基于单片机的粮仓温湿度检测系统设计

摘 要 摘 要本文以单片机为核心，实现了对粮仓内粮食的温度与湿度的监视和控制。系统电路主要由单片机、温度传感器、湿度传感器、AD转换器以及部分放大器组成。可以实现实时监测、及时控制以及准确显示的功能。该系统具有反应灵敏的特点，当温度与湿度发生变化时，传感器可以感受到这种信号的变化，经过放大器的作用，将这种微弱信号放大再经过AD转换器转换为易于计算机识别的信息方式，计算机接收到信息，做出相应的措施。单片机AT89S52对数据进行处理，并且送给数码管显示。经实验测试，温度变化范围为525，测量精度为1；湿度变化范围为40%+65%RH，测量精度为3%RH。这种设计方法具有以下优点：功耗低、性能可靠、结构简单、使用直观方便。关键字：单片机AT89S52，温度传感器，湿度传感器，AD转换器，放大器II AbstractAbstract Based on the single chip as the core, the barn temperature and humidity can be monitored and controlled. The system circuit is composed of a single-chip microcomputer, temperature sensor, humidity sensor, AD converter and amplifier. Can achieve real-time monitoring, timely and accurate control and display functions.The system has the characteristics of quick reaction, when the temperature and humidity change, the sensor can feel this signal changes, through the amplifiers function, this kind of weak signal amplification through AD converter for converting to computer identification information, the computer receives the information, make corresponding measures. AT89S52 is single-chip microcomputer for data processing, and sent to the digital tube display. By the experiment, the temperature variations in the range of 5 25, the control precision is 1; humidity range is 40% +65%RH, the control precision is 3%RH. This design method has the following advantages: low power consumption, reliable performance, simple structure, convenient use.Key words: Single chip AT89S52, temperature sensor, humidity sensor, AD converter, amplifier目 录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪 论11.1 背景11.2 相关领域国内外技术和发展趋势1第二章 下位机系统的设计与实现32.1 温度采集与放大部分32.1.1 温度传感器的选择32.1.2 放大器的选择42.2 湿度采样电路设计62.2.1 湿度传感器的分类及特点62.2.2 湿度传感器的选择72.2.3 湿度信号的测量原理82.2.4 湿度信号的温度补偿92.3 A/D转换电路102.3.1 A/D转换的常用方法102.3.2 ADC0809的内部结构及使用说明112.4 AT89S52单片机简介142.5 显示模块的设计162.5.1 LED数码管简介162.5.2 LED显示方式18第三章 多机通讯原理及其协议的实现19第四章 系统的总体结构与软件设计224.1 系统结构分析224.2 系统性能的分析234.3 软件设计234.4 数码显示部分26总 结28参考文献29致 谢30附录一 源程序31电路原理图34- 34 -第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 背景 正所谓“粮食打进仓，莫忘灾与荒”，这句诗句将粮食贮存的重要性表现的淋漓尽致。我国乃是拥有12亿人口的泱泱大国，套用一句古语“民以食为本”，没有充裕的粮食，何以谈兴国，何以谈安邦？因此拥有足够多的粮食储备对应于我们的国家建设以及人民生活水平的提高具有十分重要的意义。 粮食储备是当代农业生产中一项重要环节，每年因为粮食的不合理储存方式而导致的粮食发霉和腐烂等事例数不胜数。我国建设的粮仓多为大型的平房仓，一般粮堆高度为5到6米，以往的粮食储备多以人力为主，通过晾晒、通风、喷洒药剂等方式来防止粮食变质，这种方法不仅费力而且效果并不是十分理想。如何通过有效而又科学的方式来进行粮仓温度检测是本设计的重点。随着时代的进步和发展，利用数字温度传感器进而实现对温度的测试与控制得到飞速的应用，单片机技术已经普及到我们生活中的方方面面。以往的温度检测多以热敏电阻为传感器，这类传感器不仅稳定性差、测量温度准确率低，而且电路复杂。因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制，这样易于智能化控制。1.2 相关领域国内外技术和发展趋势 粮食储存技术的关键是粮情温度测控技术，时至今日国内对于生产粮情温度测控系统产品的研究越来越多，其种类各是各样，系统结构千奇百怪，但其基本功能无外乎粮仓内外温湿度检测（传感器）、粮食温湿度的分析及显示、温湿度控制三项，鉴于粮食储藏的特殊性，系统功能的重点在于储粮内部温湿度的检测和分析上。随着国内外对于此技术的重视，可以说谁掌握了更完善的技术，谁就可以把握住先机，为今后发展做好更好的铺垫。在不久的将来，有更多的完美系统呈现在我们的面前。当今社会对于粮情的情况测量控制系统已经具备多种功能，例如报警、自动的储存以及生成列表。即便这样，在粮食系统中仍然存在很多的缺点急需解决。（1)由于粮食测温系统采用的是模拟信号的传输方式，其工作情况不稳定、对干扰的抵抗能力差、测量的精度很低。 (2)防雷击效果不好；由于系统内大多未采取SPD浪涌保护器，高次谐波也经常击毁电子器件。 (3)测量和控制软件的设计有缺陷，该软件的主要功能和性能指标没有具体的或定量的要求，导致目前大多数系统软件的功能是不均匀的，并使用标准的操作系统。(4)伴随着粮食情况测控系统生产厂家的增多，对此系统的生产又没有一个统一的标准，从而使得软件和硬件的接口标准不统一、相关产品的型号各不相同以及系统的功能各不相同等等一系列的混乱不堪的局面。 未来粮食情况测量控制系统将逐步向多功能集成化、数字化、以及自动调节控制以及数据的远距离传输的方向慢慢的发展。到那时所有的测试单元将具有多功能，不仅可以检测到粮食仓库的温度，而且可以测试粮食的湿度和虫害情况，在这个系统中每个测试单元都是嵌入式的PC，系统形成一个总线或以太网所连接的数字网络。第二章 下位机系统的设计与实现第二章 下位机系统的设计与实现 本次设计的硬件电路由单元电路由单片机AT8952、温度采集及放大电路、A/D转换、湿度采集电路和显示电路组成。2.1 温度采集与放大部分 当今的社会已经是信息的时代，在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段、传感器类似于人的五官，当人体从外界感受到刺激时，例如嗅觉刺激、味觉刺激以及视觉刺激，人体感受到这种变化并且将其传递给我们的大脑，大脑会根据此刺激做出相应的应急措施。2.1.1 温度传感器的选择在本设计中采用的是集成温度传感器AD590。AD590与LM741联合使用，它的测温效果是十分理想的。这种结构的测温系统，不仅线性度比较好，测量的精度较高，最重要的是这种系统具有消除电源电压波动的特性1。使用这种方案，我们不需要再费力的进行线性校正，而且对于软件编程这一方面很方便。（1）AD590的内部结构 图2-1 AD590的内部结构图2-1所示是AD590的内部电路，R5、R6是有薄膜工艺制成的低温度系数的电阻，主要是在出厂之前用于调整。T7、T8，T10二极管是对称的Wilson电路，其作用实用来提高电路的阻抗。最后介绍一点，T5、T12和T10为启动电路，而且T5是恒定的偏置二极管。当电源反接时，T6主要是用来保护电路以避免损坏的，与此同时，T6还可以使左右两支路得到对称。R1，R2为发射极反馈电阻，主要用于再次的提高阻抗。T1T4这种连接方式，主要是为热效应而设计的。但是C1和R4的功能可以用来防止寄生振荡电路的产生2。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的13。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出：UBE（R62 R5）I3 。(2)AD590温度采集电路 图2-2 AD590温度采集电路2.1.2 放大器的选择放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。（1）放大器的主要性能指标 增益：放大电路总共有四种电路，即电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益。实际反映了放大电路在输入信号的作用下，将供电电源的能量转换为信号能量的能力。 输入电阻：放大器的输入电阻是指从放大电路输入端向右看进去的等效电阻，定义为输入电压与输入电流的比值。 输出电阻：从放大电路的输出端向右看进去，可以等效为开路电压与等效电阻的串联。 最大不失真输出幅度：最大不失真输出幅度指的是当输入信号放大，使输出波形不失真时的最大输出幅度。 通频带：下限截止频率和上限截止频率之间形成的频带。 （2）放大器LM741的引脚图在本次设计中，我所采用的放大器为LM741型运算放大器。LM741型运算放大器在工业生产及生活中具有广泛的应用741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出3。放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由12Vdc至18Vdc不等，而一般使用15Vdc的电压。 图2-3 LM741的引脚图 741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压Vdc与Vdc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压Vdc或小于负电源电压Vdc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压Vdc至Vdc之范围，其值会等于Vdc或Vdc，故一般运算放大器输出电压均具有如图之特性曲线，输出电压于到达Vdc和Vdc后会呈现饱和现象4。图2-4 放大器LM741的输入输出图2.2 湿度采样电路设计2.2.1 湿度传感器的分类及特点一般的湿度传感器主要分为电容式和电阻式两大类。湿度传感器的一般特点：（1）湿度传感器的精度必须满足一定的条件，否则系统就会达不到想要的效果，然而湿度传感器想要达到2%3%RH 的精度却是很困难的。在我们实际生活中，因为一些有害的气体和灰尘的影响，感湿材料的老化、腐烂会伴随着使用时间的增长而出现，从而造成测量的精度下降。因此，判定湿度传感器的精度水平一般要仅仅结合其长期的稳定性去判断。（2）湿敏元件的温度系数一般在0.20.8%RH/ 范围内，在不同的相对湿度下，湿敏元件的温度系数是不同的5。对于一般的温漂非线性系统，我们一般采用在电路中加温度补偿式的方法来减少温漂。硬件温度跟随性补偿是解决非线性温漂的问题的一个较好的方法。只有这样才可能会获得比较真实的温漂补偿效果。湿度传感器工作时对于温度的变化范围也是具有要求的，大多数大的湿敏元件不可能在40度 以上的环境中工作。（3）湿度传感器严格采用交流电来供电，不可以使用直流电压（或有直流成份的交流电压），因为直流电会导致系统性能的变化，易导致湿度传感器失效。（4）同一种型号的传感器不能够互换使用，给调试以及修理都会造成不便，这种互换性差的现象在当代任然没有能够得到解决。（5）湿度校正是比较难得，比温度校正要难得多，其校正标注是很难选定的，因为一般常见的指针式湿度计的精度无法保证，不能作为标定的标准。一般情况情况下，在不具备完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。2.2.2 湿度传感器的选择HSl101湿度传感器是本系统设计的最佳选择，在测量相对湿度时，它具有很多的优点：（1）高度的可靠性以及长期的稳定性（2）需校准的完全互换性（3）响应时间快速（4）专利设计的固态聚合物结构6。主要应用于两种电路：线性电压输出、频率输出两种电路。 表2-5 HS1101的特性参数 图2-6 湿度电容响应曲线图2-6为HS1101的电容湿度响应曲线，相对湿度在0%-100%RH范围内，电容量由162PF变到200PF，其误差不大于2%；响应时间小于5s；温度系数为0.04pF/7。2.2.3 湿度信号的测量原理如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常用两种方法：一是将湿敏电容置于运放与阻容所组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再经AD转换为数字信号，一种是将湿敏电容置于555定时器或施密特触发器组成的振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2，6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1用于平衡温度系数。本系统采用的是将HS1101接入555定时器组成振荡器电路，输出一定频率的方波信号，电路图如图2-7所示。该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：步骤一：充电，电源Vs通过R4、R2向C进行充电；步骤二：经过时间t1充电时间后，Uc到达至比较器的高触发电平，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电；步骤三：经t2放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，此时输出引脚3端又由低电平跃升为高电平。类似的重复，形成方波输出8。空气的相对湿度通过555测量振荡电路就转变为与之成线性关系的频率信号。 图2-7 湿度测量电路 表2-8 相对湿度与电压频率的典型值 表2-8给出了其中的一组典型测试值。将555测量振荡电路输出的方波信号送入单片机AT89S52的Tl的引脚，定时器/计数器1工作在计数方式，定时器/计数器0工作在定时方式。用这种测量频率法测出方波信号的频率，从而也就测出了空气中的相对湿度。2.2.4 湿度信号的温度补偿由于温度的影响，湿度传感器的测量值相比于标准值总会产生一定的偏差，因此要消除温度的影响需要对湿度传感器进行温度补偿。根据技术手册该传感器的温度系数与温度曲线如图2-11所示， 由图2-9可看出在1060温度系数为定值0.1，此时湿度为RHr=RHm+0.1(T-25)。而当温度位于010之间时，温度系数满足关系式：RHr=RHm +tx(T-25);当温度大于60小于80时，温度系数满足关系式：tx=0.0005T-0.2，将得到的温度系数代入RHr=RHm+tx(T-25)中，即求得温度补偿后的湿度值。 图2-9 HS1101温度系数曲线2.3 A/D转换电路 A/D转换电路主要由三个部分组成：抽样、量化以及编码。其主要的过程是将模拟量（或者连续变化的量）进行量化，将这种模拟量（或者连续变化的量）转换为相应的数字量。在没有特殊情况发生的情况下，量化和编码这两个过程是在同时进行，同时完成的。A/D转换器的主要技术指标有：分辨率、精度、量程、转换时间等。 2.3.1 A/D转换的常用方法 A/D转换器的主要技术指标有：分辨率、精度、量程、转换时间等。 分辨率-分辨率反映转换器所能分辨的被测量的最小值。常用输出二进制代码的位数来表示。8位A/D转换器的分辨率为8位。 精度-精度指的是转换的结果相对于实际的偏差，精度有两种表示方法：绝对精度和相对精度。绝对精度用最低位（LSB）的倍数来表示，1LSB；相对精度用绝对精度除以满量程值的百分数来表示，如：0.05%。同样分辨率的转换器其精度可能不同。量程-量程是指输入模拟电压的变化范围。如：某转换器具有10V的单极性范围或-5+5V的双极性范围，它们的量程为10V。实际的A/D、D/A转换器的最大输入/输出值总是比满刻度值小。转换时间-A/D转换器的转换时间是指：从启动转换开始，直至取得稳定的数字量或模拟量所需的时间称为转换时间。转换时间与转换器工作原理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，转换时间越长。 A/D转换的常用方法有：双积分式A/D转换、逐次逼近型A/D转换以及计数型A/D转换等。简单介绍第一种A/D转换电路的工作原理：此电路是将对输入电压的测量数据信号，转换成为测量基准源积分时间，然后再进行频率或者时间的测量，最后由定器/计数器获得数字信号值。这种方法的主要优点是精度很高、分辨率高、抗干扰性强等。然而它也有很多的缺点，主要缺点就是转换过程所耗费的时间比较长。简单介绍第二种A/D转换电路：逐次逼近型A/D主要为一个比较器和D/A转换器经过逐次的比较逻辑所构成，依次的增加内部D/A的输入数值，并将其输出电压与A/D的测量输入电压进行比较，当这两种电压相等时，内部D/A的输入值就是A/D转换的结果了。这种转换电路的方法主要的优点是反应迅速、功耗低；然而其最大的不足之处就是这种电路的抗干扰性能比较差。 2.3.2 ADC0809的内部结构及使用说明（1）ADC0809的内部逻辑结构 图2-10 ADC0809的内部结构由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）ADC0809的外部引脚图 图2-11 ADC0809的引脚图 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。（3）ADC0809使用时的注意事项时钟的连接。在转换器中，时钟主要由两种方法提供，低一种是由芯片的内部提供的，另外一种是由外部的时钟提供的。对于像ADC0809这样的8位A/D转换器来说，因为它的内部是没有时钟发生器的，因此就需要由外部来提供时钟，一般我们是采用独立的外部振荡器来提供外部时钟的，然而在实际的应用中，我们较多的是用CPU时钟频率分频后，送到A/D转换器中的。通道选择。C、B、A三位通道选择端是分别与单片机数据口相连，一般是用数据线进行通道选择的（有时也可以使用地址线进行选择）。如表2-13所示为地址与通道的对应关系。启动过程。先送通道号到ADDAADDC，由ALE信号锁存通道号地址，再让START有效启动A/D转换，使ALE、START有效，锁存通道并启动A/D转换。读取转换数据。当转换过程结束时，EOC端输出的是高电平。此时可以用中断或查询的方式取得结束信号。 表2-12 地址与通道对应关系 (4)ADC0809接口电路 图2-13 ADC0809接口电路2.4 AT89S52单片机简介AT89S52是 ATMEL 所生产的一种具有低功耗、高性能CMOS8位等特性的微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。（一）、AT89S52主要功能列举如下9：（1）拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash；（2）晶片内部的具时钟振荡器；（3）内部程序存储器（ROM）为 8KB；（4）内部数据存储器（RAM）为 256字节；（5）32 个可编程I/O 口线；（6）8 个中断向量源；（7）三个 16 位定时器/计数器；（8）三级加密程序存储器；（9）全双工UART串行通道。（二）、AT89S52引脚图 图2-14 AT89S52的引脚图（三）第二功能介绍AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低功耗、高性能的CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。在不同的应用场合中，P0-P3的引脚具有不同的功能，然而还有许多引脚具有第二功能，这些第二功能使得此单片机具有许多的功能，方便了我们的设计。 图2-15 P1的第二功能图2-16 P3的第二功能(三AT89S52的内部结构 AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低功耗、高性能的CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图2-17 AT89S52的内部结构图（四）注意事项： 1 89S52的看门狗必须由程序激活后才开始工作。所以必须保证CPU有可靠的上电复位。否则看门狗也无法工作。 2 看门狗所使用的是CPU的晶振。在晶振停止的时候看门狗也无效。 3 89S52只有14位计数器。在16383个机器周期内必须至少喂狗一次。而且这个时间是固定的，无法更改。当晶振为12M时每16个毫秒需喂狗一次。还可利用定时器把看门狗的喂狗时间延长几秒至几分钟。2.5 显示模块的设计2.5.1 LED数码管简介LED显示器有单个、七段、和点阵式等几种类型。本设计采用七段LED显示型，故下面着重介绍七段LED数码管。七段LED数码管是由数个LED组成一个阵列，并封装于一个标准的外壳中。为适用于不同的驱动电路，有共阳极和共阴极两种结构，另外，数码管中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。 图2-18 字码显示LED显示器中的发光二极管共有两种连接方式： （1）共阳极接法 把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮，如图3-16所示。 图2-19 共阳极接法（2）共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。使用LED显示器时要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或符号，要为七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计八段。图2-20 共阴极接法2.5.2 LED显示方式用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态显示。 本显示设计就是采用动态扫描法10，是用其接口电路把所有显示器的8个笔画段a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮 显示电路由4个七段共阳数码管组成，4位显示器的第一位显示温度值的十位，第二位显示个位，第三位将用来显示湿度的十位，第四位显示个位。将每个数码管的a、bdp都连在一起，由C1815（属于NPN型三极管，当基极为高电平时三极管导通）驱动每个七段数码管的 共同引脚COM。此时P1口输出段选码，将要显示的数字（字型码）直接输出到七段LED数码显示模块，P1口的八位对应的显示字型码如表2-5所示，输出字型码送到数码管的a、bdp上，P2口的低四位输出位选码（P2.1P2.4），位选码占用输出口的线数决定于显示器的位数，当P2.1P2.4口某位输出高电平时，晶体管导通数码管发亮。比如P2口的四位输出的信号为1000（P2.4P2.1）时，将扫描信号送到4个晶体管的基极，即可显示右边第一位七段LED数码管；当P2.1P2.4扫描信号为0100、0010、0111时分别控制右边第二位、第三位、第四位七段LED数码管发亮。 第三章 多机通讯原理及其协议的实现 第三章 多机通讯原理及其协议的实现在粮仓温湿度检测系统的设计中，有一台主机位于主控制室，有多台从机（一般为单片机）位于各个粮仓中，其通讯属于一台主机带动多台负载的情况、根据本系统的要求设计，我所采用的是RS-485通讯协议。作为一种通讯方式,RS-485在各行各业都得到了广泛的应用。相对于以往的RS-232等通讯标准，它的传输速率十分的快，另一个优点在于，一个发送器可以驱动多个负载进行工作，较少了上位机的数量，而且简化了控制操作，更好的实现上位机与单片机的远程通讯。下图为RS-485的通讯标准。之所以采用它，是因为当多点互连时使用RS-485是相当方便的，它可以节省掉许多不必要的信号线。(1)RS-485的通讯标准与RS-232相同，RS-485也是定义了电压与电阻抗等，却不对软件协议给予定义。两者的不同在于它的接口信号电平相于RS-232-C是有所降低的，其次RS-485的数据传输速率是很高的，可以达到10Mbps，然后RS-485的接口是采用和差分接收器和平衡驱动器的组合，以至于它的抗共模干扰能力很强，就是因为RS-485接口具有这么多的优点（主要是长的传输距离和多站能力等），当我们设计系统时首选的就是它，下面让我们来认识一下它的通讯标准11。 图3-1 RS485的通讯标准(2)MAX485的系统连接图在要求一台主机同时带动多台从机（AT89S52）的情况下，采用RS-485总线，不仅价格低廉，而且主机的系统控制能力很强，下图为MAX48512在系统中的连接图。 图3-2 MAX485在系统中的连接图（3）RS485的注意事项一、如何布线走线走得好，可以很大程度减少干扰的影响，提高通讯的可靠性，但我们在实践中往往对此认识不足。如为了走线方便，把网线放在电源线的线槽里，或在天花板走线时经过日光灯等干扰源，这样走线是不对的。实际上干扰源对相邻网线的干扰，主要是通过磁场和电场的作用，按照电磁理论，干扰源对于网络线的响应与距离的平方是成反比的，因此，网线离干扰源那怕远离10厘米，网线受到的干扰都会明显减弱。综上所述，走线应遵循两个原则：1.不要靠近电源线和日光灯等具有干扰的信号源；2.当电源线与网线等干扰信号源不能避开时，电源线应该与网线垂直，并需要采用高质量的走线。 二、联机的数量由于卡上，下拉电阻出于抗干扰的考虑，减少了电阻阻抗，使75176的负载增加，导致联机台数减少，因此建议超过10台以上收款机时，应该考虑使用两个网卡，两个串口，联成两个网络，减轻网卡的负载。 三、通讯速率通讯速率快慢在我们通讯系统中是以波特率的高低来衡量。龙飞收款机的通讯波特率可在9600、19200和38400之间选择，我们选择的原则是：距离短可以选择较高的波特率，距离长则选择较低的波特率。当我们选择较低的波特率时，如果发现比正常速度（同样波特率相比较）慢得多，很可能线路已受到干扰，数据校验经常出错，不断重传，造成通讯速度变慢，此时应检查网络是否采取本文所提到的抗干扰措施，同时还可以采取提高通讯波特率的方法，以快速通过线路的方式，减少干扰的影响。 四、线型的选择RS485是采用平衡式（差分式）线路，对同时出现在两条信号线DATA+和DATA-的干扰有较强的抑制能力，当两条线绞在一起时，对通讯各种分布参数耦合过来的干扰信号则可平均地分配到这两条线上，因此对RS485的平衡式线路而言，用双绞线可获得抗干扰能力。因此，建议采用无屏蔽的双绞线，如果有条件可采用屏蔽双绞线，但屏蔽线两端要接好地，才有屏蔽效果。如果距离较短，可采用一般的电话线。如果线中有多股双绞线，应采用其中一对双绞线；如果距离较长时，网线的电阻不容忽视，网线存在的电阻会使信号衰减，降低网络通讯的可靠性。因此距离较长，应选用铜芯较粗的绞线，理论上讲一根线两端电阻不应超过80。五、注意接地目前，有相当部分PC机在使用时，电源并没接地。主要是电源没有接地，或电源插座没有地线，从而造成PC机地线与地之间往往有几十伏以上的漏电电压存在，这个电压很容易就引入网卡或收款机中，从而导致网卡或收款机通讯损坏。因此，我们要求PC机需要良好的接地。保证网卡或收款机的正常工作。 第四章 粮仓温湿度系统总体结构与软件设计第四章 系统的总体结构与软件设计4.1 系统结构分析 关于本系统，可以分为两个主要的部分即上位机13与下位机。上位机一般放置在控制室，用以发布命令，控制粮食仓库里面的温度与湿度的情况。下位机为从机，一般为单片机，它可以根据上位机发布的命令实施行动。粮仓温湿度系统结构图可以画为如下的图。 图4-1 系统的总体框图关于本设计的说明如下：（1）温度传感器采集温度数据，测量数据经过放大后送给A/D转换器。（2）数字电量经过A/D转换为二进制数值送给单片机，单片机根据设计目的完成相应的软件处理。（3）处理完毕后，然后再由数码管显示其温湿度。（4）当温度超过所设温度上限值55，则采取相应的措施降温（使用排风扇通风或启动制冷设备）；当温度低于所设的下限-30时，则采取相应的升温措施（门窗封闭严实并启动加热系统）。当温度高于上限或低于下限值时，报警器发声，工作人员做出相应的措施。（5）如果粮堆内的空气相对湿度稳定保持在90%以内，而且保持与其平衡的水分，就可以抑制粮仓内几乎全部微生物的活动。当湿度小于20%RH时，报警并采取加湿设备进行加湿；当湿度超过65%RH时，就发出警告并采用加热器去降低湿度14。4.2 系统性能的分析 对于本次设计的系统，必须具有下列性能：首先传感器及时且准确地感知粮仓内的温度与湿度，并将这种温度与湿度的变化及时的反映给单片机，单片机根据接收到的信号做出相应的措施。当然，信号的传递过程中需要很多对于信号的处理，比如将温度或者湿度一列的模拟信号转换为可以被单片机识别的数字信号，这时就需要使用ADC0809转换器，同时信号放大还需要放大器等。这一系列的设计就是为了使系统可以高效、准确地、及时的控制粮仓内的温度与湿度。4.3 软件设计本次设计的软件部分,主要为程序的编写，在这里我们将采用汇编语言进行编写程序。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。由于机器不能直接识别模拟信号，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。（1）RS_485通讯方式的软件设计在本设计中，通讯软件以MCS-51汇编语言15为例，系统采用有应答的数据传送并且拥有奇偶校验的通信方式。在主从机进行多机通信时，我们选择工作方式来进行，是由串行控制寄存器SCON控制的。在主机与从机的通信程序中，要提前对串行口初始化，并且设置好波特率以及通信方式等。 图4-2 主机通讯程序流程图 图4-3 从机通讯程序流程图（2）图4-4为A/D转换是本系统的核心部分，将温度传感器采集到的数据11。 图4-4 A/D转换的流程图4.4 数码显示部分本次设计中，我选择的是动态16显示的方式。动态显示在单片机应用中最为广泛。在LED显示器的各数码管被轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是是十分短暂的（约1ms），可是因为人的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就像是一个稳定的显示数据，不会有闪烁感。但为保证足够的亮度，通过LED的脉冲电流应数倍于其稳定电流值。数码显示子程序的作用是将温度传感器接触式热电偶温度传感器采集到的温度信息通过LED显示器，用十进制表示出来，并且在LED显示器的第一位显示当前使用的是哪路温度传感器。 图4-5 显示程序流程图总 结 总 结本次设计是采用单片机编程控制的温湿度控制系统，主要实现了对温湿度的实时显示和温湿度的控制的功能，基本完成了任务书的要求。在设计之前没有特别考虑温湿度的精度问题，所设计的硬件电路所采取的传感器和外围电路导致精度只能达到1，若想提高精度，只能通过设计另外的电路实现，理论上也是可以通过编程进行改变的。本设计的显示电路用四位数码管分别显示温度和湿度，显示驱动不是特别理想，由于三极管的种类很多，在焊接和检测数码管时都需要清楚地识别管脚，最好可以使用集成芯片去驱动。 此次通过对粮仓温湿度控制系统的设计，培养了我严谨思考问题的能力，以往我对单片机一窍不通，牵扯到程序设计的方面时，就很头疼，但是这一次，我在着手之前，对于系统结构仔细斟酌，对于器件认真选择，一切井井有条。在动手完成时，就得心应手的。粮仓温湿度系统的设计与检测，在实际的生活中具有重要的意义，而且随着科学与技术的飞速发展，对于系统的完善也进一步提高，我相信在不久的将来，此系统会达到很完美。这两个月，从查阅大量的相关资料到设计，制板，最后终于将基于单片机的粮库温湿度控制系统的设计完成了，因为只有课程设计时简单学习和使用PROTEL，制板和调试，这次对于我而言将板做出来并调试是一个很好的学习过程，将我这四年所学习到的知识应用到实际的电路当中，对问题进行具体的分析，并一步一步地去解决它。通过这次毕业设计，我学习到很多东西，是对我四年的学习一个很好的总结，也许比以前学习到的还要多的多，只要自己耐心不浮躁，坚持不断地努力，对于不懂的知识敢于向别人请教，没有什么是不会解决的。参考文献 参考文献1 刘振全.集成温度传感器AD590及其应用J. 传感器世界,2003,(3) :35-37.2 张开生. MCS_51单片机温度控制系统的设计J. 微计算机信息，2005,(7):68.3 刘淑荣.基于单片机控制的温度智能控制系统J. 微计算机信息，2003年第7 期:119-120. 4 李玉梅.基于MCS-51系列单片机原理的应用设计M. 北京：国防工业出版社，2006.5 李戍，陈建辉.温室温湿度控制系统J. 微计算机信息，2003年第1期:73-75.6 张朋,刘洪.智能温度测量模块的设计J. 电力自动化设备,2005年第12期:49-51. 7 John BatesonIn-circuit TestingNew York：Published by Van.Nostrand Rein-Hold company Inc，1985 47508 钟富昭. 8051单片机典型模块设计与应用M. 北京：人民邮电出版社，2007.3:115-119.9 李晓妮.单片机温度控制系统的设计J. 九江学院学报,2005,(02):20-21.10 夏晓南.基于单片机的温箱温度和湿度的控制J. 现代电子技术，2005年第24期:117-119.11 欧阳文. ATMEL89系列单片机的原理与开发实践M. 北京：中国电力出版社，2007:3-20，34-55.12 林伸茂.8051单片机彻底研究实习篇M. 北京：中国电力出版社，2007:168-184. 13 Zhang Ji-li，Ou Jin-ping，Sun De-xingDevelopment of single-chip fuzzy controller based on FFSI in binaryJournal of Harbin Institute of technology(New series)，2003，10(3)：404314 李朝青. 单片机原理及接口技术（第3版）M. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.6:38-47，60-102. 15 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用M. 北京：清华大学出版社，2003.4:239-260.16 张友德，赵志英，途时亮单片微型机原理应用与实验上海：复旦大学出版社，20047885. 致 谢致 谢 衷心感谢导师罗永刚老师和张清洁老师对本人的精心指导。在毕业设计的过程中，我遇到了很多的难题，使他们不厌其烦的指导我，他们的言传身教将使我终生受益。二位导师广博的学识和严谨的治学态度将使我受益终生。身边的同学也给与了我很大的帮主，感谢他们的关心和支持！感谢所有关心和帮助过我的朋友们。！这两个月的时间，从课题的选择，方案的设计，到电路的制作都让我学到了很多东西，除了自己的努力，还要感谢罗老师和同学的帮忙。在设计初期，我的设计思路十分的混乱，是罗老师不厌其烦的指导我，使得我的设计可以顺利的完成，再次，对罗老师及我的队友表示深深的感谢，感谢老师的积极帮忙，和对我的设计的关心，并帮我解决了课题的疑难问题。感谢其他同学给予我的帮助，在他们的帮忙之下我也学到很多课外的知识。特别感谢这四年里教导我的老师们，让我学到了很多知识，使我能够顺利完成毕业设计。附录一 源程序附录一 源程序;/定义ADC的连接端口ORG 0000HAJMP MAINORG 0030Htab1:DB 00h,00h,0,0,0,0,00h,01h,0,1,00h,02h,0,2,0,3,00h,03h,0,3,00h,04h,0,4,0,5,00h,05h,0,6,00h,06h DB 0,6,0,7,00h,07h