【正文】 ............................39 軟件抗干擾措施 ...........................................................................................................41結(jié)論 ...........................................................................................................................................43參考資料 ...................................................................................................................................44致謝 ...........................................................................................................................................45附錄 ...........................................................................................................................................46附錄 A....................................................................................................................................46附錄 B....................................................................................................................................47附錄 C....................................................................................................................................531 緒論 背景 “國以民為本，民以食為天” ， “兵馬未動(dòng)，糧草先行” ，這些都充分說明糧食對(duì)國家的重要性 [1]。一般來說：糧食存放在糧倉中，大型的糧倉可存放數(shù)以萬計(jì)的糧食。為了保證存放在糧倉中的糧食不致腐爛變質(zhì)，就必須使糧倉內(nèi)的溫濕度保持在一定的范圍以內(nèi)。糧情監(jiān)測系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)檢測糧食儲(chǔ)備庫中糧食的基本溫濕度情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉時(shí)間、品種、倉型、天氣狀況等）進(jìn)行綜合分析。在綜合研究國內(nèi)糧庫管理現(xiàn)狀和發(fā)展的前提下，吸收了國內(nèi)多種糧庫糧情溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)后，我們設(shè)計(jì)了自己的倉庫溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)的目的和意義科學(xué)儲(chǔ)糧是糧食生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，若管理不當(dāng)，糧食發(fā)霉或生蟲會(huì)造成極大浪費(fèi)。糧庫一般由幾十個(gè)甚至上百個(gè)由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉組成，倉高 20~30m。我國許多儲(chǔ)備糧庫每年都因測控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致部分糧食霉變，許多大型儲(chǔ)備糧庫的測控設(shè)備仍需高價(jià)進(jìn)口，因此國家準(zhǔn)備在未來的幾年內(nèi)對(duì)全國所有的糧庫進(jìn)行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫管理，實(shí)現(xiàn)糧庫管理現(xiàn)代化。如果用單片機(jī)作為前沿機(jī)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（溫度設(shè)定，實(shí)時(shí)溫度顯示，報(bào)警電路）然后通過單片機(jī)串行口控制電機(jī)啟停進(jìn)行溫濕度控制。微機(jī)測量是微機(jī)設(shè)計(jì)的第一步，是微機(jī)測量技術(shù)的現(xiàn)場部分，即測量糧倉中的溫濕度，并使用單片機(jī)對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)糧倉內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制。基于 CAN 總線的糧情監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于 CAN 總線的糧情監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)和各倉房智能測控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具體分為通用計(jì)算機(jī)、USBCAN 網(wǎng)絡(luò)適配器、CAN 總線網(wǎng)絡(luò)和若干個(gè)倉房智能測控節(jié)點(diǎn)。由于倉房數(shù)據(jù)采集一般以溫度采集為主，其測量點(diǎn)數(shù)目之多，使溫度測量的難度加大，因此倉房溫度的測量一直是糧情監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)的濕度傳感器選用電容式傳感器，電容式傳感器輸出為 0~20mA 的電流信號(hào)，經(jīng)過 250 歐電阻轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，此信號(hào)再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC1549 轉(zhuǎn)化為 AT89C52 所能采集的串行數(shù)字信號(hào)，同時(shí)，為減小 TLC1549 內(nèi)部輸入阻抗的影響，在其輸入端放置了 LM158 組成的壓隨電路。其中 USBCAN 網(wǎng)絡(luò)適配器主要負(fù)責(zé)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn) USB 接口與 CAN 總線之間的數(shù)據(jù)交互，由于監(jiān)控計(jì)算機(jī)沒有 CAN 總線接口，不能直接提供 CAN 通信功能，系統(tǒng)通過 USBCAN 網(wǎng)絡(luò)適配器使監(jiān)控計(jì)算機(jī)間接地連入到 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中。特點(diǎn)：CAN 現(xiàn)場總線技術(shù)作為最有前途的現(xiàn)場總線之一，其可靠性高，使用環(huán)境能力強(qiáng)，交錯(cuò)能力突出，性價(jià)比高，有靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高度分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高智能化的現(xiàn)場設(shè)備。智能型溫濕度采集器采用國際上先進(jìn)的溫敏和濕敏元件，傳遞溫濕度參數(shù)；溫濕度測控平臺(tái)內(nèi)置微處理器，智能化設(shè)計(jì)，可獨(dú)立工作又可方便組網(wǎng)，還可監(jiān)測并管理各個(gè)溫濕度測控器的工作，指令各相應(yīng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的檢測和控制，同時(shí)，控制平臺(tái)的通訊功能使其可作為下位機(jī)接受上位機(jī)和計(jì)算機(jī)的管理和控制，通過電力載波、電話線或通訊電纜等通訊手段可接入總體測控系統(tǒng)中心網(wǎng)絡(luò)。2）控制器:接受溫濕度測控平臺(tái)指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)起停。4）測控平臺(tái):測控平臺(tái)是溫、濕度測控系統(tǒng)的重要組成部分，是聯(lián)系溫、濕度測控及信號(hào)采集器和計(jì)算機(jī)管理控制中心（上位機(jī)）的樞紐。巡檢測控儀提供液晶顯示器顯示時(shí)間、通道號(hào)、溫度、濕度以及抽風(fēng)除濕等狀態(tài)。 （可選帶漢字打印機(jī)） 。6）計(jì)算機(jī)管理控制中心（上位機(jī)）:A、可對(duì)多個(gè)測控平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)顯示、檢測；B、可對(duì)各個(gè)測控平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，并進(jìn)行相應(yīng)的處理；C、可對(duì)平臺(tái)的各個(gè)測控參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和控制；D、可以定時(shí)的搜索各個(gè)測控平臺(tái)，及時(shí)的匯報(bào)各平臺(tái)的狀況。另外，相關(guān)于智能化以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，既有利于推動(dòng)工控技術(shù)的發(fā)展，又能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。無線溫、濕度倉貯自動(dòng)測控系統(tǒng)的研究無線穩(wěn)、濕度倉貯自動(dòng)測控系統(tǒng)主要監(jiān)測、控制倉庫現(xiàn)場的溫度和濕度等參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測各個(gè)倉庫的環(huán)境情況，通過控制室計(jì)算機(jī)的分析處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的控制，從而提高倉庫的科學(xué)管理化、控制自動(dòng)化水平。數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分主要以 89C51 單片機(jī)作為核心主機(jī)，以單片智能化濕度/溫度傳感器作為從機(jī)加上數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊。整個(gè)系統(tǒng)采用對(duì)分布的傳感器進(jìn)行分時(shí)掃描的工作方式，控制端上電后將主動(dòng)向分布的傳感器按照預(yù)設(shè)的編號(hào)發(fā)起連接請(qǐng)求，與傳感器建立數(shù)據(jù)傳輸通道。同時(shí)控制端也可以按照預(yù)先設(shè)定的標(biāo)號(hào)，對(duì)某一個(gè)或者多個(gè)傳感器進(jìn)行掃描，以確定是否為突發(fā)的干擾錯(cuò)誤。MT8880 有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可直接與單片機(jī) I/O 端口連接，CPU 通過它控制發(fā)送器和接收器工作，與該接口有關(guān)的是片內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器。 特點(diǎn)：采用無線傳輸技術(shù)的系統(tǒng)唯一缺陷是在傳感器收發(fā)數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)的時(shí)候比較繁瑣，花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，但是一經(jīng)校準(zhǔn)，維護(hù)工作簡單容易，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率高。糧情監(jiān)控系統(tǒng)是能夠?qū)Z食自動(dòng)進(jìn)行測溫、測濕及測水分，實(shí)現(xiàn)糧情的自動(dòng)監(jiān)測，完成糧食狀態(tài)的分析與估計(jì)的智能系統(tǒng)。 糧情監(jiān)控系統(tǒng)采用溫度傳感器來采集糧食的溫度，糧倉中各個(gè)測溫點(diǎn)在測控分機(jī)的控制之下被循環(huán)接入測量電路。測控分機(jī)與中心控制室的距離較遠(yuǎn)，為了增加信號(hào)的傳輸距離，系統(tǒng)采用 RS485 總線與通訊主機(jī)相連，而通訊主機(jī)收到測控分機(jī)輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過光電隔離、74LS14 數(shù)據(jù)整形，然后將 0~SV 的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為上位機(jī)可以接受的（12）V~（+12 ）V 數(shù)字信號(hào)，通過串行通訊口 RS232 傳給上位機(jī)，上位機(jī)據(jù)此信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、曲線瀏覽、糧庫管理等功能。無論是和下位機(jī)通訊，還是系統(tǒng)的綜合管理，都完全依賴本控制中心。 下位機(jī)：主要由通訊主機(jī)和測控分機(jī)組成。 測控分機(jī)：安裝在倉庫現(xiàn)場，通過 RS485 總線與通訊主機(jī)相連，每臺(tái)測控分機(jī)連接若干溫濕度傳感器、通風(fēng)控制器、倉內(nèi)外溫濕度傳感器、水分傳感器等設(shè)備，完成倉房糧情檢測和通風(fēng)控制功能。通訊方式采用 RS485 總線技術(shù)，缺點(diǎn)是應(yīng)用時(shí)間長，但軟硬件實(shí)現(xiàn)較為容易，因此是國內(nèi)糧情檢測系統(tǒng)采用較多的通訊方式。該方案采用模擬溫度傳感器 AD590 作為測溫元件，傳感器測量的溫度變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運(yùn)算放大器交給信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅詈笸ㄟ^模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)，傳給單片機(jī)，單片機(jī)將溫度值進(jìn)行處理之后用 LCD 顯示，當(dāng)溫濕度值超過設(shè)定值時(shí)開始報(bào)警且打開電風(fēng)扇。顯示電路采用 LCD1602 模塊，使用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管構(gòu)成報(bào)警電路。 方案論證方案一采用模擬溫度傳感器，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運(yùn)算放大器傳給處理器。由于采用了多個(gè)分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，容易出現(xiàn)誤差，測量結(jié)果不是很準(zhǔn)確，因此本方案并不可取。綜上所述，本課題應(yīng)當(dāng)采用方案二對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。CR 、CE 和 OL 都是 16 位寄存器，也可以作 8 位寄存器來用。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、濕度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報(bào)警電路、電風(fēng)扇、干燥機(jī)組成，電路圖如附錄 A 所示。濕度傳感器是 HS1100 芯片，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，將該濕敏電容置于 555 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，然后通過編程將電壓頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的濕度。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可以通過軟件設(shè)置各點(diǎn)溫濕度的上限值和下限值，當(dāng)某點(diǎn)溫度或濕度超過設(shè)置值時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警且執(zhí)行器開始工作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各點(diǎn)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測。AT89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，3 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，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B20 的性能特點(diǎn)單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 器件的特點(diǎn)如下：1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 DS18B20 的雙向通訊。3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： ~ V。測溫分辨率為 ℃。6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20 的管腳排列如圖 所示。DS18B20 采用 3 角 PR35 封裝或 8 角 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。可用 ROM 操作命令讀出其內(nèi)容。第 3，4 字節(jié)鎖存器 TH 和 TL 保存非易市失性溫度報(bào)警數(shù)據(jù)，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限。該字節(jié)各位的定義如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1該寄存器低 5 位都是 1，TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。表 分辨率與轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms1 1 12 位 750ms　　由表可知，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長。CRC 的產(chǎn)生在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。 DS18B20 的溫度值格式當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃/LSB 形式表示。表 是一部分溫度值對(duì)應(yīng)表。1Wire 單總線適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個(gè)部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號(hào)方式( 信號(hào)類型和時(shí)序)。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。典型的單總線命令序列如下：第一步：初始化；第二步：ROM 命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)） ；第三步：功能命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)） 。但是，這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于搜索 ROM 命令和報(bào)警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機(jī)不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一 64 位 ROM 代碼相關(guān)，允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。從機(jī)設(shè)備可能支持 5 種 ROM 命令(實(shí)際情況與具體型號(hào)有關(guān)) ，每種命令長度為 8 位。ROM 命令主要包括：搜索[0F0h]、讀 ROM[33h]、匹配 ROM[55h]、跳越ROM[0CCh]、報(bào)警搜索[0ECh]。功能命令主要包括: