【正文】 .................... 20 報(bào)警電路 .............................................................................................. 21 系統(tǒng)總圖 ........................................................................................................ 23 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 24 模塊組成。為了保證日常工作的順利進(jìn)行， 要 加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度和濕 度的監(jiān)測(cè)工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度和濕度誤差大，隨機(jī)性大 ， 因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度 控制系統(tǒng) 。 一般 溫度對(duì)微生物的生長、繁殖有影響，大多數(shù)菌種生長繁殖的適宜溫度是 28 ~ 30CC??。 作為本系統(tǒng)采用 的 單片機(jī) 技術(shù) ， 已經(jīng)普及到我們的生活、工作、科研各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一個(gè)比較成熟的技術(shù)。我國近年引進(jìn)了 許多 國家和地區(qū)的倉庫環(huán)境控制系統(tǒng)，對(duì)吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、推動(dòng)倉庫溫度濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè) 研究 產(chǎn)生了積極的作用。 研究的意義 我國是人口大國，科學(xué)儲(chǔ)糧是保障人民糧食供應(yīng) ， 關(guān)系國計(jì)民生的戰(zhàn)略大事 。 設(shè)計(jì) 構(gòu)思 考慮氣候、環(huán)境因素對(duì)糧食的影響， 該設(shè)計(jì) 以 8031 單片機(jī)為控制模塊，通過傳感器組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將倉內(nèi)的溫濕度進(jìn)行采集，經(jīng)過放大、 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換， 與預(yù)先存儲(chǔ)于單片機(jī)中保持正常 糧食所需的溫濕度進(jìn)行比較，對(duì)糧倉的溫 濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制， 對(duì)超過 報(bào)警規(guī)定值進(jìn)行報(bào)警， 同時(shí)還 可以 對(duì) 實(shí)際情況來 進(jìn)行 人工修改片內(nèi)存儲(chǔ)預(yù)設(shè)值。 倉庫溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 第 2 章 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案選擇 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一 個(gè) 溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)： (1) 基本功能： ? 檢測(cè)溫度、濕度； ? 顯示溫度、濕度； ? 過限報(bào)警； (2) 主要技術(shù)參數(shù) ? 溫度檢測(cè)范圍 ： 30 ~ 50CC? ? ? ? ? 測(cè)量精度 ： ?? ? 濕度檢測(cè)范圍 ： 10% ~ 100% RH ? 檢測(cè)精度 ： 1%RH? ? 顯示方式 ：四位顯示 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與組成 設(shè)計(jì)思路 本系統(tǒng)測(cè)量的是糧倉的溫濕度，通過采樣及 A/D轉(zhuǎn)換，將所測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)信號(hào)和鍵盤所設(shè)定的溫濕度值一起送入單片機(jī)中，通過單片機(jī)對(duì)溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并通過報(bào)警裝置對(duì)超過規(guī)定值進(jìn)行報(bào)警。 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 4 圖 系統(tǒng)總體框圖 傳感器 的選擇 溫度傳感器 的選擇 傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可 靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。 方案一：采用熱電阻溫度傳感器 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。 按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍 200～650℃；銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大 ；但其電阻率小，使用穩(wěn)定性差。 方案二：采 用集成芯片 AD590 AD590 的測(cè)溫范圍在 55℃～ +150℃之間，而且精度高。它只需直流電源就能工作，而且，無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡單。 AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。 濕度傳感器的選擇 測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的倉庫溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及 周圍空氣的濕度。 方案一：采用 HOS201 濕敏傳感器。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。 HS1100/HS1101 電容 傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。相對(duì)濕度在 1%100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于177。 綜合比較方案一與方案二，方案一雖然滿足 精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。 信號(hào)采集通道的選擇 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)假設(shè)為 8路的模擬信號(hào)，需要多通道結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)框圖如圖 ?？傮w成本可以做得較低。 (3) 軟件簡單，各通道可以獨(dú)立編程。 結(jié)構(gòu)框圖如圖 23所示。 (2) 處理速度慢。 (4) 軟件比較復(fù)雜。 系統(tǒng)總 體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和 A/D 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，以 8031 基本系統(tǒng)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括 A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢濕度檢測(cè)、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。 圖 系統(tǒng)總體框圖 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 8 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 信號(hào)采集 信號(hào)采集系統(tǒng)包括溫度傳感器電路、濕度傳感器電路和多路開關(guān)組成。 一、 AD590 主要特性 AD590 是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。 T—— 熱力學(xué)溫度，單位 K。 AD590 可以承受 44V正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。 ℃。 倉庫溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 二、 攝氏溫度測(cè)量電路 攝氏溫度測(cè)量電路如圖 。調(diào)整方法如下：在 0℃時(shí)調(diào)整 R2，使輸出 V0=0，然后在 100℃時(shí)調(diào)整 R4 使 V0=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。 一、 HS1100/HS1101 特點(diǎn) HS1100/HS1101 電容傳感器，是不需校準(zhǔn)的完全互換性、高可靠性和長期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)時(shí)間，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜 于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。 2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5S；溫度系數(shù)為 pF/℃。 二、 濕度測(cè)量電路 HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)鄭州大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 10 空氣濕度的增大而增大。頻率輸出的 555測(cè)量振蕩電路如圖 。 7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。 該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源 Vs 通過 R R2 向 C 充電，經(jīng) t充電時(shí)間后， Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時(shí)輸出引腳 3 端由高電平突降為低電平，然后通過 R2放電，經(jīng) t放電時(shí)間后， Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 。 倉庫溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 表 空氣濕度與電壓頻率的典型值 溫度 頻率 溫度 頻率 %RH HZ %RH HZ 0 7351 60 6600 10 7224 70 6468 20 7100 80 6330 30 6976 90 6168 40 6853 100 6033 50 6728 多路開關(guān) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度信號(hào)采集和濕度信號(hào)采集為八路，而 A/D轉(zhuǎn)換僅為一路輸入，因此需要采用由 CD4051 組成的多路分時(shí)的模擬信號(hào)采集電路。該芯片由 DTL/TTLCOMS 電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的 8選 1 譯碼器輸入，分別加上控制的 8 個(gè) COMS 模擬開關(guān) TG 組成。 圖 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 12 每路溫度檢測(cè)電路的輸出接入模擬開關(guān) CD4051 的 S0~S7，而 模擬開關(guān) CD4051 的選通地址 A、 B、 C由 單片機(jī) 8031 的 P3 口的低位地址 ～ 控制，而 CD4051 的片選信號(hào) INH 由 單片機(jī) 8031 P2 口 來控制。 圖 每路溫度檢測(cè)電路的輸出接入模擬開關(guān) CD4051 的 S0~S7，而模擬開關(guān) CD4051 的選通地址 A、 B、 C由單片機(jī) 8031 的 P3 口的低位地址 ～ 控制，而 CD4051 的片選信 號(hào)INH 由 8031 的 P2口 來控制。由于 MC14433 只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以 BCD 碼的形式分四次送出。其管腳如圖 所示，各引腳的功能見表 。每個(gè)選通脈沖寬度為 18 個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為 2個(gè)時(shí)鐘周期。 ～～～～～～1 / 2 C L K 周 期1 6 4 0 0 個(gè) 時(shí) 鐘 脈 沖 周 期1 8 個(gè) 時(shí) 鐘 脈 沖 周 期E O CD S 1D S 2D S 3D S 4( 最 高 位 ) 1 / 2 位 2 個(gè) 時(shí) 鐘 脈 沖 周 期最 低 位 圖 MC14433 選通脈沖時(shí)序圖 Q0Q3 中 Q0 為最低位， Q3 為最高位。 二、 MC14433 與 8031 單片機(jī) 的接口電路 由于 MC14433 的 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的 BCD 碼， Q0~Q3 和 DS1~DS4 不是總線式的，因此 MCS51 系列的單片機(jī)只能通過并行 I/O 接口或者擴(kuò)展 I/O 接口與其相連。經(jīng)分析，本系統(tǒng)中 MC14433 與單片機(jī) 8031 的 P1口直接相連，其電路結(jié)構(gòu)如圖 示。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來經(jīng)過放大過程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。 8031 就是 MCS51 系列單片機(jī)中的一種。 ? VSS（ 20 引腳）：接地。 ? XTAL2（ 18引腳）：在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) MCS51 系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。在掉電時(shí)，此引腳接備用電源 VDD，以保持 RAM 數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng) BVCC低于規(guī)定的值時(shí)，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)， VPD 就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供備用電源 。 ? PSEN（ 29引腳）：此腳輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀取外部指令期間， PSEN非有兩次在每個(gè)周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，兩個(gè)有效的 PSEN 非將不再出現(xiàn)，同樣這個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，對(duì) 8031 而言，此腳必須接地。 P0口通常用做通用 I/O口為 CPU 傳送數(shù)據(jù)， P2 口除了可以用做通用口以外，還具有第一功能，除 P0口以外其余三個(gè)都是準(zhǔn)雙向口 。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。圖中電容 C1 和電阻 R1 對(duì)電源十 5V 來說構(gòu)成微分電路。 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位。上電后，由于電容 C3 的充電和反相門的作用，使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。 圖 單片機(jī)的復(fù)位電路 三、 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生 8031 單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)， 8031 本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)， 8031 在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。 我 們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。電路如圖 。 單片機(jī)外圍的設(shè)計(jì) 在 8031 芯片的外圍電路中必須對(duì)其進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，和根據(jù)系統(tǒng)的需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。由 1片 2764EPROM、 1片 6264RAM。其框圖如圖 所示。 8031 的 ～ 作為位選信號(hào)使用，控制對(duì)應(yīng)的 2 片多路模擬開關(guān) CD4051 的選通。 鄭州大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 20 圖 單片機(jī)外圍電路 由于 8031 無內(nèi)部 ROM，故擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器地址為 0000H～ FFFFH，考慮系統(tǒng)的需要，我們將 8031 的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為 4KEPROM，采用 2764 作為 ROM芯片。在程序擴(kuò)展中，我們選用的地址鎖存器 是 74LS373。本設(shè)計(jì)是利用 8031的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤 /顯示器接口。應(yīng)用 8031 的串行口方式 0 的輸出方式，在串行口外接移位寄存器 74HC573，構(gòu)成鍵盤 /顯示器接口，其硬件接口電路如圖 ： 倉庫溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 圖 報(bào)警電路 在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警 系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。 本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。壓電式蜂鳴 器約需 10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用 TTL 系列集成電路 7406 或 7407 低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。當(dāng) 輸出高電平“ 1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約 +5V電壓而鳴叫；當(dāng) 輸出低電平“ 0