單片機的糧倉多點測溫系統(tǒng)設(shè)計方案

1、目 錄第1章 緒 論11.1背景11.2設(shè)計的目的和意義11.3相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢2第2章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計42.2硬件總體方案設(shè)計與論證42.2.1方案設(shè)計42.2.2方案論證52.3軟件總體方案設(shè)計5第3章 單片機at89s52介紹73.1單片機at89s52基本知識73.2單片機at89s52產(chǎn)品特點73.3單片機at89s52的使用83.4單片機at89s52的特性93.5 at89s52引腳功能與封裝10第4章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計144.1 溫度傳感器的選則144.1.1 傳感器的選擇原則144.1.2 溫度傳感器的選擇144.1.3 溫度上限值的設(shè)

2、定原理154.2 ds18b20與單片機接口電路設(shè)計164.2.1 ds18b20簡介164.2.2 ds18b20 的性能特點174.2.3 ds18b20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)184.2.4 ds18b20與單片機接口電路設(shè)計214.3 1602lcd液晶顯示屏234.3.1 lcd1602主要技術(shù)參數(shù)234.3.2 lcd1602的引腳說明234.3.3控制指令說明244.3.4 lcd液晶顯示屏與單片機接口電路設(shè)計254.4 鍵盤電路設(shè)計264.5 報警電路設(shè)計27第5章 糧倉多點測溫系統(tǒng)軟件設(shè)計295.1 溫度處理子程序設(shè)計295.2 按鍵處理子程序設(shè)計295.3 系統(tǒng)溫度閾值設(shè)定子程序設(shè)

3、計295.4 溫度顯示子程序設(shè)計295.5顯示數(shù)據(jù)刷新程序子程序設(shè)計29第6章 系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試356.1 系統(tǒng)仿真356.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試356.3 系統(tǒng)軟件調(diào)試36總 結(jié)38參考文獻40致 謝42附錄 程序清單43附錄 系統(tǒng)原理圖55第1章 緒 論1.1背景“國以民為本，民以食為天”，“兵馬未動，糧草先行”，這些都充分說明糧食對國家的重要性。從理論上講國家掌握的糧食越多越好，但從現(xiàn)代經(jīng)濟學的角度看，國家只要能控制住一定數(shù)量的可以靈活支配、質(zhì)量良好的糧食，既可達到“備戰(zhàn)備荒”、宏觀調(diào)控的目的，又可節(jié)省資金用于發(fā)展經(jīng)濟。一般來說，糧食存放在糧倉中，大型的糧倉可存放數(shù)以萬計的糧食，而且這些糧食存

4、放的時間有長有短。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)的溫度保持在一定的范圍以內(nèi)。為了達到以上的要求，必不可少的就是既穩(wěn)定又精確的糧情智能測控管理系統(tǒng)。糧情智能測控系統(tǒng)是通過計算機檢測糧食儲備庫中糧食的基本溫度情況，并結(jié)合其他糧情信息（如入倉時間、品種、倉型、天氣狀況等）進行綜合分析。利用微機技術(shù)對糧倉進行監(jiān)控，用戶可方便地構(gòu)造自己需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場，就可查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，增強了國家糧食儲備安全水平，以獲得實時糧倉管理，實現(xiàn)自動化、智能化。本文只闡述糧情溫度檢測，以下所說糧情僅指溫度。

5、但涉及到的一些方法也適合其他糧情檢測情況。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)多種糧庫糧情溫度測控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗后，我們設(shè)計了自己的糧倉多點測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價比，而且操作維修簡便，具有檢測、數(shù)顯、分析等諸多功能。1.2設(shè)計的目的和意義科學儲糧是糧食生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，若管理不當，糧食發(fā)霉或生蟲會造成極大浪費。糧庫管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫度變化。糧庫一般由幾十個甚至上百個由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉組成，倉高2030m?，F(xiàn)在，我國在糧倉建設(shè)上已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)范化，但是監(jiān)測手段一直未能實現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國許多儲備糧庫每年都因測控設(shè)備的不完善而導致部分糧食霉變，許多大

6、型儲備糧庫的測控設(shè)備仍需高價進口，因此國家準備在未來的幾年內(nèi)對全國所有的糧庫進行翻新和改造工作，要求規(guī)范糧庫管理，實現(xiàn)糧庫管理現(xiàn)代化。影響儲糧安全的最主要因素是糧堆內(nèi)的溫度，這就要求能有一種有效的、低成本的儀表來實現(xiàn)監(jiān)測控制功能，使得管理人員能夠方便有效地進行監(jiān)控操作。如果用單片機作為前沿機對現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集，通過對采集的數(shù)據(jù)進行分析（溫度設(shè)定，實時溫度顯示，報警電路）。利用單片機技術(shù)對糧倉進行檢控，用戶可以方便地夠造自己所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在任何時候把糧倉現(xiàn)場的信息實時地傳到控制室，管理人員不進入現(xiàn)場就可以按照所需的溫度要求對糧倉內(nèi)的溫度情況進行控制，提高了生產(chǎn)效率，增強了糧倉內(nèi)存儲安全，

7、獲得了糧倉的實時管理，實現(xiàn)自動化，智能化。微機測量是微機設(shè)計的第一步，是微機測量技術(shù)的現(xiàn)場部分，即測量糧倉中的溫度，并使用單片機對測量的數(shù)據(jù)進行處理并對糧倉內(nèi)的溫度進行控制。1.3相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢糧情檢測技術(shù)是科學保糧的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著電子技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)的進步和發(fā)展，計算機的應(yīng)用范圍日益擴大，計算機被應(yīng)用于糧情監(jiān)控系統(tǒng)。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人工測量，效率低，準確性差。在糧食部門各級領(lǐng)導的關(guān)懷和糧食行業(yè)科技主管部門的大力支持下，在糧食行業(yè)內(nèi)、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧情檢

8、測技術(shù)不斷完善、提高、并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧情檢測系統(tǒng)，為安全、科學儲糧起到了積極作用。目前國內(nèi)己有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測、糧食內(nèi)部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項，鑒于糧食儲藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點放在了儲糧內(nèi)部溫度的檢測和分析上。糧情監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器的不同進行如下分類:（1）熱敏電阻以溫度變化導致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點，成為國內(nèi)糧情檢測系統(tǒng)中采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，室溫通常也較高，因此其自身

9、發(fā)熱較小，信號調(diào)節(jié)較為簡單。但熱敏電阻也存在缺點，如:是互換性差、溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系。（2）數(shù)字式溫度傳感器數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是dallas的ds18x20系列溫度傳感器，其溫度檢測范圍為55125，檢測精度為±0.5。ds18x20采用1wiretm接口，封裝形式有pr35和ssop16兩種，糧情測控系統(tǒng)中采用的是pr35封裝。ds18x20采用9個位表示測溫點的溫度值，每個ds18x20內(nèi)部都設(shè)置有一個單一的序列號，因此可以使多個ds18x20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。ds18x20內(nèi)部分為4個部分：1、64位序列號；2、

10、保存臨時數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)ram；3、保存永久數(shù)據(jù)的2字節(jié)eeprom；4、溫度傳感器。采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號數(shù)字化的a/d轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是1wiretm總線與上層通信總線之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測控單元的電路設(shè)計更為容易。采用ds18x20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需3

11、根導線即可連接多個ds18x20溫度傳感器。最為簡潔的結(jié)構(gòu)是利用ds18x20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即可連接多個ds18x20溫度傳感器，這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用ds18x20溫度傳感器的糧情測控系統(tǒng)更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高大糧倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多，所以ds18x20溫度傳感器糧情測控系統(tǒng)在房式倉中應(yīng)用時不如熱敏電阻糧情測控

12、系統(tǒng)更具有性能價格比的優(yōu)勢。（3）光纖傳感器光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展的新技術(shù)，也是工業(yè)中用的最多的光纖傳感器之一。目前研究的光纖溫度傳感器主要有輻射式溫度傳感器、半導體吸收式溫度傳感器、光纖熱色傳感器等。光纖溫度傳感器的精度更高，但成本較貴。第2章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計是以單片機at89s52為核心器件的一套檢測系統(tǒng)，以制作出的電路板為實物，以c語言進行軟件程序設(shè)計，利用protel dxp作為仿真軟件設(shè)計而成的。系統(tǒng)主要由溫度傳感器、液晶顯示電路、鍵盤、報警電路組成，電路圖如附錄所示。2.2硬件總體方案設(shè)計與論證2.2.1方案設(shè)計方案一：該方案由單片機、模擬溫度傳感

13、器ad590、運算放大器、a/d轉(zhuǎn)換器、lcd顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。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，使用運算放大器交給信號進行適當?shù)姆糯螅詈笸ㄟ^模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，傳給單片機，單片機將溫度值進行處理之后用lcd顯示，當溫度值超過設(shè)定值時開始報警。如圖2.1所示：模擬溫度 傳感器運算放大器a/d轉(zhuǎn)換鍵盤 單片機lcd 顯示模塊集成功放報警器圖2.1方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖方案二：該方案使用了at89s52單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器ds18b20為溫度測量元件，采用多個溫

14、度傳感器對多點溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度上限設(shè)置，超過其溫度值就報警。顯示電路采用lcd1602模塊，使用單片機直接驅(qū)動蜂鳴器構(gòu)成報警電路。如圖2.2所示：溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器鍵盤單 片機lcd液晶顯示電路報警電 路圖2.2方案二溫度測量系統(tǒng)方案框圖2.2.2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)過運算放大器傳給處理器。它控制雖然簡單，但電路復雜，不容易實現(xiàn)對多點溫度測量和監(jiān)控。由于采用了多個分立元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，容易出現(xiàn)誤差，測量結(jié)果不是很準確，因此本方案并不可取。方案二采用智能溫度傳感器ds18b20，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬ds1

15、8b20的讀寫時序，根據(jù)ds18b20的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。此方案硬件電路簡單，但程序設(shè)計復雜一些，但是在課題外對ds18b20、字符型液晶顯示有所了解，而且曾經(jīng)在網(wǎng)上看過此類程序設(shè)計，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具keil 用匯編語言對系統(tǒng)進行了程序設(shè)計，用仿真軟件protel dxp對系統(tǒng)進行了仿真，達到了預期的效果。由此可見，此方案的可行性，體現(xiàn)了技術(shù)的先進性，經(jīng)濟上也沒有任何問題。2.3軟件總體方案設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計首先lcd初始，寫入報警溫度的上下值。如果ds18b20運行良好，能正常工作，那么在lcd液晶顯示屏上就能顯示出四路傳感器所在位置的實時溫度，如果ds18b20不能正常工作，那么l

16、cd液晶顯示屏上就不會發(fā)亮光；讀取溫度數(shù)據(jù)，在液晶屏上顯示溫度值，如果某一點的溫度值超過上限值，那么就會自動報警，如果所有點的溫度全部超過上限值，那么就會啟動全部報警系統(tǒng)。最后進行鍵盤掃描。軟件總體流程圖如圖2.3所示初始化讀取溫度數(shù)據(jù)顯示是否超過閾值？ny短鳴報警長鳴報警ny溫度是否全部超過閾值？不報警讀取鍵盤數(shù)據(jù)開始結(jié)束圖2.3 軟件總體流程圖第3章 單片機at89s52介紹單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel的mc

17、s-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的mcs-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。為了設(shè)計此系統(tǒng)，采用了mcs-51兼容單片機at89s52單片機作為控制芯片。3.1單片機at89s52基本知識 at89s52是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含8k bytesisp(in-system programmable)的可反復擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，功能強大的微型計算機的at89s52

18、可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。at89s52具有如下特點：40個引腳，8k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。3.2單片機at89s52產(chǎn)品特點at89s52具有以下標準功能:8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at89s52可降

19、至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128個單元是為專用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器（sfr），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計數(shù)器pc外，還有21個特殊功能寄存器，其地址空間為80hffh。這21個寄存器中有11個特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。下面將對部分專用寄存器作簡要介紹。 3.3單片機at89s52的使用 at89s52單

20、片機是一種低功耗高性能的cmos8位微控制器，內(nèi)置8kb可在線編程閃存。該器件采用atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的80c51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過spi串行口改寫或用同用的非易失性存儲器改寫。通過把通用的8位cpu與可在線下載的flash集成在一個芯片上，at89s52便成為一個高效的微型計算機。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3.1 at89s52結(jié)構(gòu)框圖 3.4單片機at89s52的特性  at89s52的主要特性如下：兼容mcs51產(chǎn)品8k字

21、節(jié)可擦寫1000次的在線可編程isp 閃存4.0v到5.5v的工作電源范圍全靜態(tài)工作：0hz 24mhz3級程序存儲器加密256字節(jié)內(nèi)部ram32條可編程i/o線3個16位定時器/計數(shù)器8個中斷源uart串行通道低功耗空閑方式和掉電方式通過中斷終止掉電方式看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針靈活的在線編程（字節(jié)和頁模式）3.5  at89s52引腳功能與封裝圖3.2是at89s52引腳圖。圖3.2 at89s52引腳圖按照功能，at89s52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能i/o口、控制和復位等。1.多功能i/o口at89s52共有四個8位的并行i/o口：p0、p1、p2、p3端口

22、，對應(yīng)的引腳分別是p0.0 p0.7，p1.0 p1.7，p2.0 p2.7，p3.0 p3.7，共32根i/o線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。p0端口，該口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。在作為輸出口時，每根引腳可以帶動8個ttl輸入負載。當把“1”寫入p0時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p0可用作多路復用的低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)總線，在該模式，p0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對flash存儲器進行編程時，p0用于接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。p1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口，p1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出

23、電流方式）4個ttl輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。p1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對flash編程和程序校驗時，p1口接收低8位地址。另外，p1.0與p1.1可以配置成定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入端（p1.0/t2）與定時/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（p1.0/t2ex），如表3.1所示。表3.1  p1口管腳復用功能端口引腳復用功能p1.0t2（定時器/計算器2的外部輸入端）p1.1t2ex（定時器/計算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制）p1.5mosi（用于在線編程）p1.6miso（用于在

24、線編程）p1.7sck（用于在線編程）  p2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口，p2口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個ttl輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。p2口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口送出高8位地址，在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（sfr）區(qū)中p2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。在對flash編程和程序校驗期間，p2口也接收高位地址或一些控制信號。 p3端口

25、，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口，p3口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個ttl輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。p3口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在at89s52中，同樣p3口還用于一些復用功能，如表3.2所列。在對flash編程和程序校驗期間，p3口還接收一些控制信號。表3.2 p3端口引腳與復用功能表端口引腳復用功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時器0的外部輸入）p3.5t

26、1（定時器1的外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）2.rst  復位輸入端。在振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使其單片機復位?？撮T狗定時器（watchdog）溢出后，該引腳會保持98個振蕩周期的高電平。在sfr auxr（地址8eh）寄存器中的disrto位可以用于屏蔽這種功能。disrto位的默認狀態(tài)，是復位高電平輸出功能使能。3.ale/prog  地址鎖存允許信號。在存取外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對flash存儲器編程時，這條引腳用于輸入編程脈沖prog。一般情況下，ale是振蕩器頻率

27、的6分頻信號，可用于外部定時或時鐘。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中，會跳過一個ale脈沖。在需要時，可以把地址8eh中的sfr寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ale的工作；而只有在movx或movc指令執(zhí)行時ale才被激活。在單片機處于外部執(zhí)行方式時，對ale屏蔽位置“1”并不起作用。4.psen  程序存儲器允許信號。它用于讀外部程序存儲器。當at89s52在執(zhí)行來自外部存儲器的指令時，每一個機器周期psen被激活2次。在對外部數(shù)據(jù)存儲器的每次存取中，psen的2次激活會被跳過。5.ea/vpp  外部存取允許信號。為了確保單片機從地址為0000hffffh的外部程序

28、存儲器中讀取代碼，故要把ea接到gnd端，即地端。但是，如果鎖定位1被編程，則ea在復位時被鎖存。當執(zhí)行內(nèi)部程序時，ea應(yīng)接到vcc。在對flash存儲器編程時，這條引腳接收12v編程電壓vpp。6.xtal1  振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。7.xtal2  振蕩器的反相放大器輸出。第4章 糧倉多點測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 溫度傳感器的選則4.1.1傳感器的選擇原則要進行一個具體的測量工作，首先要考慮用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可以選用，哪一種原理的傳感器更為適合，則需要根據(jù)被測量

29、的特點和傳感器的使用條件考慮以下具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式是接觸式的還是非接觸式的；信號的引出方法；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格是否能承受。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。傳感器的具體指標有靈敏度，頻率響應(yīng)特性，線性范圍，穩(wěn)定性，精度等。這些參數(shù)并不是要求越高越好，因為要求越高不僅會帶來成本的提高，也會帶來信號處理的難度，噪音等問題。在滿足檢測系統(tǒng)要求的前提下我們一般選擇價格便宜和簡單的傳感器。4.1.2溫度傳感器的選擇美國dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds18b20 是世界上第一片支持 "

30、一線總線"接口的溫度傳感器，而新的“一線器件”ds18b20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟。單線數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號， 以供單片機處理，克服了傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器不僅需要設(shè)計信號調(diào)理電路，還要經(jīng)過復雜的校準和標定過程，測量精度難以保證的缺點，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。另外，ds18b20"一線總線"數(shù)字化溫度傳感器同ds18b20一樣，ds18b20也支持"一線總線"接口采用單根信號線，既可以傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是

31、雙向的。與其他數(shù)字溫度傳感器相比具有線路簡單硬件開銷少，成本低、便于擴展等優(yōu)點。ds18b20的測量溫度范圍為 -55+125，在-10+85 范圍內(nèi),精度為±0.5。ds1822 的精度較差為± 2?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線"的數(shù)字方式傳輸，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3v5.5v 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。ds18b20 可以程序設(shè)定912 位的分辨率，精度為±0.5。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在eeprom 中，掉電后依然保存。ds18b20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的，性能價格比也非常出色。ds1

32、822 與ds18b20 軟件兼容，是ds18b20 的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的eeprom，精度降低為±2，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應(yīng)用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。繼"一線總線"的早期產(chǎn)品后，ds18b20開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。ds18b20 和ds1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。4.1.3 溫度上限值的設(shè)定原理利用制冷機產(chǎn)生的冷量對自然空氣進行冷卻降溫、除濕,再通過風機及糧倉內(nèi)的通風管道使冷卻后的空氣穿過糧堆,使糧食溫度降到15以下進行低溫儲藏的一項科學、先進的糧食儲藏技術(shù)。運用

33、該技術(shù)可使糧食的低溫儲藏不受氣候條件的影響,即使在炎熱的夏季或雨季都可實現(xiàn)。目前在發(fā)達國家特別是西歐國家已獲得了廣泛的應(yīng)用,對于保證糧食品質(zhì),安全儲藏糧食起著重要的作用。利用機械制冷方法將糧溫降到515 進行低溫儲藏是一種科學、先進的儲糧方式,具有以下特點：（1）與常溫儲藏相比,低溫儲藏使糧食的呼吸活動大大減弱,可延緩糧食的陳化,保持糧食的新鮮度并降低儲糧自然減量損失。糧食在10°c時儲藏,由于呼吸產(chǎn)生的干物質(zhì)損失要比在20 和30時儲藏少4倍和15倍。（2）當糧溫達到13°c 時,害蟲的繁殖和活動就基本停止,糧溫降至10 時完全停止。因此低溫儲藏可以避免糧食遭受蟲害而造成

34、的損失。在一些西歐國家,低溫儲糧已不需要進行化學藥劑熏蒸殺蟲,從而改善了糧庫工人的工作環(huán)境,避免殘留藥劑對人們身體健康的危害。（3）因為霉菌等微生物喜溫,所以低溫儲糧使霉菌的活動基本停止,可有效地防止糧食發(fā)生霉變。（4）對糧食進行機械制冷降溫,使得糧食在高于安全水分時儲藏成為可能,因此可以提高儲糧和加工單位的效益。對于稻谷,最適合的碾磨水分是15 %左右,但常溫下稻谷儲藏的安全水分是13. 514 % ,加工前需進行人工增濕, 使稻谷易于產(chǎn)生爆腰,碾磨的整米率下降。若采用人工冷卻降溫方法, 稻谷可在15 %水分下安全儲藏(見表4.1) ,從而提高稻谷碾磨的整米率,同時減少儲糧水分減量損失。在西

35、班牙的一個碾米廠,采用機械制冷低溫儲藏稻谷后提高整米率20 % 。對于10000 噸的糧食儲量,在15 %的水分下儲藏,可減少儲糧單位水分減量損失116173 噸。表4.1 糧溫為10 時糧食水分與安全儲藏期的關(guān)系糧食水分( %)糧食安全儲藏期(月)12. 0 - 15. 58 - 1215. 5 - 17. 56 - 1017. 5 - 18. 54 - 618. 5 - 20. 01 - 420. 0 - 23. 00. 5 - 223. 0 - 25. 00. 25 - 0. 54.2 ds18b20與單片機接口電路設(shè)計 4.2.1 ds18b20簡介ds18b20是智能溫度傳感器，它的

36、輸入、輸出采用數(shù)字量，通過單總線，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù)ds18b20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)值以串口形式發(fā)給主機，主機按照通訊協(xié)議用一個i/o口模擬ds18b20時序，發(fā)送命令（初始化命令、rom命令、功能命令）給ds18b20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，用字符型液晶顯示模塊顯示各點的溫度值。在系統(tǒng)啟動之時，可以通過按鍵設(shè)置各點溫度的上限值和下限值，當某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，從而實現(xiàn)了對各點溫度實時監(jiān)控。每個ds18b20有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上接了4個ds18b20，通過crc校驗，對各個ds18b20的rom進行尋址，地址符

37、合的ds18b20才作出響應(yīng)，接收足跡命令，向主機發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種ds18b20尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。ds18b20雖然有測溫簡單的特點，單在實際應(yīng)用中應(yīng)注意一下幾點：(1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于ds18b20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds18b20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對ds18b20 操作部分最好采用c語言實現(xiàn)。(2) 在ds18b20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds18b20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個ds18b20，在實際應(yīng)用

38、中并非如此。當單總線上所掛ds18b20 超過8個時鐘，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。(3) 連接ds18b20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用ds18b20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4) 在ds18b20 測溫程序設(shè)計中，向ds18b20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換

39、命令后，程序總要等待ds18b20 的返回信號，一旦某個ds18b20 接觸不好或斷線，當程序讀該ds18b20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行ds18b20 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。4.2.2 ds18b20 的性能特點（1） 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通訊；（2） 在ds18b20中的每個器件上偶有獨一無二的序列號，因此多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；（3） 實際應(yīng)用中不需要任何外部器件即可實現(xiàn)（4） 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5v；（5） 零待機功耗（6） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇（7

40、） 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置（8） 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件（9） 負溫度特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。4.2.3 ds18b20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th 和tl、配置寄存器。ds18b20 的管腳排列如圖4.1所示:引腳定義：(1) dq 為數(shù)字信號輸入/輸出端；(2) gnd 為電源地；(3) vdd 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖4.1 ds18b20 的管腳排列圖ds18b20采用3角pr-35封

41、裝或8角soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.2所示：64位rom 和單線接口電流檢測存儲器和控制器 高速 緩存存儲器8位crc生成器溫度敏感元件低溫觸發(fā)器tl高溫觸發(fā)器th配置寄存器圖4.2 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ds18b20 有4 個主要的數(shù)據(jù)部件：（1）光刻rom中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼。64位光刻rom的排列是：開始8位（28h）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該ds18b20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼crc=x8+x5+x4+1。光刻rom 的作用是使每一個ds18b20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛

42、接多個ds18b20 的目的。（2）ds18b20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb 形式表達，其中s 為符號位。表4.2 ds18b20 溫度值格式表 bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0 ls byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit 9 bit 8ms byte 2223 21 202-1 2-2 2-4 ss s s s 262524這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的12 位數(shù)據(jù)，存儲在18b20 的兩個8比

43、特的ram中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1 再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07d0h，+25.0625的數(shù)字輸出為0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為ff6fh，-55的數(shù)字輸出為fc90h。（3）ds18b20 溫度傳感器的存儲器ds18b20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eepram,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl 和結(jié)構(gòu)寄存器。表4.3 ds18b20 溫度數(shù)據(jù)表tempe

44、rature digital output (binary) digital output (hex) +125 0000 0111 1101 0000 07d0h +85 0000 0101 0101 0000 0550h +25.0625 0000 0001 1001 0001 0191h +10.125 0000 0000 1010 0010 00a2h +0.5 0000 0000 0000 1000 00008h 0 0000 0000 0000 0000 00000h -0.5 1111 1111 1111 1000 fff8h -10.125 1111 1111 0101 111

45、0 ff5eh -25.0625 1111 1110 0110 1111 fe6eh -551111 1100 1001 0000 fc90hthe power on reset value of the temperature resister is +85 the （4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如表4.4所示：表 4.4 配置寄存器結(jié)構(gòu)111r0r1tm11 低五位一直都是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。在ds18b20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。r1 和r0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（ds18b20 出廠時被設(shè)置為12 位）分辨

46、率設(shè)置如表4.5所示：表4.5 溫度值分辨率設(shè)置表r1r0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms由表4.5可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間比較長，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。4.2.4 ds18b20與單片機接口電路設(shè)計ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時ds18b20的1管腳接地，2腳作為信號線接單片機的i/o口，電源與數(shù)字輸入管腳間需接一個4.7k的電阻，3管腳接電源，如圖4.3所示。另一種是寄生電源方式，如圖4.4所示。單

47、片機端口接單片機總線，為保證在有效的ds18b20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個mosfet管來完成對總線的上拉。當ds18b20處于些存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10s。采用寄生電源供電方式時vdd和gnd端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送端接口必須是三態(tài)的。單片機at89s52vc ds18b20dqgndvcc4.7k圖4.3 ds18b20采用電源供電方式的電路圖單片機at89s52vccvcc ds18b20ds18b20ds18b204.7 k圖4.4 ds18b20采用寄生電源的電路圖ds18b20數(shù)字溫度計是dallas

48、公司生產(chǎn)的1wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線上可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。本次試驗采用電源供電方式的供電方式。具體的實物硬件連接圖如圖4.5所示圖4.5傳感器db18b20與單片機at89s52實物硬件連接圖4.3 1602lcd液晶顯示屏4.3.1 lcd1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量為16×2個字符；芯片工作電壓為4.55.5v；工作電流為2.0ma（5.0v）；模塊最佳工作電壓為5.0v；字符尺寸為2.95×4.35（w×h）mm。4.3.2 lcd1602的引腳說明lcd16

49、02采用標準的14腳接口，其中:第1腳：vss為地電源。第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳4.3.3控制指令說明 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如

50、4.5表所示：表4.5 控制命令表序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、

51、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01h，光標復位到地址00h位置指令2：光標復位，光標返回到地址00h 指令3：光標和顯示模式設(shè)置 i/d：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 b：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯

52、示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置 指令8：ddram地址設(shè)置 指令9：讀忙信號和光標地址 bf：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù) 指令11：讀數(shù)據(jù) 4.3.4 lcd液晶顯示屏與單片機接口電路設(shè)計本系統(tǒng)的顯示部分采用lcd1602字符顯示模塊，與采用數(shù)碼管相比，硬件連接和軟件調(diào)試上都由優(yōu)勢。只要把要顯示的內(nèi)容放進液晶模塊的顯示存儲器里面就可以直觀的顯示出指定的內(nèi)容，操作方便。lcd1602與單片機的連接圖，如圖4.6所示：圖4.6 lcd液晶

53、顯示屏與單片機接口硬件連接圖其中，單片機的p0.0p0.2引腳與lcd1602的46引腳相連，因為at89s52單片機的p0口沒有上拉電阻，所以在它們中間接一個5.1千歐姆的電阻，它們數(shù)據(jù)的讀寫功能。單片機的p2.0p2.8引腳與lcd1602的714引腳相連，進行數(shù)據(jù)的通訊傳輸。4.4 鍵盤電路設(shè)計本系統(tǒng)的操作接口采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)，獨立式按鍵是指直接用i/o口線構(gòu)成的單個按鍵電路，每個獨立式按鍵單獨有一根i/o口線，每根i/o口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它i/o口線的工作狀態(tài)。由于獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單但每個按鍵必須占用一根i/o口線，在按鍵數(shù)量較多時，i/o 口線的浪費較

54、大，故在按鍵數(shù)量不多時，常采用這種按鍵電路。本系統(tǒng)提供三個按鍵:復位鍵，上限值加一鍵，上限值加一鍵。上限值加一鍵和上限值加一鍵的電路圖如圖4.7所示，按鍵分別由at89s52的p0.3, p0.4, rst鍵檢測這三個開關(guān)量輸入。圖4.7 鍵盤硬件連接圖按鍵的操作說明：若按下上限值加一鍵，程序中的報警溫度設(shè)定值就會增加一攝氏度，若按下上限值減一鍵，程序中的報警溫度設(shè)定值就會減少一攝氏度，如果按下復位鍵，程序中的報警溫度設(shè)定值就會自動返回到原來初始的設(shè)定值。4.5 報警電路設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機與蜂鳴器相連來顯示當前系統(tǒng)所處的狀態(tài)來報警。如圖圖4.8所示，其中p3.0口與蜂鳴器相連，在p3.0與蜂鳴器中間接一個200歐姆的電阻起到防止電流過大，保護器件的作用。圖4.8 報警硬件連接圖 報警電路說明：當實際溫度值低于溫度下限值時，蜂鳴器不響報警（綠）燈亮，表示當前溫度值低于上限值，系統(tǒng)處于安全狀態(tài)；相反，當實際溫度值高于溫度上限值時，蜂鳴器響報警（綠）燈亮，系統(tǒng)需要報警。 第5章 糧倉多點測溫系統(tǒng)軟件設(shè)計整個軟件包括溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸兩個主要部分組成。其中溫度采集又是由單