【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、了解各種水分測(cè)量方法；2、了解插桿式水分傳感器測(cè)量原理；查詢參考5本以上與課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，其中至少一本外文資料；進(jìn)行5000字以上的課題相關(guān)內(nèi)容的外文資料翻譯；完成20210字以上的論文，若有余力可進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)；取的有效地措施，影響糧食安全儲(chǔ)藏的主要因素是水分含量，水分含量過高，升華反應(yīng)加劇，必然引起糧食“發(fā)燒”和霉變，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。，其中僅東北地區(qū)每年收購潮糧就在500億斤以上。糧食的安全儲(chǔ)藏，潮糧入庫前必須進(jìn)行烘干處理。塔溫度水分智能檢測(cè)系統(tǒng)。與其它的溫度、水分傳感器相比，數(shù)字溫度傳感。器DS1621及插桿式水分傳感器具有使用方便、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行了有益的探討。

　　

【正文】 下式表示 。 ]/1/1e x p[ 00 TT BRR ??? (32) 式 (32)中 ， R0 為熱敏電阻 0℃ 時(shí)的電阻值； B 為熱敏電阻常數(shù) ( kE2? )。其中 E 為活化能， k 為玻爾茲曼常數(shù)。測(cè)定由溫度差所決定的導(dǎo)通電阻即可測(cè)定所測(cè)溫度值。 熱敏 電阻的主要特點(diǎn)是 ： ① 靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大 10～ 100 倍以上，能檢測(cè)出1~6℃ 的溫度變化； ② 工作溫度范圍寬，常溫器件適用于 55℃ ～ 315℃ ，高溫器件適用溫度高于 315℃ (目前最高可達(dá)到 2021℃ )，低溫器件適用于 273℃ ～ 55℃ ； ③ 體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度； ④ 使用方便，電阻值可在 ～ 100kΩ 間任意選擇； ⑤ 易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)； ⑥ 穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器 (如 AD590 等 )是繼電壓輸出型傳感器之后發(fā)展的一種電流輸出型傳感器。這種傳感器以電流輸出量作為溫度指標(biāo)，其電流靈敏度(如 AD590 為 lμ A/K)作為一種高阻電流源，可以和數(shù)百歐姆的電阻串聯(lián)使用，比較適合于多點(diǎn)溫度測(cè)量。 上述各種溫度傳感器輸出的都是模擬量，模擬 傳輸過程中受外界干擾大，傳輸距離近且要經(jīng)過調(diào)理電路處理后才能送單片機(jī)進(jìn)行處理。本系統(tǒng)由于測(cè)溫準(zhǔn)確度要求不太高，采用了 Dalls 公司的可第 3章 測(cè)溫傳感器的選擇 21 直接輸出數(shù)字量的 DS1621 數(shù)字溫度傳感器，以簡(jiǎn)化處理電路。 DS1621 數(shù)字溫度傳感器 DS1621 的技術(shù)指標(biāo) 測(cè)量溫度范圍為 55℃ ~+125℃ ， 準(zhǔn)確 度為 ℃ ， 度值以 9 位數(shù)字輸出，能夠在 1 秒內(nèi)完成被測(cè)溫度的數(shù)字量轉(zhuǎn)換 ， 字輸出與 I2 C 總線兼容，可以獨(dú)立地進(jìn)行工作，也可以很方便地以串行方式與 PC 機(jī)或單片機(jī)連接 ，組成智能溫度測(cè)量?jī)x、智能溫度檢測(cè)系統(tǒng)或溫度控制系統(tǒng) DS1621 的工作電壓為~，耗流簇 1mA。 DS1621 的工作原理及功能特點(diǎn) DS1621 的測(cè)溫原理是：利用高溫系數(shù)振蕩器控制低溫系數(shù)振蕩器的計(jì)數(shù)周期，實(shí)現(xiàn)被測(cè)溫度的數(shù)字量輸出。首先，溫度寄存器和計(jì)數(shù)器預(yù)置一55℃的基準(zhǔn)值，若溫度寄存器與計(jì)數(shù)器在脈沖周期結(jié)束之前為 0，則溫度寄存器累計(jì)增數(shù)，直至溫度寄存器中的數(shù)值為被測(cè)溫度值。 圖 31 為 DS1621的測(cè)溫原理框圖 。 地 址與I / O控 制方 式 與 狀 態(tài) 寄 存 器 控 制 器溫 度 傳 感 器高 溫 觸 發(fā) T H低 溫 觸 發(fā) T L邏 輯 數(shù) 據(jù) 分 離S C LS D AA 0A 1A 2 圖 31 DS1621 原理結(jié)構(gòu)框圖 圖 31 中 SCL 位時(shí)鐘輸入端， SDA 為數(shù)據(jù)串行輸入 /輸出端，通過方式/狀態(tài)寄存器可以預(yù)置高溫極限值 TH 低溫極限值 TL從而獲得不同的溫度滯燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 后量，輸出溫度的準(zhǔn)確信號(hào)。 圖 32 為 DS1621 測(cè)溫原理圖 ， DS1621 的溫度值 ℃為 最小有效位 (即測(cè)量分辨率 ℃ )為數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首先送最高有效位 (MSB)即第一字節(jié)，分辨率為 1℃ 。然后傳送最低有效位 (LSB)即第二字節(jié)，使分辨率為 ℃ ， 實(shí)際上 ， DS1621 測(cè) 量輸出只有第二數(shù)據(jù)字節(jié) (LSB)有效，其余位均為 0。表 31為 部分 溫度與數(shù) 值的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。表 31 中二進(jìn)制數(shù)值輸出的最高有效位即 非 線 性 累 加 器預(yù) 設(shè) 置低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 計(jì) 數(shù) 器比 較 器預(yù) 設(shè) 置= 0溫 度 寄 存 器計(jì) 數(shù) 器= 0停 止L S B置 位 / 清 零增數(shù)高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 圖 32 DS1621 測(cè)溫原理圖 表 31 部分溫度 /數(shù)據(jù)對(duì)照表 溫度 二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制 +125℃ 01111011 00000000 7B00H +25℃ 00011001 00000000 1900H +℃ 00000000 10000000 B080H 0℃ 00000000 00000000 0000H ℃ 11111111 00000000 FF80H 25℃ 11100111 00000000 E700H 第一 字節(jié) (MSB)的第 8 位為符號(hào)位，符號(hào)位為 “ 1” 表示負(fù)溫度，符號(hào)位為“ 0“ 表示正溫度 (0℃視為正溫度 )。 DS1621 的工作方式由方式 /狀態(tài)寄存器決定， 其方式狀態(tài)寄存器的定義如表 32 所示。 現(xiàn)將其各位說明如下 表 32 DS1621 方式狀態(tài)寄存器 DONE THF TLF NVB 1 0 POL ISHOT 第 3章 測(cè)溫傳感器的選擇 23 (1)DONE:轉(zhuǎn)換狀態(tài)標(biāo)志位。 DONE=1 表示溫度測(cè)量值的數(shù)字 化轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以讀取測(cè)量結(jié)果， DONE=0 表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 (2)THF:高溫標(biāo)志位。當(dāng)被測(cè)溫度 T? TH 時(shí)， THF 置 1 直至寄存器置 0復(fù)位或器件斷電。 (3)TLF:低溫標(biāo)志位。當(dāng)被測(cè)溫度 T? TL 時(shí)， TLF 置 1 直至寄存器置 0復(fù)位或器件斷電。 (4)NVB:寄存器忙標(biāo)志。 NVB=1 表示方式 /狀態(tài)寄存器與護(hù) PROM 正進(jìn)行寫操作。單片機(jī)對(duì)方式 /狀態(tài)寄存器與 E2 PROM 進(jìn)行寫操作以后，應(yīng)保持10ms 的延時(shí)，以保證數(shù)據(jù)寫入的可靠性。 (5)POL:溫度輸入 極性標(biāo)志位。 POL=1 表示高電平有效 。POL=0 表示低電平有效。該狀態(tài)位是固定的。 (6)ISHOT:溫度，測(cè)量方式標(biāo)志位。 ISHOT=l 表示 DS1621 的溫度測(cè)量值數(shù)字化轉(zhuǎn)換為單次轉(zhuǎn)換方式 ,ISHOT=0 表示 DS1621 的溫度測(cè)量值數(shù)字化轉(zhuǎn)換為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式。 一般情況下， DS1621 應(yīng)定義為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，以實(shí)時(shí)獲取測(cè)量信息 。但在只需要獲得一次測(cè)量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，以及必須節(jié)電使用的設(shè)備中， DS1621可定義為單次轉(zhuǎn)換方式。 DS1621 的 Tout 的工作以最后一次溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果為判別依據(jù)，輸出控制信號(hào)。當(dāng)新的測(cè)量數(shù)據(jù) 獲得時(shí)，以新的測(cè)量結(jié)果判決輸出新的控制信號(hào)。 DS1621 的數(shù)字測(cè)量結(jié)果由 SDA， SCL 通過 CI2 總 線 傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，整個(gè)溫度測(cè)試電路簡(jiǎn)單。 本章小結(jié) 本章主要是介紹 各種測(cè)溫傳感器，電阻式，熱電偶，熱電式，以及數(shù)字溫度傳感器。還詳細(xì)了解了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本課題的一些技術(shù)要求和實(shí)際情況，本章重點(diǎn)分析了 DS1621 數(shù)字溫度傳感器，以及其相對(duì)應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)還有其工作原理及特點(diǎn)。 DS1621 數(shù)字溫度傳感器的工作原理是：利用高溫 系 數(shù)振蕩器控制低溫系數(shù)振蕩器的計(jì)數(shù)周期，實(shí)現(xiàn)被測(cè) 溫度的數(shù)字量輸出。 經(jīng)過實(shí)際論證， DS1621 是非常符合本系統(tǒng)的需要的。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 4章 糧食烘干塔中溫度水分智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 第 4 章 糧食烘干塔中溫度水分智能檢測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 糧食烘干塔溫度水分智能測(cè)試系統(tǒng)的主要功能是測(cè)量出糧食烘干塔中糧食的溫度及水分含量，顯示溫度及水分含量的測(cè)量結(jié)果，控制糧食烘干塔的 溫度 。所以，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)部分、溫度傳感器、水分檢測(cè)電路、顯示電路、 等幾個(gè)部分。圖 41 為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 框圖。 水分傳感器調(diào)理電路C P UL C D 顯 示鍵 盤溫 度 傳 感 器 D S 1 6 2 1M A X 0 3 8 圖 41 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)擴(kuò)展電路 本系統(tǒng) 需要多路測(cè)量溫度信號(hào)，多路水分 含量信號(hào)，因此，本系統(tǒng)采用87C552 作為測(cè)量用的單片機(jī)，并擴(kuò)展 64KE2 PROM 和 2KROM。 87C552 具有以下主要特征。 80C51 的中央處理單元 ， 256B 片內(nèi) RAM， 8 路多工輸入的 10 位 ADC，有面向主從功能字節(jié)的 I2 C 總線串行 I/O 口 。 80C552/83C552/87C552 是一種高性能 8 位微控制器，是為儀器、工業(yè)控制等實(shí)時(shí)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它除了具有 80C51 的標(biāo)準(zhǔn)功能外，還增加了完成上述系統(tǒng)功能的專用硬件。新 增加的特性主要包括 :15 個(gè)中斷源、 8 路ADC、兩路 PWM、兩個(gè)串行接口和看門狗定時(shí)器等。 單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器 DS1621接口 在上文中我們?cè)?jīng)介紹了 DS1621 的溫度值以 9 位數(shù)字輸出，數(shù)據(jù)輸出與 I2 C 總線兼容，因此就可以很方便地通過 SDA 和 SCL 以串行方式與單片燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 機(jī)相連，然而 87C552 帶有主從功能的 I2 C 總線串行 I/O 口，因此溫度數(shù)字量可以通過 I2 C 總線直接送到 87C552。以下要介紹一下子 I2 C 總線。 I2 C 總線簡(jiǎn)介 總線是一種串行的數(shù)據(jù)總線 ，掛在總線上的各集成電路模塊 (單片機(jī) )和具有各種功能的電路芯片 )通過一條串行的數(shù)據(jù)線 (SDA)和一條串行的時(shí)鐘線 (SCL)，按一定的通信協(xié)議進(jìn)行尋址和信息的傳輸。每個(gè)電路模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中， I2 C 總線上的電路模塊有的是主控器，有的是被控器 。主控器和被控器都可以是發(fā)送器或接收器，這 完全取決于它所要完成的功能。采用 I2 C 總線具有以下一些功能特點(diǎn) 。 1． 可最大限度地簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。二進(jìn)制的 I2 C 串行總線使電路單元之間只需最簡(jiǎn)單的連接，而且總線接口都己集中在器件中，不需另加總線接口電路。電路的簡(jiǎn)化省去了電路板上大量走線，減少電路板面積，提高了可靠性，降低了成本。 2． 可實(shí)現(xiàn)電路的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。在 I2 C 總線上單元電路除了個(gè)別 中斷引線外，相互之間沒有其它連線 ，用戶常用的單元電路基本上與系統(tǒng)電 路無關(guān)，故極易形成用戶自己的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。 3． I2 C 總線在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由作為主控器的電路模塊來初始化一次數(shù)據(jù)的傳輸，并在 I2 C 總線上提供時(shí)鐘進(jìn)行傳送。信息傳送的對(duì)象、方向和傳送的開始、終止也由主控器來決定。此時(shí)，在 I2 C 總線上被主控器所尋址的集成電路模塊稱為被控器。在 I2 C 總線上，數(shù)據(jù)由 發(fā)送器傳出，并被接收器接收，接收器在每次正確接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，都要在數(shù)據(jù)總線(SDA)上給發(fā)送器一個(gè)應(yīng)答信號(hào) 87C552 和 DS1621 的接口電路如圖 42 所示。 在本系統(tǒng)中，只有 87C552 作為主控器， 8 個(gè) DS1621 作為被控器所以我們只要考慮主方式下的狀態(tài)處理模塊，即只要考慮 87C552 主發(fā)送和主接收方式下的狀態(tài)處理模塊。因此，在本系統(tǒng)中我們只要摘取主方式所涉及的這些狀態(tài)處理程序來構(gòu)成狀態(tài)處理模塊。 第 4章 糧食烘干塔中溫度水分智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 D S 1 6 2 1 D S 1 6 2 1 D S 1 6 2 1 D S 1 6 2 1 D S 1 6 2 1 D S 1 6 2 18 7 C 5 5 2P 1 . 6P 1 . 7D S 1 6 2 1D S 1 6 2 1V c c圖 42 87C552 和 DS1621 的 I2 C 接口電路 單片機(jī)與插桿式水分傳感器的接口 單片機(jī) ADC 簡(jiǎn)介 87C552 單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè) 8 通道輸入， 10 位分辨率的逐次比較式ADC。該 ADC 具有單獨(dú)的模擬電源和參考電壓，從而可最大限度地減少數(shù)字電路的干擾。 ADC 完成一次轉(zhuǎn)換需要 50 個(gè)機(jī)器周期，模擬輸入信號(hào)電壓范圍為 0~5V。下面介紹 87C552 內(nèi)部 ADC 的工作過程，討論一些影響換結(jié)果精度的設(shè)計(jì)問題。 87C552 片內(nèi)的 10 位 ADC 是逐次比較型的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 80C552 的 A/D轉(zhuǎn)換器由 8 路輸入模擬開關(guān) 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換控制寄存器 ADCON和 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 (高 8 位 )的 ADCH 寄存器等部分組成。對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器的操作是通過訪問特殊功能寄存器 ADCON 來實(shí)現(xiàn)的，并且 ADCON 寄存器只能通過字節(jié)尋址的方法訪問。 ADCON 寄存器的地址為 OCSH，格式如下 。 A D C . 1 A D C . 0 A D E X A D C I A D C S A A R 2 A A D R 1 A A D R 0A D C O N . 7( 0 C 5 H ) ,， ADC 結(jié)果位 0。 ADEX： 允許外部引腳 STADC 上的輸入信號(hào)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。 ADEX=0，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 禁 STAD 啟動(dòng)，只能由軟件啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 。ADEX=l，允許外部輸入 STADC啟動(dòng)，可由軟件或外部啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，如由外部信號(hào)的上升沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，則外部信號(hào)應(yīng)在 STADC 端上至少保持一個(gè)機(jī)器周期的高電平。 ADCI:ADC 中斷標(biāo)志。 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)由硬件置位，如果允許，則將引起中斷。該標(biāo)志由中斷服務(wù)程序清“ 0”，但它不能用軟件置位。 ADCS:ADC 啟動(dòng)和狀態(tài)位。