糧倉(cāng)溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)1引言1.1課題研究的目的和意義糧食是人類賴以生存的基本物質(zhì)，是關(guān)系國(guó)民生計(jì)的重要物資，也是軍需民食的特殊商品。中國(guó)有句老話：“常將有日思無(wú)日，莫待無(wú)時(shí)想有時(shí)”，居安思危，未雨綢繆，永遠(yuǎn)不會(huì)過(guò)時(shí)。隨著糧食流通體制改革的不斷深化、糧食市場(chǎng)全面放開(kāi)已成定局,隨著人民生活水平的提高，全社會(huì)對(duì)糧食質(zhì)量問(wèn)題提出了新的要求；加入世界貿(mào)易組織后糧食貿(mào)易的全球化，客觀上也要求糧食質(zhì)量工作與國(guó)際接軌。面對(duì)新形勢(shì)，如何加強(qiáng)儲(chǔ)糧工作，發(fā)揮糧食部門在糧食儲(chǔ)存方面的優(yōu)勢(shì)，是擺在糧食儲(chǔ)備工作面前的一個(gè)重要課題。目前我國(guó)地方各大型糧庫(kù)都存在著不同程度的糧食儲(chǔ)存變質(zhì)的問(wèn)題。大部分糧庫(kù)還采取人工測(cè)量溫度

2、的方法，不僅增大了糧庫(kù)工作人員的工作量，而且工作效率底，尤其是大型糧庫(kù)的溫度測(cè)量不能及時(shí)而徹底的完成，導(dǎo)致大面積壞糧的情況時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因糧食儲(chǔ)存不當(dāng)而發(fā)霉變質(zhì)的糧食就達(dá)上億斤，造成無(wú)法估量的的經(jīng)濟(jì)損失。糧食的溫度是影響糧食儲(chǔ)藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關(guān)聯(lián)的，糧食在正常儲(chǔ)藏條件下（即安全條件下），含水量一般在12以下，不會(huì)使糧食溫度發(fā)生突變，一旦糧食受潮含水量增加，超過(guò)20以上時(shí)，就滿足了糧粒發(fā)芽的條件，新陳代謝加快而產(chǎn)生呼吸熱，使局部糧溫升高，必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而造成難以挽回的損失因此，糧食溫度監(jiān)控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是十分重要的。1.2糧倉(cāng)溫度監(jiān)控技

3、術(shù)的研究現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化水平的不斷提高，在各種應(yīng)用領(lǐng)域都大量采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化的進(jìn)程中有著極其重要和廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)控制技術(shù)的采用使各種被控對(duì)象成生明顯令人驚羨的結(jié)果：減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，改善了工作環(huán)境，減少了能量的損耗，增加了資源材料的利用率。特別是20世80年代以來(lái)，控制理論的進(jìn)一步發(fā)展和計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，使自動(dòng)控制取得了輝煌成果。單片機(jī)的應(yīng)用，使嵌入式自動(dòng)控制系統(tǒng)成為一種嶄新的形式，大大擴(kuò)大了自動(dòng)控制的應(yīng)用領(lǐng)域，使自動(dòng)控制成為無(wú)處不在的一種技術(shù)。早期糧情監(jiān)測(cè)主要采用溫度計(jì)測(cè)量法，它是將溫度計(jì)放入特制的插桿中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)插在糧

4、堆的多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，管理人員定期拔出讀數(shù)，確定糧溫的高、低，決定是否倒糧。這種方法對(duì)儲(chǔ)糧有一定的作用，但由于溫度計(jì)精度、人工讀數(shù)的人為因素等原因，溫度檢測(cè)不僅速度慢，而且精度低，抽樣不徹底，局部糧溫過(guò)高不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致因局部糧食發(fā)霉變質(zhì)引起大面積壞糧的情況時(shí)有發(fā)生。邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)1.3溫度傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)發(fā)展極快，相當(dāng)成熟，而傳感器應(yīng)用技術(shù)因?yàn)樾枰褂媚M技術(shù)，而模擬技術(shù)還有很多問(wèn)題難以解決，因此傳感器應(yīng)用技術(shù)也有待進(jìn)一步發(fā)展。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界眾多國(guó)家都把傳感器技術(shù)列為現(xiàn)代

5、的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常將能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器，其實(shí)質(zhì)上是一種功能塊，作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件），主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換；模擬集成溫度傳感器/控制器；智能溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。溫度傳感器按傳感器與被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可

6、分為接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器兩大類，其中，接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)及對(duì)流原理達(dá)到熱平衡，這個(gè)示值即為被測(cè)對(duì)象的溫度。這種測(cè)溫方法精度比較高，并可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)的、熱容量比較小的及對(duì)感溫元件有腐蝕作用的對(duì)象，這種方法將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。非接觸測(cè)溫的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是可測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。溫度傳感器的發(fā)展大致可分為以下幾種：（1）熱電偶傳感器。熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，

7、它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精度；測(cè)量范圍廣，可從-501600進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,特殊的熱電偶如金,鐵,鎳,鉻最低可測(cè)到-269，鎢,錸最高可達(dá)2800。（2）模擬集成溫度傳感器。采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出等功能。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是：功能單一、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。 2邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)（3）光纖傳感器。光纖測(cè)溫技術(shù)可分為

8、兩類:全輻射測(cè)溫法，單輻射測(cè)溫法，雙波長(zhǎng)測(cè)溫法，多波長(zhǎng)測(cè)溫法等。特點(diǎn)是：光纖撓性好、透光譜段寬、傳輸損耗低，無(wú)論是就地使用或遠(yuǎn)傳均十分方便而且光纖直徑小，可以單根、成束、Y型或陣列方式使用，結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單且體積小。缺點(diǎn)是：測(cè)量起來(lái)困難,難于實(shí)現(xiàn)較高的精度，工藝比較復(fù)雜,且造價(jià)高，推廣應(yīng)用有一定困難。（4）半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器。半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是利用了半導(dǎo)體材料的吸收光譜隨溫度變化的特性實(shí)現(xiàn)的。一種傳光型光纖溫度傳感器，是指在光纖傳感系統(tǒng)中，光纖僅作為光波的傳輸通路，而利用其它如光學(xué)式或機(jī)械式的敏感元件來(lái)感受被測(cè)溫度的變化。在這類傳感器中，半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是研究得比較深入

9、的一種。（5）智能溫度傳感器。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，即智能化取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益繁多，數(shù)字溫度傳感器更因適

10、用于各種微處理器接口組成的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。相比較而言，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對(duì)較差，測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)的精度差。數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，并且在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)。邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本章首先進(jìn)行系統(tǒng)需求分析，然后介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方

11、案。2.1系統(tǒng)需求分析本系統(tǒng)主要進(jìn)行溫度的控制，溫度對(duì)糧食儲(chǔ)藏的影響是巨大的，因此，從溫度對(duì)糧食儲(chǔ)藏的影響的角度進(jìn)行系統(tǒng)需求分析。糧食入庫(kù)后，在通常情況下，糧堆水分會(huì)不斷發(fā)生變化。其主要原因是：第一，外濕引起糧堆水分變化。外濕一般只影響到糧食的表層，表層以下無(wú)明顯的日變化，只有幅度不大的年變化，年變幅度平均為1左右。第二，糧堆內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移引起水分變化。不同水分的糧食混同入庫(kù)后，根據(jù)吸濕平衡的規(guī)律，原來(lái)水分含量高的糧粒會(huì)散發(fā)部分水汽而減少水分，而原來(lái)水分含量低的糧粒則會(huì)吸收水汽而增加水分，一直達(dá)到水分相對(duì)平衡，這種現(xiàn)象叫“水分再分配”。另外一種現(xiàn)象叫“濕熱擴(kuò)散”，也能引起糧堆水分變化。當(dāng)糧堆局

12、部溫高濕大時(shí)，其濕熱空氣由于水汽壓力較大，便會(huì)根據(jù)熱量傳導(dǎo)的方向移動(dòng)，即由高溫部位向低溫部位移動(dòng)，導(dǎo)致低溫部分濕度增加，水分增大。糧堆各部分之間溫差越大，濕熱擴(kuò)散就越嚴(yán)重，即使糧食水分較小，如溫差過(guò)大，也可能發(fā)生濕熱擴(kuò)散。第三，溫差結(jié)露引起糧堆水分變化。糧食在貯藏過(guò)程中，由于外界溫度的變化和糧堆內(nèi)生物成分的生命活動(dòng)而引起糧堆各部位出現(xiàn)溫差時(shí)，在濕熱擴(kuò)散和空氣對(duì)流的作用下，糧堆內(nèi)外均易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。它是引起糧堆外層和局部水分增加的最重要原因。糧堆結(jié)露，能使局部水分迅速增加，造成貯糧發(fā)熱霉變以至發(fā)芽的嚴(yán)重后果。因此，必須注意防止結(jié)露。若出現(xiàn)局部水分突然上升，則要采取措施，果斷處理，以防事故擴(kuò)大。氣

13、溫、糧溫和倉(cāng)溫之間的相互影響如表2.1所示。表2.1 三溫的一般規(guī)律變化表糧溫的高低，直接影響到貯糧的安全。在一定的溫度范圍內(nèi)，糧食的呼吸強(qiáng)度隨著溫度的上升而增加，糧食的劣變速度也隨著溫度的上升而加快。實(shí)驗(yàn)表明，常溫下貯藏的小麥經(jīng)過(guò)一段時(shí)間都會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)下降，在化學(xué)成分上一般是干物質(zhì)的分解， 4邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)而在低溫下（指15以下）貯藏的小麥，其劣變速度明顯減緩。另外，在低溫下貯藏小麥，可以保持其新鮮程度，改進(jìn)小麥的工藝、食用和烘焙品質(zhì)。低溫還能抑制蟲(chóng)、霉的生長(zhǎng)，對(duì)安全貯糧十分有利。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中常常使用低溫貯糧技術(shù)解決面粉、大米等成品糧度夏難的問(wèn)題。糧食入庫(kù)后，正常的糧溫主要隨大

14、氣溫度的變化而變化，即氣溫影響倉(cāng)溫，倉(cāng)溫影響糧溫。但由于倉(cāng)庫(kù)具有一定的密閉、隔熱性能，糧堆又是熱的不良導(dǎo)體，糧溫、倉(cāng)溫的升降速度及升降幅度均滯后于氣溫。糧溫受氣溫影響的大小，還與糧堆的孔隙度和倉(cāng)庫(kù)的隔熱和密閉性能、堆裝方式以及入庫(kù)的時(shí)間等多種因素有關(guān)。因此，在分析糧溫變化時(shí)，必須綜合多方面的情況加以考慮，才能準(zhǔn)確地判斷糧溫是否正常，以便及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，做好預(yù)防工作。2.2系統(tǒng)框架系統(tǒng)主要由溫度傳感器、單片機(jī)、串口通訊電路、上位機(jī)、控制電路、時(shí)鐘電路、鍵盤輸入電路、顯示電路、執(zhí)行裝置等組成。后面的控制電路用FPGA（可編程邏輯門陣列）對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行處理，以及對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。本系統(tǒng)進(jìn)行了如下結(jié)構(gòu)

15、設(shè)計(jì)：糧倉(cāng)溫度監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖2.1所示。圖2.1 糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖由單片機(jī)通過(guò)溫度傳感器控制采集溫度信息，并將溫度信息送入控制電路；單片機(jī)選用51系列單片機(jī)AT89S52，除用于采集溫度信息外，還通過(guò)串口通訊電路，將溫度信息傳入上位機(jī)；上位機(jī)為PC機(jī)，用于存儲(chǔ)溫度信息；串口通訊采用異步全雙工通訊方式，考慮到通訊距離問(wèn)題，采用485通訊方式，并在上位機(jī)端進(jìn)行485/232電平轉(zhuǎn)換；控制電路中設(shè)定了度的期望值，鍵盤輸入電路根據(jù)實(shí)際需要，用于改變?cè)撈谕?；顯示電路用于顯示溫度信息的期望值和實(shí)測(cè)值；時(shí)鐘電路為單片機(jī)和控制電路提供工作時(shí)鐘；控制電路除進(jìn)行輸入、顯示控制外，還通過(guò)模糊控制理論控

16、制執(zhí)行電路進(jìn)行升溫/降溫。邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)整個(gè)糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本章主要進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，主要包括溫度數(shù)據(jù)采集電路，單片機(jī)部分以及其它電路的設(shè)計(jì)，其中其它電路包括本節(jié)進(jìn)行串口通訊電路、時(shí)鐘電路、鍵盤電路、顯示電路、控制電路以及執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)。下面逐一介紹各個(gè)部分。3.1溫度數(shù)據(jù)采集電路用于糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是Dallas的DS1820系列溫度傳感器。DS1820是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn),特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行

17、數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理,而且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號(hào)并可存入其ROM中,以便在構(gòu)成溫濕度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出或?qū)懭隓S1820信息僅需要一根口線,其讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線,該總線本身也可以向所掛接的DS1820供電,而無(wú)需額處電源。DS1820能提供九位溫度讀數(shù),它無(wú)需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)，因而使用DS1820可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單.可靠性更高。3.1.1 DS1820溫度傳感器溫度傳感器選用一總線溫度傳感器DS1820。DS1820是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與其它溫度傳感器相比，DS1

18、820具有以下特性：獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊。DS1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。DS1820在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫度范圍55125，固有測(cè)溫分辨率±0.5；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC效驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中

19、也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）系統(tǒng)的硬件雖然簡(jiǎn)單但需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。（2）在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使 6邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。(3)連接DS1820的總線電纜有長(zhǎng)度限制。由于信號(hào)電纜本身存在電阻，距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)將導(dǎo)致信號(hào)衰減。試驗(yàn)中，當(dāng)采

20、用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m。DS1820有PR-35和SOIC兩種封裝形式，管腳排列如表3.1所示。本系統(tǒng)選用PR-35封裝形式。DS1820返回溫度值雖然只有9位，如圖3.1所示。表3.1 DS1820管腳排列圖3.1 DS1820溫度值表示方法D9為符號(hào)位，0表示正，1表示負(fù)，高字節(jié)的其他位（D10D15）是以符號(hào)位的擴(kuò)展位表示的；D0D8為數(shù)據(jù)位，以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。溫度是以1/2LSB形式表示的。表3.2為數(shù)值和溫度的關(guān)系。表3.2 DS1820數(shù)值和溫度的關(guān)系因到糧倉(cāng)內(nèi)環(huán)境溫度不能出現(xiàn)負(fù)溫情

21、況，因此本系統(tǒng)不考慮負(fù)溫情況，這樣，在硬件選取上可以考慮選用商業(yè)級(jí)器件，不必要選用工業(yè)級(jí)器件，可以大幅度降低成本。因此單片機(jī)讀取溫度信息后，只需將低字節(jié)（D0D8）送入上位機(jī)和控制電路即可。邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)3.1.2 測(cè)溫電路圖DS1820測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí),DS1820對(duì)f 0計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)門開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器,可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC

22、)。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值,并和存入DS1820中的CRC值作比較,以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。CRC的函數(shù)表達(dá)式為:CRC=X8+X5+X3+1（占君等.2006）。此外，DS1820尚需依上式為暫存器中的數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)8位CRC送給主機(jī),以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無(wú)誤。在系統(tǒng)安裝及工作之前應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS1820掛接,以讀出其序列號(hào)。其工作過(guò)程為:主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖,待“0”電平大于480s后,復(fù)位DS1820,在DS1820所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后,主機(jī)再發(fā)讀ROM命令代碼33H,然后發(fā)一個(gè)脈沖(15s),并接著讀取DS1820序列號(hào)的一位。用同樣方法讀取序列號(hào)的56位

23、。另外,由于DS1820單線通信功能是分時(shí)完成的,遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此,系統(tǒng)對(duì)DS1820和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行,即:初始化DS1820(發(fā)復(fù)位脈沖)，發(fā)ROM功能命令，發(fā)存儲(chǔ)器操作命令，處理數(shù)據(jù)。DS1820單點(diǎn)測(cè)溫電路框圖如圖3.2所示，其中，網(wǎng)絡(luò)定義P3.4為89S52的P3.4引腳。圖3.2 DS1820單點(diǎn)測(cè)溫電路圖邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)3.2單片機(jī)設(shè)計(jì)部分單片機(jī)選用ATMEL公司的可在線編程的AT89S52，用于溫度采集及數(shù)據(jù)通訊。AT89S52具有一下特點(diǎn)：完全兼容MCS-51指令系統(tǒng);8Kb的可反復(fù)擦寫(xiě)FLASH ROM（程序存儲(chǔ)器）；256個(gè)字節(jié)的內(nèi)RAM；32個(gè)可編

24、程的雙向I/O口（并行I/O口）；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；1個(gè)串行I/O口；內(nèi)置看門狗電路，在程序死機(jī)后自動(dòng)復(fù)位。AT89S52有3個(gè)并行I/O端口，P0:P0.0P0.7、P1.0P1.7、P2.0P2.7。P0端口在沒(méi)有片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通I/O口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為地址線/數(shù)據(jù)線使用。P1端口可以作為普通I/O口使用，同時(shí)P1.0、P1.1、P1.5P1.7還具備特殊功能，如表3.3所示。P2端口在沒(méi)有片外存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通I/O口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為高8位地址使用。表3.3 AT89S52 P1端口的特殊功能表3.4 AT89S52 P3端口的特殊功能單片機(jī)

25、在本糧倉(cāng)溫度監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于通訊及溫度采集。P0口用于將溫度信息送入控制電路，P3.0、P3.1用于與上位機(jī)的串行通訊，P3.4接DS1820。單片機(jī)與控制電路共用一個(gè)外部時(shí)鐘，采用片內(nèi)存儲(chǔ)器，設(shè)有上電復(fù)位功能。電路圖見(jiàn)圖3.3，選用PLCC-44封裝的AT89S52。邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)圖3.3 AT89S52連接關(guān)系圖4軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)4.1 FPGA控制電路源程序library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity c6

26、ispro(clk,pt0,pt1,pt2,pt3,pt4,pt5,pt6,pt7,ph,pdt1,pdt2,pdt3,pdt4,pdh1,pdh2,pdh3,pdh4;instd_logic;a,b,c,d,e,f,g,db,t_100,t_10,t_1,t_db,t0_10,t0_1,h_10,h_1,h0_10,h0_1:out std_logic); end c6;architecture Behavioral of c6 issignal cnt4:std_logic_vector(3 downto 0);signal tn_cnt7:std_logic_vector(6 downt

27、o 0);signal tn_cnt12:std_logic_vector(11 downto 0);signal tn_H:std_logic_vector(3 downto 0);signal tn_C:std_logic_vector(3 downto 0);signal tn_L:std_logic_vector(3 downto 0);signal tn_Hout:std_logic_vector(3 downto 0);signal tn_Cout:std_logic_vector(3 downto 0);signal tn_Lout:std_logic_vector(3 down

28、to 0);signal tn0_cnt7:std_logic_vector(6 downto 0);邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)signal tn0_cnt8:std_logic_vector(7 downto 0); signal tn0_H:std_logic_vector(3 downto 0); signal tn0_L:std_logic_vector(3 downto 0); signal tn0_Hout:std_logic_vector(3 downto 0); signal tn0_Lout:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn_cnt

29、7:std_logic_vector(6 downto 0); signal hn_cnt8:std_logic_vector(7 downto 0); signal hn_H:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn_L:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn_Hout:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn_Lout:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn0_cnt7:std_logic_vector(6 downto 0); sig

30、nal hn0_cnt8:std_logic_vector(7 downto 0) signal hn0_H:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn0_L:std_logic_vector(3 downto 0); signal hn0_Hout:std_logic_vector(3 downto 0 signal hn0_Lout:std_logic_vector(3 downto 0 signal cnt9:std_logic_vector(8 downto 0); signal cntout:std_logic_vector(3 downto 0)

31、; signal tn:std_logic_vector(6 downto 0); signal tn1:std_logic_vector(6 downto 0); signal dtn:std_logic_vector(6 downto 0); signal kn:std_logic_vector(6 downto 0); signal kn1:std_logic_vector(6 downto 0); signal hn:std_logic_vector(6 downto 0); signal hn1:std_logic_vector(6 downto 0); signal dhn:std

32、_logic_vector(6 downto 0); signal dth:std_logic_vector(7 downto 0); signal t0:std_logic_vector(6 downto 0); signal h0:std_logic_vector(6 downto 0); signal dt0:std_logic_vector(6 downto 0); signal dh0:std_logic_vector(6 downto 0); signal fdt0:std_logic_vector(6 downto 0); signal fdh0:std_logic_vector

33、(6 downto 0); signal tn0:std_logic_vector(6 downto 0); signal hn0:std_logic_vector(6 downto 0); signal x1:std_logic_vector(6 downto 0); signal x2:std_logic_vector(6 downto 0); signal x3:std_logic_vector(6 downto 0); signal dx1:std_logic_vector(6 downto 0); signal dx2:std_logic_vector(6 downto 0); si

34、gnal dx3:std_logic_vector(6 downto 0); signal y1:std_logic_vector(6 downto 0); signal y2:std_logic_vector(6 downto 0); 11邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)signal y3:std_logic_vector(6 downto 0);signal dy1:std_logic_vector(6 downto 0);signal dy2:std_logic_vector(6 downto 0);signal dy3:std_logic_vector(6 downto 0);signal c

35、t:std_logic_vector(5 downto 0);signal ch:std_logic_vector(5 downto 0);signal led:std_logic_vector(6 downto 0);signal tzero,clk1,clk2,hclk,kt,led_dth_in:std_logic;signal t_a1,t_a2,t_a3,t_a4,t0_a1,t0_a2,h_a1,h_a2,h0_a1,h0_a2,db1:std_logic; begin-時(shí)鐘部分-process(clk)beginif clk'event and clk='0

36、9;thencnt4<=cnt4+'1'cnt9<=cnt9+'1'end if;end process;clk1<=cnt9(8);-采樣周期clk2<=cnt9(6);-鍵盤輸入控制時(shí)鐘-溫度初始目標(biāo)值設(shè)定-t0<='0010100''-溫度初始設(shè)定，20.0度-鍵盤輸入部分，用于手動(dòng)改變溫度設(shè)定值-dth_in(0)<=pdt1;dth_in(1)<=pdt2;dth_in(2)<=pdt3;dth_in(3)<=pdt4;dth_in(4)<=pdh1;dth_in(5)

37、<=pdh2;dth_in(6)<=pdh3;dth_in(7)<=pdh4;process(clk2)beginif clk'event and clk2='1'thencase dth_in iswhen"00000001"=>dt0<=dt0+'1'when"00000010"=>fdt0<fdt0+'1'1;when"00000100"=>dt0<=dt0+''1010''when&qu

38、ot;00001000"=>fdt0<=fdt0+''1010''when"00010000"=>dh0<=dh0+'1'when"00100000"=>fdh0<=fdh0+'1'when"01000000"=>dh0<=dh0+''1010''when"10000000"=>fdh0<=fdh0+''1010''wh

39、en"00000000"=>led_dth_in<='1'邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)when others=>led_dth_in<='0'-報(bào)警，同時(shí)按下兩個(gè)或兩個(gè)以上按鍵- end case;end if;end process;-溫度初始目標(biāo)值設(shè)定-tn0<=t0+dt0-fdt0;hn0<=h0+dh0-fdh0;-溫度及其增量采集部分-th(0)<=pt1;th(1)<=pt2;th(2)<=pt3;th(3)<=pt4;th(4)<=pt5;th(5)<=pt6

40、;th(6)<=pt7;-th:溫度整數(shù)部分tzero<=pt0;-tzero:溫度小數(shù)不分hclk<=ph;process(hclk)beginif hclk'event and hclk='1'thenkn<=kn+'1'end if;end process;process(clk)beginif clk'event and clk='1'thenif tn>=tn1 then-tn1,kn1,hn1:tn,kn,hn的前一狀態(tài)dtn<=tn-tn1;-dtn:溫度增量kt<='

41、;0'-kt:符號(hào)位，為'0'表示溫度升高，為'1'表示溫度降低elsedth<=tn1-tn;kt<='1'end if;if kn>=kn1 thenhn<=kn-kn1;-hn:溫度if kn-kn1>=hn1 thendhn<=kn-kn1-hn1kn<='0'elsedhn<=hn1-(kn-kn1);kh<='1'end if;elsehn<="1111111"-kn1+kn;邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)if"

42、1111111"-kn1+kn>=hn1 then dhn<="1111111"-kn1+kn-hn1 kh<='0'elsedhn<=hn1-("1111111"-kn1+kn); kh<='1'end if;end if;end if;if clk'event and clk1='0'then tn1<=tn;kn1<=kn;hn1<=hn;end if;end process;4.2 單片機(jī)測(cè)溫源程序測(cè)溫程序代碼：DS1820.C#include<REG52.H>sbit DQ=P34;/定義端口 typedef u