基于AD590粮库温度检测系统研究

1、粮库温度检测系统的研究摘要：我国人多地少，人均占有耕地面积更少。因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，提高粮食存储效率，减少粮食损失及浪费，粮库温度检测技术就是其中一个好的方法。随着粮库温度检测技术的普及，粮库数量的不断增多，其温度控制便成为一个十分重要的课题。本论文介绍了一种基于单片机的粮库温度检测系统，具体方案是利用温度传感器AD590将粮库内温度的变化，转换为电压变化输入模数转换器，其值由单片机处理，并控制数字显示器，显示粮库内的实际温度。一旦该温度值超过预先设定的上、下限，单片机便启动报警系统，进而对温度进行控制。这种设计方案能对多点的温度进行实时巡

2、检，各检测单元能独立完成各自功能，同时能够对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到计算机，进行进一步的存档、处理。系统稳定可靠、可维护性好。关键词：AT89S51;单总线技术;AD590.Study on grain depot temperature detection systemAbstract: In our country, the per capita arable land area of less. Therefore, in order to change this situation, only

3、 by increasing the area of arable land is impossible, so we should open a new path, improve grain storage efficiency, reduce food losses and waste, grain depot temperature detection technology is a good method. With the popularization of granary temperature detection technology, a growing number of

4、grain, the temperature control is becoming a very important subject.This paper introduces a kind of granary temperature detection system based on single chip microcomputer, the specific scheme is using the temperature sensor AD590 will change in grain depot temperature, into the change of voltage in

5、put analog to digital converter, its value by the single chip processing and control, digital display, display the actual temperature in the grain depot. Once the temperature exceeded the preset range, SCM will activate alarm system, and the control of temperature. This project can make real-time me

6、asurement of the multiple point temperature, the inspection unit can independently function, also can be collected on the temperature, measurement results can not only locally, but also can use the microcontroller serial port, through the RS-485 bus communication protocol and the data collected will

7、 be transmitted to the computer, processing, archiving further. The system is stable and reliable, good maintainability.Key words:AT89S51;Single bus technology;AD590目 录1绪论11.1 课题研究目的和现状11.2论文主要内容12 粮库温度检测系统硬件设计22.1 温度传感器的选择及原理22.1.1AD590温度传感器的选择及其特性22.1.2 AD590传感器工作原理22.2单片机和MC14433的介绍32.2.1 AT89S51

8、单片机的引脚说明.42.2.2 AT89S51单片机的工作原理52.3MC14433的内部逻辑结构和引脚62.3.1 MC14433的引脚说明 62.3.2 MC14433的工作原理72.4 系统硬件电路及原理92.4.1 系统硬件电路92.4.2系统工作原理113粮库温度检测系统软件设计133.1 系统的主程序设计133.2 系统的子程序设计154总结17参考文献18致谢19 1绪论1.1 课题研究目的和现状在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石

9、化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此重要，在农业食品保存中温度的监测与控制也有着十分重要的意义1。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，室内环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，但是，目前应用于粮库的温度检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的检测系统，安装和拆卸繁杂，成本也高；同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要2。这种温度测控系统可应用于农业产品的存储，实现

10、对温度的实时监控，是一种比较智能、经济的方案，以提高农副产品的存储质量，以便带来更好的经济效益和社会效益。1.2论文主要内容本文介绍的温度测控系统基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对粮库内的温度进行采集，利用温度传感器将温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，其值由单片机处理，最后由单片机去控制数字显示器，显示实际温度，同时通过比较，对粮库内的温度是否超过温度限制进行分析3。如果超过我们预先设定的温度限制，温度报警系统将进行报警，并同时自动对仓库内的温度进行控制。这种设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的

11、支持，安装简单方便性价比高，可维护性好。2 粮库温度检测系统硬件设计2.1 温度传感器的选择及原理测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展主要大体经过了三个阶段:1.传统的分立式温度传感器(含敏感元件)2.模拟集成温度传感器/控制器3.智能温度传感器。模拟集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温

12、，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD59O、AD592、TMP17、LM135等。2.1.1AD590温度传感器的选择及其特性本系统选用的是常见的温度传感器AD590，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：( 1 ) 线性度好，满刻度范围为0 .3；( 2） 电源电压范围4 30 V，当电源电压在5 10V之间，电压稳定度为l 时，所产生的误差只有0.01；( 3 ) 功率损耗低4。2.1.2 AD590传感器工作原理AD590通过利用硅晶体管的基本性能来实现与温度成正比这一特性，二极管的基本方

13、程为：I = I s ( e-1 ) I se 2-1 式中，I 通过二极管的电流I s 二极管的反向饱和电流V二极管两端电压 (伏)q 电子电荷量，等于 1.60210 (库)K常数，等于 1.38 10 (焦耳K )T绝对温度 ( K )由式 (1 ) 可知，II s = e ， 所以 V = KTql n I / I s = KTql n J 2-2由式 ( 2 ) 可知V与绝对温度成正比，AD590就是根据式(2 )工作的。 设T3、T4为理想三极管，将电流 I分成两部电流I = I。由8个和Tl一样的三极管并联构成 T2所以T l 的电的8倍，两个相同的三极管流过不同的集电极电流I时

14、，其V之差与绝对温度成正比，即：V= V- V= KTql n J lJ2 = Kq( 1n8 )T =17910T 2-3A D590的简化电路如图1所示由式 ( 3 ) 可知，V与T成正比，V是T2管射极电阻R上的压降，由于V与成正比所以通过R上的电流I必与绝对温度T成正比，因I= 2 I，集成电路中的总电流I必与T成正比。设R= 358，I= 2(17910R )T 2-4所以I/ T =lAK 2-5 这就是 A D5 9 0当温度改变 l 度 ( 绝对温度)获得 l A电流输出的，这就是把温度转成电流的道理5。2.2单片机和MC14433的介绍AT89S51单片机是一个低功耗，高性能

15、CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案6。其主要功能特性。 兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz

16、 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。2.2.1 AT89S51单片机的引脚说明P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O

17、口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。EA/VPP：外部访问允许。 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 图2 AT89S51 芯片引脚

18、图2.2.2 AT89S51单片机的工作原理单片机最小系统如图3所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号7。时钟电路用于产生单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作，单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL28。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。 图3 最小系统设计原理图2.3MC14433的内部逻辑结构和引脚MC14433电路是一个低功耗三位半

19、双积分式AD转换器。和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433AD转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。其电路结构及引脚图如图4所示 图4 电路结构及引脚图2.3.1 MC14433的引脚说明 1. Pin1(VAG)模拟地，为高科技阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。 2. Pin2(VR)基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。3. Pin3(Vx)被测电压的输入端。4. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接积分元件端。 5. Pin7、Pin8(C01、C02)外接失调补偿电容端。 6. Pin9(DU)更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。 7. Pin

20、10、Pin11(CLK1、CLK0)时钟外接元件端。8. Pin12(VEE负电源端。9. Pin13(Vss)数字电路的负电源引脚。 10. Pin14(EOC)转换周期结束标志位。11. Pin15()过量程标志位，当|Vx|VREF时，输出为低电平。 12. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路选通脉冲输出端。 13. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD码数据输出端。 14. Pin24(VDD)正电源电压端。2.3.2 MC14433的工作原理MC14433是3 1/2位的双积分式 A/D转换器，转换速度每秒110次，量程为1.

21、999V或199.9mV，以 BCD码的形式输出，其逻辑符号如图5所示。图5 MC14433的逻辑符号MC14433的数据信号有：DS1DS4 多路选通脉冲输出，DS1为千位，DS4为个位。Q0Q3 BCD码输出。-OR过量程标志输出，当|VX|VR时，-OR为低电平。DU 更新转换结果的输出。EOC 转换周期结束标志。与模拟输入有关的信号有：R1，R1C1，C1外接积分电阻与电容。C01，C02 补偿电容，0.1F 。CLK0，CLK1时钟振荡器外接电阻、典型值为470 k，电阻加大，时钟频率降低。VR 基准电压输入端，选2.0V或200mV。VX 被测电压输入端。VAG被测电压，基准电压接

22、地端。VDD，VSS，VEE正负电源及接地端。图6为选通脉冲的时序图。图6 MC14433输出选通脉冲时序图在DS1有效时输出千位数据，DS4有效时输出个位数据。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期。两个相邻脉冲之间的间隔为2个时钟周期。MC14433可通过74LS244与 CPU的数据总线相连，其连接方法如图7所示。图7 MC14433接口将DU与EOC相连，这样每次A/D转换结束后，数据都被更新。EOC信号还可作为中断申请信号，在转换结束后申请中断。中断响应后即可读入数据，根据输出选通脉冲的时序，先用查询方法判断是否为DS1有效。若是DS1有效，则按Q0，Q2，Q3来决定是否超量程、信号的极性

23、及千位为1还是0。然后等待DS2周期，读入百位数的BCD码。在DS3、DS4周期内分别读入十位和个位的BCD码9。2.4 系统硬件电路及原理2.4.1 系统硬件电路构成系统以单片机为核心，组成一个集温度的采集、处理、显示、自动控制为一身的闭环控制系统，其原理框图如图所示。系统硬件电路由温度传感器、单片机、RS-485串口通信和计算机组成。 图8 系统原理图 图9系统电路原理图温度传感器的作用是采集粮库内的温度，并进行判断和显示。单片机主要是对温度传感器AD590进行编程，读取温度传感器的温度值，并把温度值通过串口通信送入计算机。本系统中的单片机选用AT89S51。串口通信的作用是把单片机送来的

24、数据送到计算机里，起到传输数据的作用10。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等。2.4.2系统工作原理如图10所示。整个系统以AT89S51单片机为主机，其他设备为从设备。单片机通过RS-485总线与PC机通讯。PC机作上位机进行实时监控管理，控制器选用Max705组成上电复位和看门狗电路。本系统通过单总线可以挂接很多个温度传感器AD590，用于粮库内不同地方的温度测量和控制。图中只画出了一个监控现场的配置，其布线接头与通常电话线路使用的一样，插入和拔出都很方便11。 图10 单总线器件组建温度测控系统示意图 该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程，使温度传感器A

25、D590正常工作，去检测粮库内实际的温度，并由数字显示电路显示出当时的温度值12。如果采集的温度值高于上限报警温度，系统将发出报警,并同时起动制冷设备，把温度降下来，当温度降到一定的程度，即低于上限复位值时，立即关闭制冷设备，使制冷设备停止工作。当采集的温度值低于下限报警温度值时，系统又发出报警，并同时起动制热设备，使粮库内的温度上升，当温度上升到一定的程度，即高于下限复位值时，立即关闭制热设备，使制热设备停止工作，从而温度值维持在一定的范围内13。具体的温度越限自动控制过程如图11所示。 图11 温度超限自动控制示意图温度控制系统的执行机构采用开关量控制，本系统选用了可寻址的单总线控制开关D

26、S2405，由它送出1位。或1作为控制码信息，去胜制报警设备、通风机执行机构(空调)等的开启与关闭。当单片机发现温度传感器采集到粮仓内的实际温度超过温度限制时，便让控制开关DS2405去开启声光报警器报警，同时开启空调机工作。单总线芯片入口示意图14如下。由图可见，芯片内还含有收、发控制和电源电路，其耗电量都很小，从总线上获得一点电量存储在大电容中就可以正常工作了，故一般不需要另附电源。3粮库温度检测系统软件设计3.1 系统主程序开始系统初始化A/D转换Y判断有无按键？按键程序A/D转换完成否？ N NY显示程序代码如下：ORG 00H JMP START ORG 0BH JMP TIM0ST

27、ART: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#60 MOV TL0,#76 SETB TR0 MOV IE,#82H MOV R4,#09H MOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00H DJNZ R4,CLEAR MOV A,#00H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 34H,A MOV A,#01H MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV 35H,A MOV 36H,#0FFHSTART0: MOVX R0,AWAIT: JB P3.4,KEYIN JB P2.0,ADC JMP WAITADC: M

28、OVX A,R0 MOV 37H,A CLR C SUBB A,36H JC TDOWNTUP: MOV A,37H CLR C SUBB A,34H JNC POFF JMP LOOPPON: CLR P2.1 JMP START0POFF: SETB P2.1 JMP LOOPTDOWN: MOV A,37H CLR C SUBB A,35H JC PON JMP LOOPLOOP: MOV 36H,37H CLR A MOV R4,#0FFH DJNZ R4,$ CALL L1 MOV 21H,#10H NOV R1,#30HDISP1: CALL DISP DJNZ 21H,DISP1

29、 JMP START03.2 软件系统的子程序设计当输入的温度值大于当前测定的温度值，单片机就控制制热设备加热；当设定的温度值小于当前测定的温度值，就开启降降温设备。程序代码如下：TIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#60 MOV TL0,#76 MOV A,33H CJNE A,31H,T MOV A,32H CJNE A,30H,T JMP OFF T: JC OFF CLR P2.1RETURN: POP PSW POP ACC RETIOFF: SETB P2.1 JMP RETURNDELAY: MOV R7,#06D1: MOV R6,#248 DJNZ

30、 R6,$ DJNZ R7,D1 RET4总 结随着社会的进步和科学技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品存储对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。因此，一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统的设计就成为当今的热点。本课题就是在这样的形式下，研究一种基于单片机的温度测控系统用于粮库内温度的控制，以提高农作物存储的质量，增加其经济效益。本论文针对粮食仓库内基于单片机的温度测控系统的设计与实现，具体做了以下几个方面的研究。（一）分析了当前粮库内温度测控系统的现状，阐述了基于单片机的温度检测系统设计的必要性和现实意义。（二）论述了基于单片机的温度测控系统的硬件电路组成及其工作原理。并详细分析了各组成单元电路的性能及其工作原理。本课题以AT89S51单片机系统