毕业设计（论文）-基于单片机智能粮仓控制系统的研究.doc

沈阳化工大学科亚学院 本科毕业设计 题 目： 基于单片机智能粮仓控制系统的研究 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 6 月 3 日论文答辩日期： 2016 年 6 月 7 日摘要粮食的储藏对国家有着重要的战略意义和经济意义。我国地域辽阔，人口众多，粮食产量位于世界前列。为此国家在各地依据人口规模、经济发展程度、战略位置等建设了大大小小的各级国有、私人粮仓。粮食的存储受到粮仓内的温度、湿度等因素的影响。同时粮仓的安保也是必不可少的因素。当今世界是一个高度全球化的大集合，高度发达的物流和物联网体系使得越来越多的物资进入到了全球的智能物流体系。而其中粮食的存储和运输显得尤为重要。国家建立诸多大中小型粮仓，就是为了对本国粮食进行存储、调度和调节国内粮食的供求平衡、稳定粮价。另一方面粮食的存储也是为了预防自然灾害以及突发的战争威胁以及应对其它突发性事件而采取的有效措施。粮仓测控系统能否快速、准确、实时的监测这些因子并及时进行处理、预警、存储，是粮仓能否安全、有效的完成自身作用的关键。本系统由上位机(Pc)机、主机、下位机、通讯模块、温度传感器、湿度传感器、通风控制器组成。下位机以80C51单片机作为核心来设计的，充分利用了单片机的数据处理及实时检测功能；采用RS485串行通讯模块。该模块可以完成多路采集输入、输出的控制功能，同时可以承担系统故障、数据超标报警功能。通过80C51单片机实现对传感器传输的数据与预设的环境条件参数转换为相对应的温度、湿度信息。系统主要涉及时钟、电源、通讯、键盘、A/D转换电路、模糊控制的设计。主系统：上位机运行预设的程序向单片机发出启动指令，启动单片机及相关部件，接收下位机反馈的系统信号、数据。此时单片机按照预设程序定时启动监测粮仓的环境参数，并将采集到的信号经放大器放大,通过AD转换电路转换成相应的数字电信号，利用RS485通讯协议的功能利用单片机执行预判，同时将检测的数据显示并上传至上位机备份。上位机通过程序判断数据有效性并据此发出控制信号，通过通风控制器控制粮仓达到所需的环境要求。本设计针对智能粮仓的环境参数的采集、实时上传和数据进行分析处理备份，通过通风控制器使粮食储存环境达到预先设定的标准。本设计论文的主要研究内容为：背景信息：了解有关国家对粮食储藏、粮食储存环境的影响因素，掌握当前国内外研究现状的最新研究现状，分析其优缺点；完成智能粮仓测控系统的主体设计：检索传感器的工作原理和配套电路实现系统的硬件设备选型；使用汇编完成所需软件的设计；搜索可以提高抗扰能力的方案，完善涉及的可靠性和安全性。关键词： 粮库； 测控系统； 传感器； 单片机Abstract Food storage has important strategic significance and economic significance to the country. For this country from place to place on the basis of population size, the degree of economic development and strategic location, construction, large and small, state-owned and private granary at all levels. Grain storage by the granary tired of the influence of factors such as temperature, humidity. In todays world is a large collection of a highly globalized and highly developed logistics and networking system makes more and more material into the global intelligent logistics system. And the grain storage and transportation is particularly important. Countries have established many small, medium and large granary is for storage of their food, scheduling and regulating the domestic grain supply and demand balance and stabilize grain prices granary security is also essential factor. In todays world is a large collection of a highly globalized and highly developed logistics and networking system makes more and more material into the global intelligent logistics system. And the grain storage and transportation is particularly important. Countries have established many small, medium and large granary is for storage of their food, scheduling and regulating the domestic grain supply and demand balance and stabilize grain prices storage, is safe and effective completion of the granary itself function key. This system consists of upper machine (Pc) and Pc machine, host, communication module, temperature sensor, humidity sensor, infrared sensor, through risk control system. Extension is 80 c51 as the core to design, Adopting RS485 serial communication module. The module can accomplish multi-channel collection and input, output, control function, also can undertake system failure, data excessive alarm function. By 80 c51 realize to subordinate system sensor long data and setting of environment parameters of temperature and humidity values can be converted to the corresponding relationship, anti-theft security. communication circuit, keyboard circuit, AID conversion circuit, control circuit, the design of fuzzy control and simulation.Relations system: PC run a preset program to MCU startup instructions, start the MCU and related parts, receive a signal, the data of the machine of the feedback system. and will be collected by the amplifier amplification signal, through A/D conversion circuit is transformed into the corresponding digital signal, through the RS485 serial port into the single chip microcomputer preprocessi.on the other hand will store the data collected real-time transmission first place machine and store. PC through the program to judge data validity and on the basis of signal control, and to gather up the data analysis and processing, backup, through the sense of risk control system of the preset standard environment is achieved for food storage.The main research content of this article has the following several aspects:Collect data: the understanding of relevant countries for food storage, granary environment factor limi. The hardware design of a complete measurement and control system for grain situation; Using Matlab simulation: using the VB language for system PC software design; System under a machine to make use of assembly language environment software design.Key words: grain; Measurement and control system; The sensor; Single chip microcomputer目 录 第一章系统整体设计 3 1.1 系统总体结构及方案 3 1.1.1 系统结构 3 1.1.2 总体设计方案 5 1.1.3 实施措施 5 第二章系统方案论证与选择 6 2.1 温度传感器的选择 6 2.2 湿度传感器的选择 7 2.3 主要技术参数 8 2.4 检测数据处理 8 2.5 检测方式 8 2.6 报警系统 8 第三章系统硬件设计与实现 9 3.1 80C51的介绍 9 3.1.1 80C51主要性能 9 3.1.2 80C51硬件结构 11 3.2 温度检测电路设计 11 3.2.1 DSl8B20功能特性 12 3.2.2 DS18B20结构特性 12 3.2.3 寄生电源 15 3.3 湿度检测电路设计 17 3.3.1 HS1100/HS1101湿度传感器介绍 17 3.3.2 湿度测量电路 18 3.3.3 多路检测信号的实现 19 3.3.4 多路开关介绍 20 3.4 RS-485串口电路 21 3.5 键盘及显示电路 22 3.6 控制设备驱动电路 24 3.7 报警接口电路 25 3.8 RS485与RS232间的电平转换电路 26 第四章系统软件设计 27 4.1 系统初始化模块 27 4.2 键盘显示模块 29 4.3 数据采集模块 31 4.3.1 湿度检测子程序 31 4.3.2 温度检测子程序 32 4.4 控制模块 34 总结 35 参考文献 36 附录 38沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言引言国内外研究现状与发展趋势： 当今社会由于传感器、计算机、互联网通信技术日新月异的成长，在各个领域里智能测控系统越来越广泛的运用在生产生活领域中。与此同时粮仓智能测控系统的研究也随之不断地进步中。 当热敏、湿敏电阻被开发以后，利用电阻在不同环境下的变化，间接地反应温、湿度的变化，使得人们对粮食的条件存储有了直观的了解。在最初期的粮库大多为人工监测、记录，利用效率低下的人工翻晒、通风、添加药剂等操作。繁重的劳动并不能提高粮库的效率和存储质量。在此环境下，人们对粮仓的测控技进行术不断的完善、渐渐形成了各具特色的粮仓测控系统，极大地提升了粮仓的存储质量。 当前，国内粮仓使用的智能测控系统，其主体结构差异很大，但在温、湿度测控、 辅助设备的控制，较之上世纪已经有了很大的进步。传感器和PC（上位机）主要是使用RS-232串口通讯，系统抗干扰、纠错能力不强，一旦某节点发生故障，系统运行也会受到干扰。近年来，随着农业科学技术的不断进步，农业生产持续而稳定地增产。粮食产量日益增加，新世纪农民不但拜托了温饱的困扰，手里也有了数量可观的余粮。我国粮食年产量和常年储存量均居世界首位。归属国家的大型粮仓有着良好的存储条件，但更多的粮食遍布在民间，这些粮食也需要我们的关注。由于农民对粮食的不科学存储，每年都造成了巨大的浪费。而粮食生产所需要的物资正在逐渐减少，可耕种土地的减少、水土流失的加剧。粮食产量的增幅已不能有太大的进步了。根据我国现有的光、热、水、土和气候资源，在我国土地的人口承载能力研究表明：粮食最大产量为8.3亿吨，依据联合国人均最低粮食需求，在我国16.6亿是我国的最大合理人口。因此将粮食存储的损耗尽可能的降低，对于国家有着重要的意义。因此国营粮库，大多占地几平方公里，其粮食存储量，对测控系统的要求也不断增加。主要的问题是如何实时监测每个仓库环境的变化，保证粮食在较长时间内的储存质量。粮仓的测量与控制系统主要由：粮情监测、分析预判、通风控制等系统组成。在存储过程中对粮仓实时监测，并密切关注着粮情的变化状态；粮食情况分析”就像保管人员的大脑”，对通过眼睛”和鼻子”观察到各种粮情及变化情况，同时按照预设的春夏附条件和环境预警设计进行预判和执行指令并记录，通风控制”作为“系统的重要组成部分，执行上位机(PC)的指令采取相应措施，保证粮食存放在适宜储存条件下，保证粮食安全。粮仓测控系统的发展趋势： 绝大多数的粮仓所使用的传感器测量准确度、反应时间、功能上与国外的同类型设备有着一定的差距；由于现场总线技术（FCS）的优点，大多数的系统使用了此技术，在某些特定的场合还可以网络（Internet），可完成远程监测、控制等功能。 系统中对于测控粮仓内的环境条件主要依赖于温、湿度传感器组成的子系统来实现。而开发高精度、高灵敏度、多功能的测控传感器已经成为主流，同时在系统架构方面完善测控、预警、执行、备份等方面的研究也不断地在成熟完善。粮情测控指的是针对粮仓内温、湿度、粮堆内部温度等基本环境条件的测量调控。以此作出相应的控制使得粮仓内环境维持在一个适宜的条件下。一个新的粮食测控系统的研发，需要从实际需求考虑，从国家的实际需求考虑，考虑到全国各地不同的气候环境设计出符合当地环境的测控系统。2沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 系统整体设计第一章系统整体设计智能粮仓的测控系统以实现对粮仓内、外温湿度的变化实时监测为目的。如何将传感器采集的环境信息及时、稳定的上传，对粮仓管理具有重要意义。粮仓测控系统是基于对粮食进行自动测温、测湿，并对上传数据进行自动处理的系统1。智能粮仓测控系统该通过上位机（PC）运行预先设计的程序来完成对粮仓的管理，采用主从工作模式，上位机（PC）具备通讯、数据显示、数据记录、数据分析、报警等功能。由下位机（80C51单片机）构成的系统能够完成通信、控制通风、加热除湿设备的功能。1.1 系统总体结构及方案1.1.1 系统结构由于多点分布式控制系统，具有一个多变量的输入/出的特点。上位机（PC）与A/D转换模块安置于测控室内，下位机和各型号传感器安装于仓库内，粮情测控系统主机结构图见图1-1。上位机（PC）下位机（80C51系列）温度监控控制处理湿度监控输出显示 图1-1 系统主机结构图 因为PC机所使用的串口通讯为RS-232标准，传输效果极易受外界的干扰，并且传输距离较短。因此在本设计中采用传输距离长、抗干扰强的RS-485串口通信标准。而且RS-485通讯协议的也是支持多点通信。同时为了降低通讯传输过程中的信号冲突和失真，首先对下位机进行通讯地址的编辑。在通讯时，先有主机（PC机）依次向所有下位机发送地址帧，各下位机收到地址帧后，开始与设定好的地址帧进行对比，如果吻合这发送数据，不同则保持待机，主机收到从机反馈的数据后，经过预设的软件判断后完成信息的确认并发出指令。下位机收到确认指令完成反馈后确认一次通信结束。当主机未收到反馈的数据时，从机重复发送，直到从机接收到确认信号结束，测控系统分机结构图见图1-2。温度采集转换模块湿度采集转换模块键盘接口电路报警电路80C51单片机存储器电源与显示电路块通信接口PC机空调机接口电路加湿机接口电路通风机接口电路 图1-2 系统分机结构图本系统以单片机的最小系统为实际目标，为降低成本，不使用其他外扩硬件电路。同时为了为了避免信号传输过程中的冲突和失真，必须为每个从机都预设一个固定的地址。通讯时，先有主机（PC机）依次向所有下位机发送地址帧，各下位机收到地址帧后，开始与设定好的地址帧进行对比，如果吻合这发送数据，不同则保持待机，主机收到从机反馈的数据后。发出确认信号，从机按照预设定时采集环境数据，先保存在内部的RAM中，并通过RS-485接口与主机实现远距离信息传输，总线网络示意图见图1-3。通信主体隔离电路RS-232/RS-485接收处理芯片通信实体通信主体隔离电路RS-232/RS-485接收处理芯片通信实体485总线 图1-3 总线网络示意图在控制系统的设计中，上位机通过运行预设的程序后向单片机发送启动信号，激活单片机和被控从机。同时，准备接收下位机（80C51单片机）传输的数据。下位机（80C51单片机），先启动各个传感器测量粮仓内环境数据，并将信号通过单片机利用预设的程序进行识别，同时将数据上传至上位机并做好备份。上位机根据预设程序进行判断并发出控制信号，下位机控制各仪器使粮仓保持适宜存储的环境。1.1.2 总体设计方案 根据设计功能要求，系统可分如下部分；温度测控：测量粮仓内的温度，通过控制空调完成对粮仓内温度的调节；湿度测控：测量粮仓内的湿度，通过控制加湿机完成对粮仓内湿度的调节；控制处理：当温度、湿度超出设定值时报警，上位机运行预设的报警控制程序完成温度、湿度的调节并存储操作记录；输出显示：在现场显示输入参量和相应的温度、湿度以及存储超标数据。1.1.3 实施措施通过比较粮仓内实际的环境温度、湿度和预先设定的预警值，下位机控制空调对粮仓进行加热/冷却，加湿/除湿等措施。超标警报：传感器测量的温度、湿度超过预警值时通过扬声器报警。智能处理：运行预设的报警控制程序对湿度、温度的调整并记录。键盘与显示：对用户的输入及相关数据的输出显示。8沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 系统方案论证与选择第二章系统方案论证与选择当单片机控制系统时，主系统通过输入的通道测量信号，利用单片机来提取所需的输入信息。测控系统如何获取实时的测量信号，并进行控制是核心任务。对于系统而言，除了对被控设备的状态进行信号测试外，还需对测量数据和控制条件进行记录，并利用相关设备完成命令的执行。传感器能够正常工作是完成系统测量和控制功能的前提，没有传感器对粮仓内环境的准确捕捉和测量信号的传输，系统的所有功能都不能实现。在工业生产中所涉及的自动化测量、控制过程，大多依赖于各个传感器来完成对涉及的参数的采集，并利用相应的设备使系统正常运行时达到最佳状态。2.1 温度传感器的选择方案一：选择热电阻温度传感器。通过利用导体在不同温度下的电阻变化程度来制成的热电阻温度感应元件。市场上现有的主要有铂、铜、镍等热电阻。其特点为精度高、测量范围大、抗干扰能力强2。金属铂为惰性金属，有良好的抗氧化能力，电阻率高。铂电阻适用于工业检测中需要高精度的测量。但铂属于贵重金属，温度系数小，易受磁场影响，在原介质中易被沾污变脆。但是铂的温度系数比铜小，而且售价较低，易制取。缺点为电阻率较小，抗腐蚀性较差，多用于-50+180温度间的测量。方案二：选择模拟集成温度传感器（AD590），其测量区间在-55+155间，测量精度高。AD590可以加载+44V和-20V反向电压，即使错误反接也不会造成设备损坏4。加载直流电源即可工作，无需进行线性校正，使用简单。电流输出型传感器与电压输出型相比，抗干扰能力强。使用相应的传输线路AD590的测量信号在较长距离内不失真。方案三：选择数字化温度传感器（DS18B20）6。DS18B20数字温度传感器接线方便，独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V-5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 至+125 。封装后的DS18B20可用于粮仓测温，机房测温，农业大棚测温，等各种非极限温度场合。根据设计要求：由于在总线上需要使用多个传感器，考虑到总线连接问题和价格因素，采用方案三。2.2 湿度传感器的选择 湿度传感器测量空气湿度的原理为测量介质从被测环境中吸收或是与水分发生反应后引起的物理、化学性质的变化，利用已知转化关系得出空气湿度3。这些传感器利用测量介质或是根据介质与水汽接触后的介电常数、电阻率、体积等的变化幅度来实现对湿度的测量5。 方案一：选择HS1100S/HS1101LF湿度传感器。HS1100S/HS1101LF电容式传感器。可靠性好、运行稳定，响应速度快，专利设计的固态聚合物结构，有顶端接触（HS1100S）和侧面接触（HS1101LF）两个系列，适用于线性电压输出、频率输出的电路6。相对湿度在1%100%RH时；电容变化范围在6pF200pF，误差小于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0. 04 pF/。 方案二：系统采用湿敏电容HS1100/HS1101传感器，该传感器为独特工艺设计的湿敏电容元件。测量精度高：2%RH，有极好的线形输出 ，量程在：199%RH，工作温度范围 60140(HS1101LF),40100(HS1101) ：抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质 ：长期稳定性及可靠性，年漂移量 0.5%RH/年。结合系统设计要求： 方案一，满足精度和测量范围的要求，仅在特定范围使用才具有良好的线性条件，且不符合设计系统中对温度在-40+60的限定。 本系统中，采用方案二。2.3 主要技术参数 硬件平台：PC机，单片机（80C51系列）；软件平台：Windows 7；应用程序：汇编。 检测范围：温度测量范围：-55+125；湿度测量范围：1%RH100%RH；工作温度范围：-40+60。2.4 检测数据处理 (1）数据处理：利用上位机（PC）运行预设程序对传感器采集的信息进行处理，对粮仓存储环境进行调节管理； (2）数据打印：对温度、湿度数据打印； （3）数据管理：对所有数据进行统计、备份及打印。2.5 检测方式 （1）实时检测：对粮食检测数据实时上传； （2）定时检测：在指定的时间或日期对粮食进行抽样检测。2.6 报警系统 利用上位机（PC）运行预设程序对下位机上传的温度、湿度数据进行判断，当数据超标时发出报警并记录超标数据。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 系统硬件设计与实现第三章系统硬件设计与实现采用主从分布式测控系统，其优点为：简化系统接线程度、降低接线费用，降低信号的干扰；系统可靠性稳定；系统配置灵活，便于扩充和修改。3.1 80C51的介绍 本系统中，80C51作为MCS-51的一种改进型，为Intel公司研制，作为8048单片机的改进型，解决了8048系列的缺点，增加了乘、除、减、比较等运算等指令。80C51采用了较新的40引脚双列直插式结构，拥有128个RAM单元及4K的ROM12。3.1.1 80C51主要性能（1） 全静态操作（2） y 掉电模式可通过外部中断唤醒另外（3） y 存储器寻址范围（4） 64K 字节ROM 和64K 字节RAM（5） y 电源控制模式（6） 时钟可停止和恢复（7） 空闲模式（8） 掉电模式（9） y 两个工作频率范围（10） y 低EMI (禁止ALE 以及6 时钟模式)（11） y 异步端口复位（12） y 可编程时钟输出（13） y 扩展温度范围（14） y 双数据指针（15） y 3 个加密位（16） y 4 个中断优先级（17） y 6 个中断源（18） y 4 个8 位I/O 口（19） y 全双工增强型UART（20） 帧数据错误检测 （21） 自动地址识别80C51单片机最小系统原理图见图3-1。 图3-1 80C51最小系统3.1.2 80C51硬件结构 80C51单片机结构原理图见图3-2。外援时钟振荡器和时序OSC程序存储器4KB ROM输出存储器256B RAM/SFR216位定时/计数器外部事件计数80C51CPU64K总线扩展控制器可编程I/O口可编程全双工串行口内中断外中断控制并行口串行通讯 图3-2 80C51结构原理3.2 温度检测电路设计 对粮仓内的温度进行测量是粮仓测控系统的重要环节之一，它直接体现了整个系统的性能的好坏。作为由美国DALLAS公司出品的数字式温度传感器（DSl8B20），其测量温度范围为-55 至+125 使用3-5.5V的供电电压。作为第一个采用一线总线”接口技术的温度传感器7。一线总线的特点，使用户能够便捷的设立传感器网络。传感器采集的数据因为一线总线”接口技术的特点，提高了系统的抗干扰性，便于各种环境的条件下的温度测量，DS18B20封装外部结构图见图3-3。 图3-3 DS18B20封装外部结构图 3.2.1 DSl8B20功能特性 使用1-Wire接口，不需要外部元件，只要一个接口引脚即可完成所有通讯传输；每个DSl8B20都有一个独特的64位单一代码储存在ROM中；多点分布式温度传感能力使检测应用得以简化；电压范围3V5.5V；温度测量范围-55+125，在-l0+85时测量精度为0.5；912位的数字式显示，能在750ms内将温度信号转化为12位数字量并显示；用户可以自己设定非易失性温度报警（TH和TL）；应用在恒温控制、工业系统、消费产品、温度计或任何热敏感系统9。 DS18B20引脚功能描述如下：DQ：DQ：拥有数据输入、出的引脚，以及单总线引脚。电路中使用寄生电源时，可向器件供电；VDD：独创的可选择型电源引脚。被用在寄生电源电路时，该引脚需要接地；GND：地信号；NC：空引脚。3.2.2 DS18B20结构特性DS18B20主要由：电源电路、64位光刻ROM及1-wire接口、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器和CRC校验码产生器组成其内部结构。其内部结构见图3-4。 图3-4 DSl8B20内部结构图 光刻ROM的排列代表的意义是：为了让DS18B20的通讯地址都各不相同，前8位（28H）代表了产品型号等信息，9-48位代表DS18B20传感器的出厂序列号，后8位是代表了前56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。以此来完成一根总线上多个DS18B20同时使用时地址冲突的问题9。DS18B20（DS18B20出厂时被设为12位）高速存储器包含了9个连续字节，传感器采集的温度信息存储在第一第二个字节中，温度的低八位有第一个字节显示，温度的高八位存储在第二个字节。配置寄存器的内容如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1”低5位一直都是1，TM是测试模式位，DS18B20可以以在工作模式和测试模式见相互切换。DS18B20的出厂设置为0，不用改变其设置。R1和R0用来设置分辨率见表3-1：表3-1 分辨率设置R1R0分辨率温度最大转化时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms DS18B20中的温度传感器可被用于测量温度，其中以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式，以0.0625 /LSB16形式表达，其中S为符号位，见表3-2。 表3-2 12位的温度转化形式表Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1LS Byte232221200-10-30-4Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9MS ByteSSSS262524 DS18B20将转化为12位的数据，记录在两个8bit的RAM里，二进制中数据位中前5位作为符号位，但所测温度温度大于0，这 5位以0显示，将到的数值乘于0.0625后说的数据即为实际环境温度；当温度小于0，这5位以1显示，需要将测得数据取反加1再乘0.062510。 根据DS18B20的通讯协议，实现温度信号的转化需要进行三次操作：系统进行读写信息前复位DS18B20，命令执行成功后再上传ROM指令，接着上传新的RAM指令，至此完成DS18B20的预设操作。另一方面DSl8B20的通信需要一个单线接口，在接通单线接口时，ROM的功能尚未启动前无法进行对存贮器与控制的操作。主机需要为DSl8B20提供的5种ROM操作指令见表3-3： 表3-3 DSl8B20的5种ROM操作指令指 令约定代码功 能读 ROM33H读DS1820ROM 中的编码（即64 位地址）符合 ROM55H发出此命令之后，接着发出64 位ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820 使之作出响应，为下一步对该DS1820 的读写作准备。搜索 ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS1820 的个数和识别64 位ROM 地址。为操作各器件作好准备。跳过 ROM0CCH忽略64 位ROM 地址，直接向DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。所有64位激光ROM均需对这些指令执行操作。当单线上存在一定数量的器件时，便需要选定某个特定的设备，同时将器件的数量和种类上传至总线上的主机中。当ROM操作序列完成执行之后，需要对完成存贮器以及控制操作，最后需要用主机提供6种存贮器与控制的执行命令并选择执行，DS18B20的测温原理图见图3-5 。斜率累加器预置低温度系数振荡器减法计数器1计数比较器预置温度寄存器减到0增加高温度系数振荡减法计数器2减到0停止 图3-5 DS18B20测温原理图 DS18B20在主机的执行指令下进行对温度的测量，DS18B20将测得的数据存储在高速缓存存储器里，通过存储器操作指令，可以将缓存存储器内容提取出来。DS18B20的一个字节的EEPROM由温度报警触发器TH和TL组成11。对DS18B20停止运行检索报警指令后，该存储器能被作为通用用户存储器使用，TH、TL需要利用存储器的操作指令来修改。对这些寄存器的读访问通过存储器，所有数据均以最低有效位在前的方式被读写。3.2.3 寄生电源当需要I/O能够承载系统工作所需要的功率时，该电路必须是电源负荷系统需要的定时和电压要求，这就使得I/O或VDD引脚必须处于高电平状态12。选用寄生电源主要因为其优点为：利用此引脚，远程温度测控无需本地电源；即使缺少正常电源仍旧能够读取ROM。 DSl8820能够完成温度变换的前提是，温度发生波动时I/O线上能够产生足够的功率。由于DSl8B20的需要1ma的工作电流，当存在5K的上拉电阻时将会让I/O线无法产生必须的的驱动能力。当多个DSl8B20需要在同一条I/O线上同时转换。由于I/O线无法提供所需的功率，该变换将不能完成。DSl8B20也可以利用连接到VDD引脚的外部电源来提供仪器的供电。其优点在于I/O线上不需要存在强的上拉。而总线上主机可以不用向上连接即可使线在温度转换时维持在高电平。使得其他的数据可以在单线上利用仪器在转化时间里上传数据13。与此同时在单线总线上DSl8B20的连接数量不在受到约束。当需要实现温度的同时变换时，只需要DSl8B20发出跳过ROM的指令和变换T的命令，只需要为DSl8B20提供单独的外部电源即可实现。但需保持外部电源处于工作状态时，其GND（地）引脚不可悬空。 图3-6 使用VDD供电的温度检测电路图 利用VDD供电的测温电路图见图3-6，当对于DSl8B20是由寄生电源或者是外部VDD对仪器进行供电时，需要对DS18B20的执行使用一定的方法来对供电方案进行显示。当主机连接在总线上时仪器执行跳过ROM的指令14。接着执行读取电源的指令。接下来主机需要发出读取时间片的指令，判断为寄生供电后，DS18B20将在单线总线上上传 0”，判断为VDD引脚供电时，将上传“1”。但是需要在0”上传至主机后，在温度转化时，其必须为I/O线上提供一个强的上拉。 由此可见，在系统中常用的热敏电阻测温电缆无法提供系统中传感器对电缆的要求的，系统需要的电缆，当存在大量DSl8B20温度传感器连接在电缆上时依旧可以正常工作。当测温电缆上需要连接大量的DSl8B20温度传感器时只需要使用固定模块间传感器固定起来并连接到电缆上，利用数据线为其供电即可，该方法操作简单，成本低，同时加强了电缆的强度。383.3 湿度检测电路设计3.3.1 HS1100/HS1101湿度传感器介绍 对于粮仓内湿度的检测，湿度传感器测量空气湿度的原理为测量介质从被测环境中吸收或是与水分发生反应后引起的物理、化学性质的变化，利用已知转化关系得出空气湿度。HS1100/HS1101适合办公自动化、家电、工业控制系统等7。HS1101实物图见图3-7，湿度-电容响应曲线见图3-8。以下为HS1100/HS1101湿度传感器特点：精度较高；温度系数为0.04 pF/；其相对湿度在1%100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF；其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；可靠性高、稳定、响应速度快；适用于线性电压输出和频率输出两种电路。 图3-7 HS1101实物图 200 190 180 170 电容F10 20 30 40 50 60 70 80 相对湿度%5 图3-8 HS1101湿度电容响应曲线3.3.2 湿度测量电路 HS1100/HS1101电容传感器，由于其构成特点可视为电容器件，电容量增长与湿度呈正相关。当湿敏电容运行在桥式振荡电路时，需要对出现的正弦波电压信号进行整流、直流放大，最后利用A/D电路转化成所需的数字信号15；当湿敏电容被置于555振荡电路时，只需要把电容值转化成与其成反比的电压频率信号，即可被主机（PC）直接读取识别，555测量振荡电路的频率输出电路见图3-9。 图3-9 频率输出的555振荡电路当HS1100需要充电时，电源Vcc利用Rl、R3对其进行充电处理，时间为t1，使得Uc电平上升为比较器的高触发电平，这个时间为0.67Vcc，输出引脚3端由高电平降低到低电平，利用R3进行放电，时间为t2，Uc的电平降到低触发电平，这个时间为0.33Vs。这时候输出引脚3端电平由低到高完成变化，并反复完成方波输出。其中，充放电时间为： （3-1） （3-2）因而，输出的方波频率为： （3-3）由于555测量电路的存在使得空气湿度检测电路产生了所需要的呈反比频率信号，555测量电路的一组典型的测试值见表3-4。 表3-4 空气湿度与电压频率的典型值 湿度RH%频率HZ%湿度RH%频率HZ%0735160660010722470646820710080633030697690616840685310060335067283.3.3 多路检测信号的实现 在粮仓内完成湿度的多点测量，需要使用2片8选1模拟开关的CD4051形成矩阵测量网络，从而完成对64路湿度信号的采集15。CD405的硬件电路图见图3-10。 图3-10 CD4501硬件图从图3-10可以看出，每片CD4051有3条地址码控制线，通过单片机控制每片CD4051可实现8选1功能，64路湿度信号的收集使用2片CD4051即可完成要求。U2的INH端需要直接接地，利用单片机连接U1INH端并将U1INH端口设为低电平即可实现对环境湿度的测量，为实现对粮仓的的多点测量电路允许同时开启多路传感器。U1的X端子需要连接至单片机P3.4端口才能完成测量数据的读取。3.3.4 多路开关介绍 多路开关做为电路常用的元器件，在拥有n个模拟量输入通道的同时，还添加了一个公共模拟输入端。地址线上可以设置其他IP,使得n个通道中随便一个道输都可传输模拟信号，从而达到由n线到1线的连接功能16。本系统中以8选1多路开关CD4051作为控制器，他拥有COMS、8通道开关。CD4051A 的引脚图和内部原理框图见图3-11和图3-12。INH 是允许或禁止输出控制端，它的逻辑电平控制是当INH=0 即INH=VSS 时，允许输出；当INH=1 即INH=VDD 时，禁止输出。输入信号Vi的范围是VDDVEE，所以用户可以根据自己的输入信号范围和数字控制信号的逻辑电平来选择VDD、VEE电压。该芯片允许VDD-VSS 和VDD-VEE在-0.5V 到+15V范围内。 图3-11 CD4051引脚图 引脚图中：通道线IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）：此引脚用于输入端，具有8选1的功能。用于输出端，具备1分8功能。XCOM（3）：此引脚用于输出端，可视为公共输出端。A、B、C（11、10、9）：地址控制引脚。INH（6）：用作禁止输入引脚。当INH是高电平时，CD4051禁止各通道和输出端OUT/IN产生信号传输；当INH是低电平时，CD4051支持各通道按表3-4关系同时输出段OUT/IN被接通。VDD（16）以及VSS（8）：VDD是正电源输入端，电压最大值+17V；VSS是负电源输入端，电压最小值-17V。VGG（7）；是电平转换器电