【正文】 該溫度檢測(cè)系統(tǒng)利用 DS18B2O“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器，能夠?qū)Χ帱c(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。 本論文針對(duì)糧食倉庫內(nèi)基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體做了以下幾個(gè)方面的研究 : 一、分析了當(dāng)前糧庫內(nèi)溫度測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，闡述了基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。 26 圖 31 DS18B20工作流程圖 27 圖 32 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換讀寫溫度流程圖 28 系統(tǒng)主程序 下面是關(guān)于 DSl8B20 的讀寫程序，設(shè)單片機(jī)時(shí)鐘晶振頻率為 12MHZ。糧庫測(cè)溫點(diǎn)三維分布圖如下： 25 圖 217 測(cè)溫點(diǎn)三維分布示意圖 3. 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) DS18B20 的流程圖 DS18B20 操作的總體流程圖如圖 31 所示。 地下糧倉：主要分為地下平洞倉和地下立洞倉兩大類，用于地下低溫儲(chǔ)藏。糧庫分為收購庫、供應(yīng)庫、中轉(zhuǎn)庫、儲(chǔ)備庫糧庫內(nèi)部一般分為倉房區(qū)、工作區(qū)、加工區(qū)和生活區(qū)。無論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)溫度檢測(cè)，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與 DS18B20 掛接，讀出其序列號(hào)。由 AT89S51 控制的顯示電路中，要選取合 適的電阻 R 和 Ra，才能保證 LED 的亮度，過大或者過小都無法讓 LED 正常顯示。在顯示電路中，這些發(fā)光二極管有兩種接法 :共陽極接法和共陰極接法。本系統(tǒng)僅掛接一個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)溫度檢測(cè)，使用默認(rèn)的 12 位轉(zhuǎn)換精度，外接供電電源，讀取的溫度值送指定的存儲(chǔ)單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號(hào)位，經(jīng)過簡(jiǎn)單的變換即可得到實(shí)際溫度值。溫度傳感器 DS18B20將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào) (以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié) )，傳感器可置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與單片機(jī)的 相連，傳感器采用外部電源供電。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 基于單片機(jī) AT89S51 和溫度傳感器 DS18B20 的溫度測(cè)控系統(tǒng)原理示意圖如下。 SN75LBC184 的 R 端 (接收端 )和 D 端 (發(fā)送端 )的原理與上述類似。 A、 B 為 RS485 接口芯片 SN75LBC184 的總線接口， D是發(fā)送端， R 為接收端，分別與單片機(jī)串行口的 TXD、 RXD 連接， RE、 DE為其收發(fā)使能端，由單片機(jī)的 口作為收發(fā)控制。對(duì)一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場(chǎng)，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。 21 圖 214 接口電路設(shè)計(jì) 由于使用半雙工方式，在該電路中，使用了一種 RS485 接口芯片SN75LBC184。一種簡(jiǎn)單可行的方法是 :A、 B 與總線之間各串接一只 4 一 10 歐 PTC電阻 (正溫度系數(shù)熱敏電阻 )，同時(shí)與地之間各跨接 5V的 TVS 二極管 (即瞬態(tài)電壓抑制器 Transient voltage suppressor，簡(jiǎn)稱 TVS，是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件 )，以消除線路浪涌干擾。而RS485 接口實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，在總線上是允許連接多達(dá) 128 個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力，用戶可以利用單一的 RS485 接口方便的建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。如果以 1OKbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá) 12km，而用 100KbPs 時(shí)傳輸距離可達(dá) 。 (2)RS485接口采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合方式來實(shí)現(xiàn)通信 :在發(fā)送端 TXD 將串行口的 TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào) A、 B兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號(hào)還原成 TTL 電平信號(hào)。本檢測(cè)系統(tǒng)采用的是 RS485 串行接口。 串行通信的總線接口標(biāo)準(zhǔn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用異步串行通信。因此，它能在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ，即 A 向 B 發(fā)送的同時(shí)， B也可以向 A發(fā)送。但是兩設(shè)備之間僅有一根傳輸線。數(shù)據(jù)只能由 A 傳送到 B。同步通信的數(shù)據(jù)傳輸速率較高，其缺點(diǎn)是發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘必須保持嚴(yán)格同步。異步通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步時(shí)鐘，字符幀長(zhǎng)度不受限制，故設(shè)備簡(jiǎn)單。發(fā)送端和接收端可以由各自獨(dú)立的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘彼此獨(dú)立，互不同步。串行通信是數(shù)據(jù)一位一位在單條 1 位寬的傳輸線上，按順序分時(shí)序傳送。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B2O 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要重視。 (3)連接 DS18B20 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 DS18B20 使用中的注意事項(xiàng) DSI8B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題 : (1)較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 CPU 對(duì) DS18B20 的訪問流程是 :先對(duì) DS18B20 初始化，再進(jìn)行 ROM 操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作和對(duì)數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 的控制方法 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法。而DS18BZO溫度傳感器的內(nèi) 部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 RAM。存儲(chǔ)和控制邏輯 。它主要包括 7部分 :寄生電源 。 DS18B20 的管腳排列 DS18B20 采用 3腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。 (10)適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)。 (8)負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)在一 10℃一 +85℃范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過 ℃，在 55 一 +125℃范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過 2℃。 (2)在使用中不需要任何外圍元件。因此，數(shù)字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如 :環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。因而使用 DS18B2O 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測(cè)量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù) (ATE)的結(jié)晶。 模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)和可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM5 AD22105 和 MAX6509。 模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。 MCS51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)。 MCS51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。 AT89S51 芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高有兩次有效的 PSEN 信號(hào)。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 WDT益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 也接收高位地址和 其它控制信號(hào)。 下圖 為 P1口第二功能。在 Flash 編程時(shí)， P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉 電阻。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡(jiǎn)單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片 [10]。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 MCS51單片機(jī)很快在我國(guó)得到廣泛的推廣應(yīng)用 [9]，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段， 9 并在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果。例如：工業(yè)控制、電信技術(shù)、家用電器等。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 8 圖 25收、發(fā)控制和入口示意圖 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) ①測(cè)量范圍 :55℃一 +l25℃，②測(cè)量精度 :℃，③反應(yīng)時(shí)間 5O0ms。為防止處在開路狀態(tài)易受靜電等干擾侵入，通常在單總線線路的末端都接上 DS9502 之類防靜電保護(hù)電路。 或 1 作為控制碼信息，去勝制報(bào)警設(shè)備、通風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu) (空調(diào) )等的開啟與關(guān)閉。如果采集的溫度值高于上限報(bào)警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警 ,并同時(shí)起 動(dòng)制冷設(shè)備，把溫度降下來，當(dāng)溫度降到一定的程度，即低于上限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制冷設(shè)備，使制冷設(shè)備停止工作。該系統(tǒng)只要一條雙絞線 (一根為信號(hào)線，一根為地線 )從單片機(jī)拉向監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，然后將各種監(jiān)控對(duì)象 (傳感器 )掛接 在一根總線上就可以了。 系統(tǒng)工作原理 采用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖 22所示。而 RS485 串行通訊是一種多發(fā)送器的電路新標(biāo)準(zhǔn)，它采用了差分平衡的電氣接口，利用平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收的方法，從根本 6 上消除了地線信號(hào)。本系統(tǒng)中的單片機(jī)選用 AT89S51。并且 DSl8B20 只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入 /輸出 口，因此，多個(gè) DSl8B20 可以并聯(lián)到 3 或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 進(jìn)行通信，而它們只需簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就能加以識(shí)別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機(jī)、 RS485 串口通信和計(jì)算機(jī)組成 [3]。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng) ， 具有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高，可維護(hù)性好。本文介紹的溫度測(cè)控系統(tǒng)就是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。它 將系統(tǒng)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根導(dǎo)線，允許在這根導(dǎo)線上掛接數(shù)百個(gè)控制對(duì)象，形成多點(diǎn)單總線測(cè)控系統(tǒng) [2]。 課題現(xiàn)狀分析及設(shè)計(jì)意義 隨著單片機(jī)和傳感 技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化， 室內(nèi) 環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的溫度控制措施。采用單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo) [1]?，F(xiàn)在，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的 3 快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高 ； 農(nóng)產(chǎn)品 ，也包括糧食種子的 存儲(chǔ) 越來越多，對(duì)于數(shù)量較多的 房庫 ，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。傳統(tǒng)的溫度 測(cè)量 是在 糧庫 內(nèi)部 使用 溫度計(jì)，通過讀取溫度值來知道內(nèi) 部 的實(shí)際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫 度進(jìn)行比較 ， 看溫度是否過高或過低。在這樣的形式下，開發(fā)一種實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫度信息的測(cè)控系統(tǒng)就很有必要 。溫度不但對(duì)于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè) 食品保存 中溫度的監(jiān)測(cè)與控制也有著十分重要的意義。RS485. 引言 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護(hù)性好。 機(jī)電與車輛工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)糧庫的 溫度檢測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 1 目 錄 引言 ................................................................................................................................ 2 1. 概況與現(xiàn)狀分析 ....................................................................................................... 2 課題背景概況 ............................................