【正文】 全儲(chǔ)藏的主要參數(shù)是糧食的溫度和濕度，這兩者之間又是互相關(guān)聯(lián)的。因此設(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的糧庫(kù)糧情溫濕度智能檢測(cè)系統(tǒng)是非常有必要的。熱 敏電阻的缺點(diǎn)是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系 IZ1。 二、數(shù)字式溫度傳感器 數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測(cè)控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是 Dallas 的 DS 18x20 系列溫度傳感器，其溫度檢測(cè)范圍為 55℃ ~+125 C，檢測(cè)精度為士 ℃。保存臨時(shí)數(shù)據(jù)的 8 字節(jié)片內(nèi) RAM。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、光纖熱色傳感器等 .光纖溫度傳感器的精度更 高，但成本較貴。 一、濕敏元件 濕敏元件是最簡(jiǎn)單的濕度傳感器。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型 : 線性電壓輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品有 HIH3605/3610, HM1500/ 1520。 線性頻率輸出式集成濕度傳感器 典型產(chǎn)品為 HF3223 型，它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在 55% RH 時(shí)的輸出頻率為 8750Hz(典型值 )，當(dāng)相對(duì)濕度從 10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從 9560Hz 減小到 8030Hze 這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu) 點(diǎn)。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) (NTC)熱敏電阻作為溫度傳感器。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 、執(zhí)行電路等硬件電路 。 、分析處 理、顯示、修改、參數(shù)設(shè)置、控制等程序功能模塊 。 糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 第二章 器件簡(jiǎn)介 AD590簡(jiǎn)介 AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。 AD590 的測(cè)溫范圍為 55℃～ +150℃。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 輸出電阻為 710MW。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔，其中 M檔精度最高，在 55℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 ADC0809 簡(jiǎn)介 ADC0809 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片 本系統(tǒng)采用 ADC0809 大規(guī)模集成電路芯片，它是逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，輸出的數(shù)字信號(hào)有二態(tài)緩沖器，可以和單片機(jī)直接接口。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 6）工作溫度范圍為 40～ +85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 ADC0809 管腳功能及定義 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的管腳定義如圖 21所示。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 Vcc：電源，單一 +5V。 ADC0809 的工作過(guò)程 首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。直到A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。為此可采用下述三種方式。例如 ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs ，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS51 單片機(jī)共64 個(gè)機(jī)器周期。 （ 2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如 ADC0809 的 EOC 端。 （ 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（ EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)， OE 信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 本系統(tǒng)完成以下功能 :可對(duì)溫、濕度進(jìn)行多點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)、顯示、報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)以上功能需安排以下五個(gè)部分組成整個(gè)控制系統(tǒng)如圖 32所示。 溫度采樣電路設(shè)計(jì) 溫度采樣電路的設(shè)計(jì)只要在于選擇好溫度傳感器，溫度傳感器的種類很多，根據(jù)溫室使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 到增加使用壽命和降低成本的目的。 集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的 be結(jié)壓降的不飽和值 VBE與熱力學(xué)溫度 T 和通過(guò)發(fā)射極電流 I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)： 式中， K— 波爾茲常數(shù)； q— 電子電荷絕對(duì)值。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/K。因?yàn)榱鬟^(guò) AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻 R1和電位器 R2的電阻之和為 1kW 時(shí)，輸出電壓 VO隨溫度的變化為 1mV/K。調(diào)整的方法為：把 AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器 R2，使 VO=。但這樣調(diào)整只可保證在 0℃或 25℃附近有較高精度。調(diào)整方法如下：在 0℃時(shí)調(diào)整 R2，使輸出 VO=0，然后在 100℃時(shí)調(diào)整 R4使 VO=100mV。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。冰水混合物是 0℃環(huán)境，沸水為 100℃環(huán)境。另外，測(cè)量華氏溫度（符號(hào)為℉）時(shí)，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去 再乘以 9/5，故若要求輸出為 1mV/℉，則調(diào)整反饋電阻約為 180kW，使得溫度為 0℃時(shí)， VO=；溫度為 100℃時(shí)， VO=。 糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 溫差測(cè)量電路及其應(yīng)用 (1). 電路與原理分析 糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 3 是利用兩個(gè) AD590 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差的電路。圖中電位器 R2用于調(diào)零。 由基爾霍夫電流定律： （ 1） 由運(yùn)算放大器的特性知： （ 2） （ 3） 調(diào)節(jié)調(diào)零電位器 R2使： （ 4） 由（ 1）、（ 2）、（ 4）可得： 設(shè)： R4=90kW 則有： = = （ 5） 其中， 為溫度差，單位為℃。 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)測(cè)溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。溫度檢測(cè)電路如圖 33 所示，其中運(yùn)算放大器 A1 被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗。這樣， A1 與 A2 輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。 AD590 溫度與電流的關(guān)系如表 31所示。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。 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、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。 糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá) 23%RH，這比干濕球測(cè)濕精度高。 氧化鋁濕度計(jì) 氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是，體積可以非常?。ɡ缬糜谔娇諆x的濕敏元件僅 90μm 厚、 12mg 重），靈敏度高（測(cè)量下限達(dá) 110℃ 露點(diǎn)），響應(yīng)速度快（一般在 到 3s 之間）， 測(cè)量信號(hào) 直接以電參量的形式輸出，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測(cè)量領(lǐng)域所希望的。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對(duì)這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。因此，到目前為止，傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用 濕度檢測(cè)電路 濕度檢測(cè)電路由濕度傳感器 2Al 3O 型濕度傳感器、振蕩電路、整流電路、輸出放大電路等組成。振蕩電路為 RC 橋式振蕩電路，傳感器特性的線形補(bǔ)償由 R1, R2 完成， D1, D2, D3 用于輸入保護(hù)，A1, A2 為運(yùn)算放大器， A2 接成電壓跟隨器。 單片機(jī)系統(tǒng)及外圍電路 單片機(jī)采用 MSC51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高頻率晶振，以獲糧倉(cāng)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 得較高的刷新頻率，時(shí)期顯示更穩(wěn)定。 P1 口低 4 位與行驅(qū)動(dòng)器相連，送出行選信號(hào)； ～ 口則用來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。 圖 35 MSC51 單片機(jī)最小系統(tǒng) MSC51 單片機(jī)管腳說(shuō)明如下： VCC：供電電壓。 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn) 時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率 周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 AT89C51 工作電壓 VCC=5V,其 EA 引腳需接高電平 ,5V 電源電路圖。AD7656 的電源包括 AVCC、 DVCC、 VDD、 VSS 和 VDRIVE。 VD