【正文】 MS 系統(tǒng)，用于測量濕度。目前該儀器未用于糧食的濕度檢測。美國新澤西立貝農(nóng)業(yè)機械公司開發(fā)了一種用微波來監(jiān)測田間糧食作物子粒濕度的儀器系統(tǒng)[5]，該儀器的發(fā)射無線可以將微波傳入田間的糧食、玉米、小麥、大豆、大麥等作物的果實子粒部分，通過觀測發(fā)生的相應(yīng)變化來測其果實子粒的潮濕度和含水量。廣州建科測試儀器科技有限公司研發(fā)的 MOIST200 手持式微波測試儀[6]。另外 MOIST200 與 MOISTANALYZE 多維濕度分布成像軟件綜合使用，可獲得所測建筑材料內(nèi)部及表面濕度情況的分布圖[7]。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制了一種以變頻技術(shù)為基礎(chǔ),采用了空間波法中反射波法，提出了如何利用純凈水對微波的衰減特性測量糧食內(nèi)相對含水量分布的方法，建立了檢測糧食內(nèi)部相對含水量的理論模型。⑶ 基于 AT89C51 的單片機的濕度檢測與控制的方案。 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題是為實現(xiàn)糧食濕度檢測的要求而設(shè)計的，課題的主要研究內(nèi)容是設(shè)計并實現(xiàn)一個基于單片機系統(tǒng)的糧食進倉濕度自動檢測報警控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實時顯示檢測數(shù)據(jù)和實時上傳檢測數(shù)據(jù)的功能。⑵ 系統(tǒng)硬件設(shè)計：主要單片機芯片的選型、傳感器的選型、單片機系統(tǒng)與 A/D 及其外圍電路的設(shè)計、單片機與 LED 顯示模塊接口電路設(shè)計，報警電路的設(shè)計，電機控制電路的設(shè)計等。2 糧食進倉濕度自動檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計 糧食進倉濕度自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計要求 本課題的主要研究內(nèi)容是設(shè)計并實現(xiàn)一個基于單片機系統(tǒng)的糧食進倉濕度自動檢測報警控制系統(tǒng)。 設(shè)計思路和方案糧食進倉時一般是由工作人員將運糧車上成袋的糧食打開放到傳送帶上，通過傳送帶傳送到清選機清除雜物后再進入到倉庫里。系統(tǒng)設(shè)計要能夠可靠的檢測進倉前時糧食的濕度（測量范圍為 10%～95%RH 的濕度）[10]，并進行合理的分析，實時的報警和及時的電機切斷。防止糧食進倉濕度檢測系統(tǒng)否是報警并控制電機濕度是否過高搬到傳送帶上工作人員工作人員車上的糧食輸送到清選機圖21 系統(tǒng)的流程圖根據(jù)系統(tǒng)框圖，研究內(nèi)容分為下面三個大模塊：⑴ 糧食進倉濕度自動檢測系統(tǒng)信號采集部分。⑵ 糧食進倉濕度自動檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理部分。AT89C51 單片機接收 A/D 芯片轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)，通過一定的軟件算法求得能表征糧食濕度的數(shù)據(jù)，并送至 3 位八段 LED 顯示和PC 機存儲和處理[11]。軟件設(shè)計分為單片機軟件和 PC 機軟件兩個部分，單片機軟件主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)外設(shè)控制，數(shù)據(jù)顯示以及與 PC 機間數(shù)據(jù)通信。PC 機軟件主要實現(xiàn)與單片機的數(shù)據(jù)通訊以及數(shù)據(jù)處理兩大功能。報警模塊電機控制模塊串口通信模塊LED顯示模塊數(shù)據(jù)采集處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊串口接收數(shù)據(jù)模塊單片機程序模塊PC機程序模塊串口通信電機控制報警LED顯示A/D轉(zhuǎn)換器變送器軟件系統(tǒng)模塊硬件系統(tǒng)模塊糧食進倉濕度自動檢測系統(tǒng)圖 22 系統(tǒng)模塊劃分圖3 糧食進倉濕度自動檢測報警控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 引言本硬件系統(tǒng)采用的單片機是 AT89C51，該單片機具有靈活性高、使用方便、價格低廉等優(yōu)點，圖 31 所示的是基于 AT89C51 的濕度檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)上電復(fù)位后開始直接運行，在運行過程中，系統(tǒng)每隔 3 秒檢測一次當(dāng)前濕度并送往數(shù)碼管進行顯示。同時將顯示清零，以準備進行下一次的數(shù)據(jù)采集、檢測及顯示[12]。LED顯示AT89C51聲光報警A/D轉(zhuǎn)換器濕度變送器電機控制PC機通信圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 單片機模塊單片機又稱單片微控制器，它是將 CPU、存儲器、輸入/輸出接口、定時/計數(shù)器等集成在一塊芯片上，是目前銷量最大、應(yīng)用面最廣、價格最便宜的微型計算機。AT89C51 結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣，技術(shù)成熟，價格便宜。程序存儲器外設(shè)取指令CPU定時/計數(shù)器I/O口 圖32 單片機結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51單片機的內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)及引腳⑴ AT89C51單片機內(nèi)部的總體硬件結(jié)構(gòu)：AT89C51 單片機的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)，如圖 33 所示。因為受芯片引腳數(shù)量的限制，有很多引腳具有雙功能。VSS：電源接地端。接法如圖 36。接法如圖 36。外部接復(fù)位電路。ALE—為地址鎖存允許信號。④ 并行I/O端口引腳P0口（ ～）；P1口（ ～ ）；P2口（ ～ ）；P3口（ ～ ）。單片機常用的外部復(fù)位電路如圖35。復(fù)位不影響片內(nèi)RAM和片外RAM中的內(nèi)容。圖36 AT89C51的外接石英晶體的時鐘電路③ 時序單位時鐘周期（是時鐘信號頻率fosc的倒數(shù)）：時鐘周期=1/fosc機器周期：機器周期=12時鐘周期指令周期：一條指令從被讀取到被執(zhí)行的整個過程所需的時間稱為指令周期。這里石英晶振頻率采用12MHZ，振蕩電容采用30pf[13]。①運算器是進行各種算術(shù)運算和邏輯運算的部件。其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CYACF0RS1RS0OV__ PCY—進位標志位。⑵ 存儲器8051的存儲器分為兩大存儲空間：程序存儲器（ROM）空間：片內(nèi)4KB的程序存儲器，其地址為0000H～0FFFH；片外64KB的程序存儲器，其地址為0000H～FFFFH。AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu)，如圖38。如圖39。本系統(tǒng)的濕度檢測模塊包含濕度傳感器與 A/D 轉(zhuǎn)換器。 濕度傳感器濕度傳感器用于將濕度信號轉(zhuǎn)換為電信號，由于空氣中的水分和灰塵都有可能會影響到濕度傳感器的轉(zhuǎn)換精度，因此本系統(tǒng)的濕度傳感器選擇的是直插式濕度變送器 JCJ100D。其工作電源為 12VDC177。實物圖如圖 310 所示。 圖 310 JCJ100D 濕度傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器現(xiàn)階段生產(chǎn)的 ADC 具有模塊化、與微機總線兼容等特點，在選擇 ADC 芯片時，考慮到 A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)字輸出的方式、A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號的要求和轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間的因素，本文選用了 8 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 1LSB，單電源+5V供電，28 引腳 DIP 結(jié)構(gòu)封裝，功耗 15mw。管腳功能如下:⑴ IN0～IN7：八個模擬量輸入端，允許 8 路模擬量分時輸入，共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器；⑵ ADDA、ADDB、ADDC：通道端口選擇線，ADDC 為高位。⑷ START：啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) START 為上升沿時，開始 A/D 轉(zhuǎn)換。此信號用以打開三態(tài)輸出鎖存器，將A/D 轉(zhuǎn)換后的 8 位數(shù)字量輸出至單片機的數(shù)據(jù)總線上。⑻ D7～D0：數(shù)字量輸出端。⑽ VCC、GND：+5V 電源及地。公式中，Vi 為模擬輸入量，D 為十進制數(shù)字量輸出。1LSB，每一通道的轉(zhuǎn)換時間約為 100μs。具有低噪聲、低功耗、高精度、高分辨率和高采樣率的優(yōu)點。傳感器輸出的 0 到 5V 的電壓信號通過 JP0 連接口引入到 ADC0809，AT89C51 的 ALE 端經(jīng) 74HC74 分頻后作為 ADC0809 的時鐘信號，考慮時序關(guān)系，AT89C51 的 WR，RD，和 通過兩個與非門 74LS02 A/D轉(zhuǎn)換器后分別被接入 ADC0809 的 START，ALE和 OE 端，ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出端與 P0 口相連，EOC 端通過反相器 74LS04 接入 AT89C51的 INT1。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器（由于本系統(tǒng)只有一路模擬輸入，故不需輸入 3 位地址，直接默認第一路模擬輸入），START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。當(dāng) OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。因此至少需要用兩個 LED 來顯示。由于 AT89C51 的 I/O 端口有限，系統(tǒng)使用 74LS164移位寄存器從 AT89C51 串行移出待顯示的數(shù)據(jù)，經(jīng) 74LS164 轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后送至 LED 顯示。74LS164 芯片引腳連接圖如圖 313 所示[15]。在圖中， 與三個 74LS164（U2，U3，U4）的 CLK 端相連，用于產(chǎn)生時鐘信號，, 分別接 U9，U10，U11 的數(shù)據(jù)端，用于傳送數(shù)據(jù)信號。在 LED 每個發(fā)光二極管前加了一個限流電阻，避免 LED 發(fā)光二極管因電流太大而燒壞或壽命減少。因此本系統(tǒng)設(shè)計了報警模塊，報警模塊是由單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，根據(jù)結(jié)果分析判斷，當(dāng)判斷當(dāng)前濕度超過預(yù)先設(shè)定的值時，就會聲光報警。因此本系統(tǒng)采用由四個 CD4011 所組成的兩極門振蕩電路，以便用斷續(xù)的聲音和閃爍的燈光進行報警。CD4011的引腳圖如圖315所示。工作溫度范圍：CD4011BM：55℃—+125℃；CD4011BC：4