDUCTOR)推出了一項(xiàng)特有的單總線 (1WireBus)技術(shù)。該技術(shù)與上述總線不同，它采用單根信號(hào)線，既可傳輸時(shí)鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和 維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作 ；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作 。 單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。設(shè)備 (主機(jī)或從機(jī) )通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線。其單總線通常要求外接一個(gè)約為 的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。主機(jī)和從機(jī)之間 的通信可通 3 個(gè)步驟完成，分別為初始化 1wire 器件、識(shí)別 1wire 器件和交換數(shù)據(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問 1wier 器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列，即初始化、 ROM、命令功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂， 1wire 器件將不響應(yīng)主機(jī) (搜索 R服命令，報(bào)警搜索命令除外 )。 所有的單總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。1wier 協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、讀 0 和讀 1 時(shí)序等幾種信號(hào)類型。所有的單總線命令序列 (初始化， ROM 命令，功能命令 )都是由這 些基本的信號(hào)類型組成的。在這些信號(hào)中，除了應(yīng)答脈沖外，其它均由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。初始化包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過拉低單總線至少 480μs 哪產(chǎn)生 Tx 復(fù)位脈沖 ； 然后由主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入 Rx 接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 一個(gè) 由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，單總線器件檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí) 15～ 60μs，接著單總線器件通過拉低總線 60～240μs 來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的以應(yīng)答脈沖后，說明有單總線器件在線，然后主機(jī)就可以開始對(duì)從機(jī)進(jìn)行 ROM 命令和功能命令操作。在讀、寫操作時(shí)，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。所有的讀、寫時(shí)序至少需要 60μs，且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。讀、寫操作均始于主機(jī)拉低總線。在寫操作中，主機(jī)將在拉低總線 15μs之內(nèi)釋放總線，并向單總哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 線器件寫 1； 若主機(jī)拉低總線后能保持至少 60μs 的低電平，則向單總線器件寫 0。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。 所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀操作，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀操作之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0或 1。若單總線器件 發(fā)送 1，則總線保持高電平，若發(fā)送 0，則拉低總線。由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持 15μs有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，且須在 15μs的采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)有了單總線的概念，下面來了解一下數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器之所以考慮選擇單線數(shù)字器件 DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因 : 系統(tǒng)成本 :由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，而價(jià)格也越來越低。一支 DS18B20 的體積與普通三極管相差無幾，價(jià)格只有十元人民幣左右。 系統(tǒng)復(fù)雜度 :由于 DS18B20 是單總線器件，一條總線上可以掛接幾十個(gè) DS18B20，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。 系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù) :由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡(jiǎn)化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便 ； 同時(shí)，由于 DS18B20 是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。 圖 23 為 DS18B20 的引腳 (結(jié)構(gòu) )框圖。 DS18B20 1 2 3 圖 23DS18B20 引腳圖 引腳說明： 1. GND 地 2. DQ 數(shù)字輸入 /輸出 3. VDD 可選的電源 哈爾濱理工大學(xué)遠(yuǎn)東學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 特點(diǎn)描述 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通訊只要一根 I/O 線。通過比較系列號(hào)可以在一根線上掛接多個(gè) DS18B20； 低壓供電，電源范圍從 3V～ 5V，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源 。測(cè)溫范圍 550～ 1250 攝氏度，在 100～ 850 攝氏度范圍內(nèi)誤差為 177。 度 。數(shù)據(jù)位可編程 9～ 12 位，轉(zhuǎn)換 12 位溫度時(shí)間為750ms (最大 ):用戶可自設(shè)定預(yù)警上下限溫度 ； 報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址那個(gè)器件的溫度至超出預(yù)定值。 DS18B20 的另一特點(diǎn)是無外線電源工作能力。當(dāng)總線為高時(shí)，穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn)的，總線信號(hào)“高”也控制內(nèi)部電容 (Cpp)，當(dāng) 總線為低時(shí)由電容為器件供電。從單線總線上獲得電源的方法被稱之為“ 寄生電源 ”。 DS18B20 也可以通過外部供電從 VDD獲得電源 [1] 64 位激光 ROM 碼 每一個(gè) DS18B20 都有一個(gè) 64 位碼 (見 圖 21)存在 ROM 中。 ROM 碼的低 8 位含有 DS18B20 的單線產(chǎn)品系列編碼 :28H。接下來的 48 位包含了唯一的系列號(hào)。高 8 位包含有一個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)字節(jié)，它是根據(jù) ROM 碼的前56 位計(jì)算得到的。 4 8 位 序 列 碼 8 位 元 系 列 編 碼 （ 2 8 H ）8 位 C R C MSB LSB MSB LSB MSB LSB 圖 21 64 位激光 ROM 碼 溫度測(cè)量 DS1SB20 的核心功能是其數(shù)字溫度傳感器。溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果被用戶定義為 11 或 12 位，其各自的準(zhǔn)確度為 、 、 、 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 Ls byte232122202 12 22 42 3