【正文】 場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)測(cè)控儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表也較少。系統(tǒng)的拓?fù)? 圖31 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)如圖 31：監(jiān)控計(jì)算機(jī)與主接收器之間通過(guò)串口(RS232)來(lái)通信，而B(niǎo)S與SS之間通過(guò)射頻通訊，控制 遠(yuǎn)程終端節(jié)點(diǎn)單片機(jī)(Mega16L)讀取溫濕度值、并且實(shí)時(shí)記錄讀取的通道編號(hào)、時(shí)間。主接收器（BS）：通過(guò)無(wú)線射頻模塊nRF905以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或廣播方式發(fā)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的各種控制命令，在命令發(fā)出以后，采用逐一掃描的方式探測(cè)各個(gè)數(shù)據(jù)終端有沒(méi)有發(fā)送通信請(qǐng)求；若有則執(zhí)行相應(yīng)的要求。遠(yuǎn)程終端(SS)主要由Mega16L單片機(jī)、射頻模塊nRF90SHT10的溫溫度傳感器DS18B20單片機(jī)（下位機(jī)）ATmega16射頻芯片nRF905鍵盤操作單片機(jī)（上位機(jī)）ATmega16射頻芯片nRF905報(bào)警電路顯示電路PC濕度傳感器組成。當(dāng)Mega16L單片機(jī)檢測(cè)到異常的儲(chǔ)糧溫濕度時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等外部設(shè)備，同時(shí)送信號(hào)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)和報(bào)警電路，有聲光報(bào)警，提醒工作人員。在空閑狀態(tài)下，幾乎不消耗功率（ μA VCC=3 V）。該模塊有3根數(shù)據(jù)控制線，且其數(shù)據(jù)I/O口是一個(gè)串行的數(shù)字接口。最高數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mbps，此時(shí)工作電流為33 mA。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和GFSK調(diào)制器組成，不需外加聲表面濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余檢驗(yàn))，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。nRF905傳輸數(shù)據(jù)時(shí)為非實(shí)時(shí)方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲(chǔ)器內(nèi)，外面的MCU可以在需要時(shí)再到芯片中去取。比較選型由于nrf905模塊的通訊性能及抗干擾性優(yōu)于RFW122M ，而且外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，性能相對(duì)價(jià)格還是比較高的，我選擇了方案二。它是一款基于51系列的低功耗微處理器，支持匯編和C語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)環(huán)境采用Keil公司 Keil C51（51單片機(jī)的匯編和C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)工具）；支持匯編、C語(yǔ)言以及混合編程，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真。方案二：增強(qiáng)型51單片機(jī)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051同時(shí)集成多路PWM和PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）。方案三：選用AVR系列單片機(jī)：ATMEL AVR系列單片機(jī)是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。工作于空閑模式時(shí)CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時(shí)終止CPU和除了異步定時(shí)器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展Standby模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。片內(nèi)ISP Flash允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW操作。比較選型：根據(jù)價(jià)格，性能等綜合考慮，我選擇了第三種方案。溫度傳感器采用DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。C~+125176。C范圍內(nèi),精度為177。C。 2176?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 濕度傳感器選用的濕度傳感器HIH40001芯片內(nèi)具有信號(hào)處理功能，該傳感器的線性電壓輸出可直接輸入A/D中。另外該傳感器還有精度高，體積小巧便于安裝，響應(yīng)時(shí)間短，互換性較好等優(yōu)點(diǎn)。Sht10 傳感器由相對(duì)濕度傳感器， 溫度傳感器， 校準(zhǔn)存儲(chǔ)器, 1 4 位A / D轉(zhuǎn)換器， 信號(hào)放大器和1 2 C總線接口構(gòu)成。比較選型：綜合考慮測(cè)量精度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性，我們選用了第二種方案，不僅具有高精度，低成本等特性，而且避免了設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的麻煩（1）糧食的導(dǎo)熱性糧堆傳熱性能，稱為導(dǎo)熱性。糧堆內(nèi)外經(jīng)常有熱交換，因此，糧堆就處在一定的熱狀態(tài)中。實(shí)際情況中的糧食溫度變化就是熱狀態(tài)變化的表現(xiàn)，所以糧堆的導(dǎo)熱性對(duì)糧堆溫度變化規(guī)律的形成有極其重要的影響，是糧倉(cāng)溫度場(chǎng)的重要因素和參數(shù)對(duì)于導(dǎo)熱量的大小，取決于系列的因素，除了導(dǎo)熱系數(shù)外，還有溫差、傳熱面積、厚度和傳熱時(shí)間等，這些因素與導(dǎo)熱量的關(guān)系決定了導(dǎo)熱量的基本方程式（如式31）： 式31( 式中 Q—熱量, T1 高溫下表面溫度, T2 低溫下表面溫度, T 時(shí)間hD 傳熱溫度的厚度, F 傳熱表面面積, R 導(dǎo)熱系數(shù))這個(gè)方程式是付立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其理論基礎(chǔ)對(duì)導(dǎo)熱過(guò)程有普遍意義。第一，溫差（t1t2）不僅影響導(dǎo)熱量的因素，也是傳熱的必要條件。糧堆各層各點(diǎn)之間的溫度、糧堆內(nèi)部和外部的溫度都不一致，這就使溫度高處的熱傳往溫度低處，而發(fā)生熱傳遞的一切過(guò)程。糧堆體積所占有空間，包括面積和溫度兩個(gè)因素，根據(jù)付立葉方程，它們對(duì)熱傳遞過(guò)程的影響是不同的。糧粒直接接觸導(dǎo)熱是普通方式，由于糧食的導(dǎo)熱系數(shù)很小，所以糧粒接觸導(dǎo)熱，對(duì)糧食的熱狀態(tài)的影響較小。對(duì)流換熱是山于糧堆氣體在溫差影響下，各部分的氣體密度發(fā)生不同的變化。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在糧食孔隙中形成冷熱空氣對(duì)流同時(shí)在糧堆的整個(gè)界面上，也因溫差而與環(huán)境隨時(shí)進(jìn)行著熱交換，傳入傳出熱量。這就決定了糧食熱狀態(tài)隨外界熱狀態(tài)變化的。所以糧堆內(nèi)的熱狀態(tài)變化速度較小。（2）糧食的熱容量熱量的傳入或傳出結(jié)果，也就是熱交換的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致糧溫的升降。顯然，C就是糧食的比熱，糧食的熱容量是糧食千物質(zhì)的熱容量與水分的熱容量之和。糧食的導(dǎo)熱系數(shù)低，有利于保溫，但又不利于散熱，在需要保持糧倉(cāng)溫度的情況下，是保持糧食穩(wěn)定性的因素。分析糧倉(cāng)溫度場(chǎng)問(wèn)題，是一個(gè)復(fù)雜的、綜合性問(wèn)題。溫度 T 在糧倉(cāng)中的分布，可以看作空間坐標(biāo)(Xi,Yi,Zi)和時(shí)間T的函數(shù)，即 式33在特定的環(huán)境與條件下，以及在不同的存貯介質(zhì)（糧食的品種）場(chǎng)合，把這樣溫度分布稱為糧倉(cāng)溫度場(chǎng)。在特定的條件下，當(dāng)溫度T僅與空間坐標(biāo)（X, Y, Z）有關(guān)，而與時(shí)間T無(wú)關(guān)時(shí)。我們首先分析糧食的熱量傳輸?shù)幕疽?guī)律，然后建立糧倉(cāng)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型。熱傳導(dǎo)方式，糧倉(cāng)的熱傳導(dǎo)方式是指溫度不同的各部分糧粒僅僅是因?yàn)榻佑|的關(guān)系，而沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的能量傳遞現(xiàn)象。熱對(duì)流方式，糧倉(cāng)內(nèi)部的熱傳遞過(guò)程往往不能單用熱傳導(dǎo)描述。因而，熱對(duì)流傳遞是由空氣對(duì)流所引起的熱傳遞過(guò)程，是糧倉(cāng)所特有的一種熱傳遞現(xiàn)象。在溫度場(chǎng)中。溫面的傳遞方向的方向?qū)?shù)，稱作梯度。 糧倉(cāng)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型熱傳遞微分方程和特定的邊界條件及初始條件一起構(gòu)成為描述糧倉(cāng)溫度場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型描述如下： 式 34求解上述模型，可求得糧倉(cāng)溫度場(chǎng)分布規(guī)律，依據(jù)數(shù)學(xué)模型，可進(jìn)行有限元對(duì)糧倉(cāng)溫度場(chǎng)的計(jì)算和分析。采用有限元分析方法，可分析溫度的變化趨勢(shì)，“有的放矢”，達(dá)到了節(jié)省傳感器，精確測(cè)試的目的。硬件電路如圖41所示。~。與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)內(nèi)置RC振蕩電路。通過(guò)對(duì)熔絲位的設(shè)置，可以設(shè)置MCU的內(nèi)部RC振蕩頻率。不過(guò)，內(nèi)置RC振蕩，在一致性方面存在差異，它因生產(chǎn)的批次有所差異，亦與溫度等因素有較大的相關(guān)性。如圖45為單片機(jī)復(fù)位電路。其引腳如圖42所示。SPI(SerialPerpheralInterface)是一種串行同步通信協(xié)議，由一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)與從設(shè)備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI接口可以進(jìn)行多種形式的操作，主要包括讀寫射頻配置、讀寫收、發(fā)地址和數(shù)據(jù)等，為了區(qū)分SPI端口對(duì)nRF905進(jìn)行不同的操作形式，nRF905設(shè)置了7種不同指令。nRF905和AVR單片機(jī)的接口電路如圖43所示：圖43 nRF905與單片機(jī)接口 單片機(jī)與傳感器的接口電路 圖44 sht10與單片機(jī)的接口電路SHT10溫濕度傳感器與ATmega16單片機(jī)通過(guò)雙線串口IIC進(jìn)行通訊，但具體接口不同于標(biāo)準(zhǔn)的IIC。單片機(jī)與傳感器的芯片的接口如圖44： 按鍵掃描與顯示電路鍵盤的按鍵只設(shè)置4個(gè)，而且4個(gè)I/O口工作在強(qiáng)上拉模式。三個(gè)按鍵的的功能就是當(dāng)按鍵按下時(shí)，相應(yīng)位上的溫度值加1，比如當(dāng)按下十位鍵，預(yù)定溫度值的十位數(shù)就會(huì)加1，如連續(xù)按該鍵，十位數(shù)就會(huì)在0～9之間循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能，如圖 45所示。RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。1602液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 最后通過(guò)液晶顯示屏和數(shù)碼管的溫度數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷是否可以進(jìn)行無(wú)線的溫度傳輸數(shù)據(jù)是否正確。其電路如圖44所示。當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，鳴叫報(bào)警，如圖47所示。這是問(wèn)題的關(guān)鍵。在規(guī)劃上以模塊為目標(biāo)，盡可能地減少代碼的交叉。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，軟件又分為兩部分：BS部分和SS部分。具體流程圖如圖所示： 51 BS端流程圖 52 BS端流程圖根據(jù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，分為發(fā)送端和接收端兩個(gè)部分，軟件系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。nRF905在正常工作前應(yīng)由AVR先根據(jù)需要寫好配置寄存器，其后的工作主要是兩個(gè)：發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。為了數(shù)據(jù)可靠地傳輸，將射頻配置寄存器中的自動(dòng)重發(fā)位(AUTO_RETRAN)設(shè)為有效，數(shù)據(jù)包重復(fù)不斷地一直向外發(fā)，直到P89LPC916把TRX_CE拉低，退出發(fā)送模式為止。本設(shè)計(jì)中P89LPC916設(shè)定的40s內(nèi)一直判斷nRF905的DR引腳是否變高，若為高，則證明接收到了有效數(shù)據(jù)，可以退出接收模式，若一直沒(méi)有接收到，待時(shí)間到時(shí)也退出接收模式。 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 SPI接口軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中SPI配置為主機(jī)模式，nRF905為從設(shè)備。此外，正確選擇SPI的工作模式對(duì)SPI數(shù)據(jù)傳輸非常重要，ATmega16的SCK的相位和極性有4種組合，SPI工作模式由CPOL、CPHA設(shè)置，根據(jù)nRF905的SPI讀寫時(shí)序，ATmega16的SPI工作模式應(yīng)設(shè)置為模式0。ATmega16配置為SPI主機(jī)時(shí)，SPI接口不自動(dòng)控制SS引腳，由用戶軟件來(lái)控制。SPI時(shí)鐘由寫入到SPI發(fā)送緩沖寄存器的數(shù)據(jù)啟動(dòng)，SPI MOSI引腳上的數(shù)據(jù)發(fā)送次序由寄存器SPCR的DORD位控制，置位時(shí)數(shù)據(jù)的LSB(最低位)首先發(fā)送，否則數(shù)據(jù)的MSB(最高位)首先發(fā)送。應(yīng)該注意，當(dāng)需要從nRF905中讀取多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，即使nRF905并不需要ATmega16串行輸出的數(shù)據(jù)，每讀取一個(gè)數(shù)據(jù)前都要向SPI發(fā)送緩沖器寫一個(gè)數(shù)據(jù)以啟動(dòng)SPI接口時(shí)鐘。程序?qū)崿F(xiàn)如下：void _NOP_ms(unsigned char N) { unsigned char i。iN。 }}/*8bit寫入*/void nRF905Write8Bit(unsigned char byte){ unsigned char temp。temp0。0x80)7。 nRF905_SCK = 1。 }}/*8