【正文】 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。 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。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。 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。 （ 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。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)。 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] 。 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)。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、地址總線和控制總線等三大總線 [9]。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。 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。 （ 4） P3 口（ 10 腳～ 17 腳）：是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，這 8 個(gè)引腳還用于專門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。 P1 口只作 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線；外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地 址總線，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。 （ 4） EA /VPP（ 31 引腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 AT89C51內(nèi)值超 過(guò) 0FFFH，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 （ 3） PSEN （ 29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào)。因此，它可以做對(duì)外輸出時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。當(dāng) Vcc 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍（ 5177。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 RST/VPD、 ALE/ PROG 、 PSEN 和 EA /VPP。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 89C51 是一個(gè)功能強(qiáng)大、有 40 腳 PLCC 封裝的單片機(jī) [8]。 鍵盤(pán)模塊 本設(shè)計(jì)采用 44 矩陣式鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度閾值的更改。 DB5（ 12 腳）：高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位。 DB1（ 8 腳）：底 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位。 RS（ 4 腳）： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD液晶模塊，采用 LM016L 字符型液晶顯示模塊。 液晶顯示器 (LCD)英文全稱為 Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。當(dāng)單片機(jī)的 引腳電平為低時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器有電流流過(guò)；當(dāng) 引腳電平為高時(shí)，三極管截止，蜂鳴器沒(méi)有電流流過(guò) [7]。系統(tǒng)正是通過(guò)對(duì)各下位機(jī) SM2 和 RB8的狀態(tài)的控制實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)通信的有效管理。 TB8 為方式 3 中發(fā)送數(shù)據(jù)第 9 位， RB 8 為方式 3 中接收數(shù)據(jù)第 9位， TI 為發(fā)送中斷標(biāo)志位， R I 為接收中斷標(biāo)志位。 RS232C 只適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的串行通信場(chǎng)合，不能滿足小型糧庫(kù)的監(jiān)測(cè)要求，所以應(yīng)當(dāng)選用 RS485 串口通信。在 10℃ ~60℃溫度系數(shù)為定值 ，此時(shí)濕度為 )25( ??? TRHRH mr (式 ） 而當(dāng)溫度位于 0℃ ~10℃之間時(shí)，溫度系數(shù)滿足關(guān)系式： 0 ??? Ttx (式 ） 當(dāng)溫度大于 60℃小于 80℃時(shí)，溫度系數(shù)滿足關(guān)系式： 0 ?? Ttx (式 ） 將得到的溫度系數(shù)代入式 得，即求得溫度補(bǔ)償后的濕度值。將 555 測(cè)量振蕩電路輸出的方波信號(hào)送入單片機(jī) AT89C51 的 Tl 引腳，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 工寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 作在計(jì)數(shù)方式，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 工作在定時(shí)方式。另外， R1 是防止輸出短路的保護(hù)電阻， R4 用于平衡溫度系數(shù)。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常用兩種方法 :一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式 振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于 555 定時(shí)器或施密特觸發(fā)器組成的振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。它除具有 HF3223 的功能以外，還增加了溫度信號(hào)輸出端，利用 負(fù)溫度系數(shù)加 TC 熱敏電阻作為溫度傳感器。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì) 濕度成比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。溫度系數(shù)為 ℃，濕度滯后量為士 %，響應(yīng)時(shí)間為 5S。 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亞胺、酪酸醋酸纖維等。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，在系統(tǒng)上電時(shí)首先要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器 (單片機(jī) )給 DS18B20 單總線至少 480us 的低電平信號(hào)。下圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 DS18B20 測(cè)溫原理如下圖所示。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 有三個(gè)引腳，分別是 VCC， GND， DATA。 DS18B20 的工作電壓為 +5V，可以通過(guò) DS18B20 的電源引腳進(jìn)行供電，寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 也可以通過(guò) DS18B20 的數(shù)據(jù)線進(jìn)行寄生供電。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導(dǎo)體吸收式溫度傳感器等。 Dslsx20采用 1 一 WireTM 接口，封裝形式有 PR35 和 SSOP16 兩種，糧情測(cè)控系統(tǒng)中采用的是RP 一 35 封裝。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號(hào)調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單。 上位機(jī)定時(shí)向下位機(jī)發(fā)出讀取環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)命令。 下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖如下： 上 位 機(jī) 通 信 接 口下位機(jī)溫 度 檢 測(cè)濕 度 檢 測(cè)報(bào) 警 電 路R S 4 8 5 圖 下位圖組成結(jié)構(gòu)圖 上位機(jī)系統(tǒng) 上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)糧庫(kù)的不同方向濕度的循環(huán)采集，并對(duì)其進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。通常糧庫(kù)面積比較大，故需多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行糧庫(kù)中不同方位的溫濕度信息的采集。由于這是針對(duì)一個(gè)小型糧庫(kù)，所以一臺(tái)上位機(jī)控制 8 個(gè)點(diǎn)，即控制 8 個(gè)下位機(jī)。 DS18B20 測(cè)量糧庫(kù)的溫度，濕度傳感器 HS1101 測(cè)量濕度。用戶可通過(guò)上位機(jī)上的鍵盤(pán)輸入溫濕度的閾值，從而顯示從下位機(jī)接收來(lái)的數(shù)值。上位機(jī)的鍵盤(pán)模塊采用 44 鍵盤(pán)，可以更改設(shè)定的溫濕度閾值。在本系統(tǒng)中，采用 LM016L 作為顯 示單元。其中，控制策略采用設(shè)定報(bào)警閥值，當(dāng)溫濕度超過(guò)一定的范圍的時(shí)候，蜂鳴器響。溫濕度傳感器是本系統(tǒng)的測(cè)量單元，傳感器性能的好壞直接影響到本系統(tǒng)性能的好壞。當(dāng)溫度或者濕度超過(guò)設(shè)定的范圍上下限時(shí)，通過(guò)下位機(jī)與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸，下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并將采集信息在上位機(jī)系統(tǒng) LCD 上顯示。 本設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)的是糧庫(kù)溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)，是對(duì)一個(gè)小型糧庫(kù)的溫度、濕度進(jìn)行控制，以保證糧庫(kù)儲(chǔ)糧的安全。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無(wú)真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。目前，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器配套產(chǎn)品，如遠(yuǎn)程控制模塊、中繼器等技術(shù)也比較成熟。這種傳感器采用了半導(dǎo)體集成電路與微控制器最新技術(shù)，在一個(gè)管芯上集成了半導(dǎo)體溫度檢測(cè)芯片、數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)算機(jī)接口芯片，存儲(chǔ)芯片等，除完成溫度檢測(cè)功能外，還可完成預(yù)置范圍溫度、報(bào)警、多路 A/D 轉(zhuǎn)換、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋５珳囟葌鞲衅鞯木€性度差，系統(tǒng)的檢測(cè)精度仍不理想，無(wú)法大面積推廣。因此，保持適宜的糧庫(kù)溫度、濕度對(duì)保證農(nóng)產(chǎn)品種子存儲(chǔ)質(zhì)量十分重要。但傳統(tǒng)的方法是使用溫度計(jì)、濕度計(jì)來(lái)測(cè)量糧庫(kù)的溫度和濕度，通過(guò)人工加熱、加濕、通風(fēng)和降溫等方法來(lái)控制糧庫(kù)的溫、濕度，這 種方法不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，測(cè)試的溫度及濕度誤差大。 humidity 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 目錄 摘要 .......................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................... II 1 緒論 ..................................................................................................................................... 1 研究背景 ................................................................................................................... 1 糧庫(kù)溫濕度系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì) ........................................................... 1 本設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容 ............................................................................................... 2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .........................................