【導(dǎo)讀】糧食儲(chǔ)藏是國(guó)家為防備戰(zhàn)爭(zhēng)、荒災(zāi)以及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施。的逐漸開(kāi)放，儲(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。儲(chǔ)藏主要參數(shù)是糧食的濕度和溫度，這兩者之間是互相關(guān)聯(lián)的。人們通常使用溫度計(jì)、濕。度、濕度，這種方法不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。地經(jīng)濟(jì)及財(cái)產(chǎn)損失。因此，保證適宜的糧庫(kù)溫度、濕度對(duì)保證農(nóng)產(chǎn)品種子存儲(chǔ)質(zhì)量十分重。行通信；一旦溫度或濕度值超過(guò)設(shè)定閾值，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。上位機(jī)系統(tǒng)仍以單片機(jī)為核心，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換速度快、目前實(shí)現(xiàn)糧庫(kù)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(jī)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全方位智能化的糧庫(kù)監(jiān)控。為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。

　　

【正文】 LSTTL 負(fù)載。外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線(xiàn)；外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地 址總線(xiàn)，不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 （ 2） P1 口（ 1 腳～ 8 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。 P1 口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LSTTL 負(fù)寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 載。 P1 口只作 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 （ 3） P2 口（ 21 腳～ 28 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線(xiàn)送出高 8 位地址。擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線(xiàn)使用，作一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上 拉電阻。 （ 4） P3 口（ 10 腳～ 17 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，這 8 個(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。除了作為 I/O 使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置，具體功能如下表所示。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通 I/O 口用，功能和方法與 P1 口相同。值得注意的是， P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。 表 P3 口第二功能 接口 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸出口） 12 0INT （外部中斷 0） 13 1INT （外部中斷 1） 14 T0（定時(shí)器 0 外部輸入） 15 T1（定時(shí)器 1 外部輸入） 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖） 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 內(nèi)部時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 下圖為內(nèi)部時(shí)鐘方式，它采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，晶體可以在～ 12Hz 之間任選，電容可以在 20pF～ 60pF 之間選擇。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器 或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式，外接晶體以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在 80S51 芯片的 XTAL1 和 XTAL2 端一起構(gòu)成測(cè)控主電路的時(shí)鐘。對(duì)外接電容 C1 和 C2 的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器的頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。外接晶體時(shí)，選 C1 和 C2 的值寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 為 30pF，為了提高溫度的穩(wěn)定性，通常晶體可以在 ～ 12MHz 之間選擇。 圖 內(nèi)部時(shí)鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計(jì) AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路如圖 所示： 圖 復(fù)位電路圖 綜合上面兩種基本電路可設(shè)計(jì)出 AT89C51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖 所示： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 最小系統(tǒng)電路圖 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī) 包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等三大總線(xiàn) [9]。其各個(gè)部分的功能介紹如下： 1. 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)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(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)： AT89C51 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是 統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪(fǎng)問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。 3. 程序存儲(chǔ)器 (ROM)： AT89C51 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 4. 定時(shí) /計(jì)數(shù)器： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 AT89C51 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序跳轉(zhuǎn)。 5. 并行輸入輸出 (I/O)口： AT89C51 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 6. 全雙工串行口： AT89C51 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)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(dāng)同步移位器使用。 7. 中斷系統(tǒng)： AT89C51 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 8. 時(shí)鐘電路： AT89C51 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 AT89C51 單 片機(jī)需外置振蕩電容 [10] 。 其基本結(jié)構(gòu)組成如圖 所示： 時(shí) 鐘 電 路C P US F R 和R A MR O M 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器定 時(shí) / 計(jì) 數(shù)器系 統(tǒng) 總 線(xiàn)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(nèi)部結(jié)構(gòu) 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 4 軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)下位機(jī)單片機(jī)需要處理的信息有：溫度采集、濕度采集、報(bào)警。所以程序就包括：溫度采集子程序、濕度采集子程序、報(bào)警子程序等 [11]。 下位機(jī)主程序溫度采集子程序串口通信子程序報(bào)警子程序溫度采集子程序 圖 下位機(jī)程序模塊組成圖 溫度子程序設(shè)計(jì) 由于 DS18B20 內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換，因此在數(shù)據(jù)采集時(shí)存在一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命 令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式 (高 5 位是符號(hào)位 )存儲(chǔ)在高速暫存器的第 2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線(xiàn)接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ /LSB 形式表示。當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼 (取反加 1)，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 DS18B20 共有二種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： （ 1） ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20 編碼， DS18B20 共 64 位 ROM。 （ 2） RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。其流程圖如圖 所示： 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 送 采 樣 數(shù) 地 址開(kāi) 始啟 動(dòng) 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(cè)程序流程圖 濕度子程序設(shè)計(jì) 濕度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)思路與溫度檢測(cè)子程序相同。 報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 開(kāi) 始置 位 報(bào) 警 標(biāo) 志報(bào) 警 計(jì) 數(shù) 器 置 初 值啟 動(dòng) 報(bào) 警結(jié) 束 圖 報(bào)警子程序流程圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 下位機(jī)中斷程序設(shè)計(jì) 開(kāi) 始設(shè) 定 中 斷 時(shí) 間保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)是 否 到 設(shè) 定 時(shí) 間數(shù) 據(jù) 采 樣是 否 超 過(guò) 閾 值串 口 通 信上 位 機(jī) 顯 示 數(shù) 值重 裝 時(shí) 間 常 數(shù)恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)返 回 主 程 序否是否是下 位 機(jī) 報(bào) 警 圖 下位機(jī)中斷程序流程圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 串口通信程序設(shè)計(jì) 開(kāi) 始啟 動(dòng) T 1 工作保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)接 收 中 斷 ？接 收 數(shù) 據(jù)顯 示 結(jié) 果恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)返 回請(qǐng) 求 中 斷是否 圖 串口通信程序流程圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)單片機(jī)需要處理的信息有：溫濕度值顯示、與下位機(jī)間 RS485 串口通信、 44鍵盤(pán)更改閾值。所以上位機(jī)程序包括：溫濕度顯示子程序、串口通信子程序、 44 鍵盤(pán)子程序 [12]。 上 位 機(jī) 主 程 序顯示子程序串口通信子程序鍵盤(pán)子程序 圖 上位機(jī)程序模塊組成圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 鍵盤(pán)子程序設(shè)計(jì) 開(kāi)始使所有行置低電平讀入列值為全1延遲5s,消抖第一行置一使此行為低電平讀入列值為全1下行置一已到最后行返回鍵值否得到鍵值處理此鍵等待鍵釋放是是是否否 圖 鍵盤(pán)子程序流程圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 串口通信模塊子程序設(shè)計(jì) 開(kāi)始啟動(dòng)T1工作保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)接收中斷？接收數(shù)據(jù)顯示結(jié)果恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回請(qǐng)求中斷是否 圖 串口通信子程序流程圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 5 總結(jié) 與展望 總結(jié) 本系統(tǒng)采用兩級(jí)分布式測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)，由上位單片機(jī)和下位單片機(jī)組成。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。其中，下位機(jī)系統(tǒng)包括溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊和串行通信模塊；上位機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊、 LCD 顯示模塊和串行通信模塊。每個(gè)下位單片機(jī)采集到溫度和濕度值并通過(guò)與設(shè)定閾值的比較，決定是否報(bào)警。傳送給上位機(jī)，上位機(jī)顯示出相關(guān)的值，每臺(tái)單片機(jī)可獨(dú)立工作，不影響系統(tǒng)功能。因此，整個(gè)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，不會(huì)由于某一下位機(jī)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。 系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編制，操作界面友好，程序簡(jiǎn)單清晰，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性 [13]。 本系統(tǒng)適用于小型糧庫(kù)的溫濕度值智能監(jiān)控，將存儲(chǔ)器擴(kuò)展并將軟件程序稍加修改后，也可監(jiān)控大中型糧庫(kù)的溫濕度值，具有較強(qiáng)的適用性與通用性。 展望 將 AT89C51 單片機(jī)成功應(yīng)用于溫濕度測(cè)控系統(tǒng)，所研發(fā)產(chǎn)品可靠性和擴(kuò)充性較強(qiáng)，能廣泛應(yīng)用于糧庫(kù)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、 檔案館 、農(nóng)業(yè)大棚等對(duì)溫濕度要求較高的場(chǎng)所，具有較大的市場(chǎng)推廣前景。在高新技術(shù)的推動(dòng)下，作為測(cè)控的工具正逐步跨入真正的微型化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和多功能化的時(shí)代。 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基 本令人滿(mǎn)意，今后可以在以下幾個(gè)方面繼續(xù)研究： 1．通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信的學(xué)習(xí)研究可以改進(jìn)系統(tǒng)對(duì)糧庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 2．對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件改動(dòng)后，使之適用于大中型糧庫(kù)溫濕度值的監(jiān)控。 3．信號(hào)采集應(yīng)該采用立體多路方式，同時(shí)對(duì)多個(gè)糧庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 4．應(yīng)該對(duì)傳感器進(jìn)行改進(jìn)，采用最好的系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 參考文獻(xiàn) [1]紀(jì)建偉．微型計(jì)算機(jī)糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的研究 [J]．沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021. 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