基于單片機(jī)的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要在糧食的儲(chǔ)藏的過(guò)程中，由于糧倉(cāng)溫濕度異常而造成糧食變質(zhì)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是 驚人的。目前我國(guó)許多糧食倉(cāng)儲(chǔ)單位采用測(cè)溫儀器與人工抄錄、管理相結(jié)合的傳統(tǒng)方法， 消耗了大量的人力和財(cái)力，并且效果不佳，發(fā)霉變質(zhì)等現(xiàn)象大量存在。因此設(shè)計(jì)智能糧 倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，是倉(cāng)儲(chǔ)單位亟待解 決的重要問(wèn)題。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，溫濕度監(jiān)控問(wèn)題是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。本文通過(guò)全面分析溫 濕度監(jiān)控問(wèn)題的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)展?fàn)顩r，提出了一種溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 法。該系統(tǒng)采用單片機(jī)自動(dòng)檢測(cè)糧倉(cāng)溫濕度信息，并通過(guò)CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行通

2、信， 來(lái)解決糧倉(cāng)內(nèi)溫度和濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和可靠控制的問(wèn)題。進(jìn)而根據(jù)問(wèn)題的特殊性，在檢 測(cè)、存儲(chǔ)和控制實(shí)現(xiàn)上，都做了改良，使問(wèn)題可以在一個(gè)可行的時(shí)間范圍內(nèi)得到解決。 在仿真和模擬試驗(yàn)中，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性，分析了該系統(tǒng)在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的缺乏， 并提出了改良的方法。每個(gè)糧倉(cāng)設(shè)有一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)以 STC89C52 單片機(jī)為核心,主要完成糧倉(cāng)內(nèi)溫 濕度的采集，處理，顯示并做出判斷實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警和無(wú)差控制，還通過(guò) CAN 總線傳至 上位機(jī)有關(guān)信息。上位機(jī)通過(guò)接收智能節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的信息，了解各糧倉(cāng)溫濕度情況，并且 能根據(jù)各智能節(jié)點(diǎn)地址，設(shè)定任何一個(gè)糧倉(cāng)溫濕度的報(bào)警閾值，從而解決了多個(gè)糧倉(cāng)的 溫濕度監(jiān)控問(wèn)題

3、。最后，對(duì)論文工作進(jìn)行了總結(jié)，并說(shuō)明了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究的方向。關(guān)鍵詞：糧倉(cāng)，溫濕度控制，CAN 總線The Design of Barns Temperature and Humidity MonitorSystem based on SCMIn the process of grain storage, grain deteriorates due to the abnormal of the barns temperature and humidity, and the economic losses which brought about are amazing. At present

4、many grain storage units in our country use the traditional methods which is combined of thermometer device, artificial transcription and artificial management, consuming a lot of manpower and financial resources, and the results are poor, the phenomena of mildewing and metamorphism exists in large

5、quantities. Therefore, designing the temperature and humidity monitor system on barn, improving efficiency and achieving real-time monitoring of barns temperature and humidity, is an important problem demanding prompt solution by storage units.In the actual production process, the monitoring of temp

6、erature and humiditys is a very complex issue. In this paper, a method of designing the barns temperature and humidity monitor system after fully analysis the characteristics of temperature and humidity monitor issues and domestic and the research and development status both at home and abroad. The

7、system uses microcomputer to detect the temperature and humidity information automatic, communicate with the host computer by the CAN bus and solve the problem of temperature and humiditys real-time detection and reliable control in the barn. Then according to the specificity of problem, an improvem

8、ent is made on detection, storage and controls realizing, which solves the problem reasonably in relatively short time. In the simulation, the feasibility of the system is verified, the shortage of this system when processing actual problem is also analyzed and the new improvement is raised.Each bar

9、n has an intelligent node, which is based on STC89C52 microcontroller mainly complete the collection and processing of temperature and humidity inside the barn, anddisplay and make judgments on the over-limit alarm and No difference control. It also deliver the relevant information to PC by the CAN

10、bus. Host computer find out each barn s temperatures and humidity through the information coming from intelligent nodes, and set temperature and humidity alarm threshold in every ban based due to every intelligent nodes address, and therefore the problem on Multiple barns temperature and humidity mo

11、nitor has been solved.In the end, the work in this paper is summarized and the further step of this research is clarified.Key Words: barn, temperature and humidity control, CAN-bus1緒論1.1背景“國(guó)以民為本，民以食為天，“兵馬未動(dòng)，糧草先行，這些都充分說(shuō)明糧食對(duì)國(guó) 家的重要性。儲(chǔ)糧是為了防范戰(zhàn)爭(zhēng)、保證非農(nóng)業(yè)人口的糧食消費(fèi)需求、調(diào)節(jié)國(guó)內(nèi)糧食供 求平衡、穩(wěn)定糧食市場(chǎng)價(jià)格、應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害及其它突發(fā)性事件而采取的有效措施

12、， 因此，糧食的科學(xué)儲(chǔ)藏具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義。一般來(lái)說(shuō)，糧食存放在糧倉(cāng)中，大型的糧倉(cāng)可存放數(shù)以萬(wàn)計(jì)的糧食，而且這些糧食 存放的時(shí)間有長(zhǎng)有短。目前，我國(guó)地方及墾區(qū)的各種大型糧倉(cāng)都還存在著不同程度的糧 食儲(chǔ)存變質(zhì)問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家糧食保護(hù)法規(guī)定，必須定期抽樣檢查糧倉(cāng)各點(diǎn)的糧食溫度和 濕度，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施，防止糧食的變質(zhì)。但大局部糧倉(cāng)目前還是采取人工測(cè) 量溫度和濕度的方法，這不僅使糧倉(cāng)工作人員工作量增大，且工作效率低，尤其是大型 糧倉(cāng)的溫度和濕度檢測(cè)任務(wù)如不能及時(shí)徹底完成，那么有可能會(huì)造成糧食大面積變質(zhì)。據(jù) 有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因糧食變質(zhì)而損失的糧食達(dá)數(shù)億千克，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失是 驚

13、人的。影響儲(chǔ)糧平安的最主要因素是糧堆內(nèi)的大氣條件，即溫度和相對(duì)濕度的日變化和季 節(jié)變化，而溫度和濕度兩者之間又是相互關(guān)聯(lián)的。為了保證存放在糧倉(cāng)中的糧食不致腐 爛變質(zhì)，就必須使糧倉(cāng)內(nèi)的溫度和濕度保持在一定的范圍以內(nèi)。利用制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量對(duì)自然空氣進(jìn)行冷卻降溫、除濕，再通過(guò)風(fēng)機(jī)及糧倉(cāng)內(nèi)的通 風(fēng)管道使冷卻后的空氣穿過(guò)糧堆，使糧食溫度降到 15以下進(jìn)行低溫儲(chǔ)藏的一項(xiàng)科學(xué)、 先進(jìn)的糧食儲(chǔ)藏技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)可使糧食的低溫儲(chǔ)藏不受氣候條件的影響，即使在炎 熱的夏季或雨季都可實(shí)現(xiàn)。目前在興旺國(guó)家特別是西歐國(guó)家已獲得了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于 保證糧食品質(zhì)，平安儲(chǔ)藏糧食起著重要的作用。利用機(jī)械制冷方法將糧溫降到515進(jìn)

14、行低溫儲(chǔ)藏是一種科學(xué)、先進(jìn)的儲(chǔ)糧方式， 具有以下特點(diǎn)：1與常溫儲(chǔ)藏相比，低溫儲(chǔ)藏使糧食的呼吸活動(dòng)大大減弱，可延緩糧食的陳化， 保持糧食的新鮮度并降低儲(chǔ)糧自然減量損失。糧食在10時(shí)儲(chǔ)藏，由于呼吸產(chǎn)生的干物質(zhì)損失要比在20和30 時(shí)儲(chǔ)藏分別少4倍和15倍。2當(dāng)糧溫到達(dá)13時(shí)，害蟲(chóng)的繁殖和活動(dòng)就根本停止，糧溫降至10時(shí)完全停 止，因此低溫儲(chǔ)藏可以防止糧食遭受蟲(chóng)害而造成的損失。在一些西歐國(guó)家，低溫儲(chǔ)糧已 不需要進(jìn)行化學(xué)藥劑熏蒸殺蟲(chóng)，從而改善了糧倉(cāng)工人的工作環(huán)境，防止殘留藥劑對(duì)人們 身體健康的危害。3因?yàn)槊咕任⑸锵矞兀缘蜏貎?chǔ)糧使霉菌的活動(dòng)根本停止，可有效地防 止糧食發(fā)生霉變。4糧食在通常儲(chǔ)藏過(guò)程

15、中，含水量一般在12%以下為平安狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生溫度 突變，一旦糧倉(cāng)進(jìn)水、結(jié)露等使糧食的含水量到達(dá)20%以上時(shí)，由于糧粒受潮，胚芽萌 發(fā)，新陳代謝加快而產(chǎn)生呼吸熱，使局部糧食溫度突然升高，必然引起糧食“發(fā)燒和 霉變，并可能形成連鎖反響，從而造成不可挽回的損失。而對(duì)糧食利用機(jī)械制冷方法進(jìn) 行降溫，使得糧食在高于平安水分時(shí)儲(chǔ)藏成為可能，因此可以提高儲(chǔ)糧和加工單位的效 益。對(duì)于稻谷，最適合的碾磨水分是15 %左右，但常溫下稻谷儲(chǔ)藏的平安水分是14 %，加工前需進(jìn)行人工增濕， 使稻谷易于產(chǎn)生爆腰，碾磨的整米率下降。假設(shè)采用人 工冷卻降溫方法， 稻谷可在15 %水分下平安儲(chǔ)藏(見(jiàn)表1.1)，從而提高稻谷碾

16、磨的整米 率，同時(shí)減少儲(chǔ)糧水分減量損失。在西班牙的一個(gè)碾米廠，采用機(jī)械制冷低溫儲(chǔ)藏稻谷 后提高整米率20 %。對(duì)于10000 噸的糧食儲(chǔ)量，在15 %的水分下儲(chǔ)藏，可減少儲(chǔ)糧單位 水分減量損失116173 噸。表1.1糧溫為10時(shí)糧食水分與平安儲(chǔ)藏期的關(guān)系糧食水分(%)糧食平安儲(chǔ)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. 51.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與開(kāi)展趨勢(shì)隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、超大規(guī)模

17、集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的開(kāi)展， 監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，在此同時(shí)，糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控技術(shù)的研究在軟、 硬件等方面都有了一定的進(jìn)展。初期，以熱敏電阻，濕敏電阻作為傳感器件，通過(guò)檢測(cè)電阻的變化來(lái)反映糧食溫濕 度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。采用人工測(cè)量與人工抄錄、管理相結(jié)合的傳統(tǒng)方 法，并且用人工的方法對(duì)糧食進(jìn)行晾曬，通風(fēng)，噴灑藥劑防止因存儲(chǔ)不當(dāng)引起的溫濕度 異常及蟲(chóng)害，消耗了大量的人力和財(cái)力，效率較低，然而往往由于判斷失誤和管理不力， 效果不佳，發(fā)霉變質(zhì)等現(xiàn)象大量存在。廣闊科技工作者近 30 年的共同努力下，糧情檢 測(cè)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(cè)系統(tǒng)

18、，為平安、 科學(xué)儲(chǔ)糧起到了積極作用。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，在糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕 度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫濕度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等方面，比之前有了不少進(jìn)步但 仍有進(jìn)步空間?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路和上位機(jī)的通訊大多采用RS-485，使整個(gè)系統(tǒng)抗干擾能力 差，實(shí)時(shí)性和糾錯(cuò)能力不強(qiáng)，增加了節(jié)點(diǎn)困難。當(dāng)某一通信節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，還會(huì)影響 整個(gè)系統(tǒng)。國(guó)外的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)相比照擬先進(jìn)，主要表達(dá)在以下三個(gè)方面：1無(wú)論是傳感器的測(cè)量精度、反響速度、穩(wěn)定性、功能多樣性還是使用環(huán)境方 面，國(guó)外的傳感器都比擬先進(jìn)。2構(gòu)成系統(tǒng)整體的測(cè)控技術(shù)和管理，無(wú)論是硬件還是軟件，都已普遍采用相應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)模塊集成

19、，并且早已實(shí)現(xiàn)組態(tài)。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)普遍采用網(wǎng)絡(luò)連接的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FCS)，有些需要的場(chǎng)合，那么 連接到Internet上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程診斷。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于控制環(huán)境空間的溫度和相對(duì)濕度，從系統(tǒng)控制的角度來(lái) 看，屬于純滯后控制，而這一技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。目前研制高精度，高性能，多功能的 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)是主流，提高可靠性、靈活性和降低本錢(qián)也是其考慮的重點(diǎn)，并且系統(tǒng) 在報(bào)警、記錄、控制、通信等方面的自動(dòng)化和智能化也將逐步完善。1.3設(shè)計(jì)的目的及意義科學(xué)儲(chǔ)糧是糧食生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，假設(shè)管理不當(dāng)，糧食發(fā)霉或生蟲(chóng)會(huì)造成極大浪 費(fèi)，而糧倉(cāng)管理中最重要的問(wèn)題是監(jiān)測(cè)糧堆中溫度和濕度的變化。糧倉(cāng)一

20、般由幾十個(gè)甚 至上百個(gè)由水泥或鋼板構(gòu)成的圓型倉(cāng)組成，倉(cāng)高 20-30m?，F(xiàn)在，我國(guó)在糧倉(cāng)建設(shè)上己 經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，但是監(jiān)測(cè)手段一直未能實(shí)現(xiàn)同步現(xiàn)代化。我國(guó)許多儲(chǔ)藏糧倉(cāng)每年都因 測(cè)控設(shè)備的不完善而導(dǎo)致局部糧食霉變，許多大型儲(chǔ)藏糧倉(cāng)的測(cè)控設(shè)備仍需高價(jià)進(jìn)口， 因此國(guó)家準(zhǔn)備在未來(lái)的幾年內(nèi)對(duì)全國(guó)所有的糧倉(cāng)進(jìn)行翻新和改造工作，要求標(biāo)準(zhǔn)糧倉(cāng)管 理，實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)管理現(xiàn)代化。影響儲(chǔ)糧平安的最主要因素是糧堆內(nèi)的溫度和濕度，因此這就要求有一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用 的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)糧倉(cāng)溫度和濕度分布，準(zhǔn)確分析糧倉(cāng)溫濕度變化， 并及時(shí)采取相應(yīng)控制措施，使得管理人員能夠方便有效地進(jìn)行監(jiān)控操作。本文只闡述了對(duì)溫濕度的檢測(cè)和

21、控制，以下所說(shuō)糧情僅指溫度和濕度，但涉及到的 一些方法也適合其他糧情檢測(cè)情況。在綜合研究國(guó)內(nèi)糧倉(cāng)管理現(xiàn)狀和開(kāi)展的前提下，吸 收了國(guó)內(nèi)多種糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)后，我們?cè)O(shè)計(jì)了自己的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系 統(tǒng)。該糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，用單片機(jī)作為前沿機(jī)或叫下位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、 分析和控制，用 PC 機(jī)作為監(jiān)控機(jī)或叫上位機(jī)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò) CAN 總線實(shí) 現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信，從而實(shí)現(xiàn)即時(shí)遙測(cè)遙控功能。該系統(tǒng)具有可靠性和高性價(jià) 比，而且操作維修簡(jiǎn)便，具有檢測(cè)、數(shù)顯、控制等諸多功能。糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)場(chǎng)的前沿機(jī)檢測(cè)糧食儲(chǔ)藏庫(kù)中糧食的根本溫濕度情 況，并結(jié)合其他糧情信息如入倉(cāng)時(shí)間、品

22、種、倉(cāng)型、天氣狀況等進(jìn)行綜合分析溫 濕度設(shè)定，實(shí)時(shí)溫濕度顯示，報(bào)警電路，然后通過(guò)控制電機(jī)啟停，到達(dá)對(duì)溫濕度的控 制。利用監(jiān)控室的上位機(jī)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)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(shí)候把糧倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳到控制室，管理人員不需要深入現(xiàn)場(chǎng)，就可以按 照所需的溫濕度要求對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)的溫濕度情況進(jìn)行控制，還可以查看歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng) 作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了國(guó)家糧食儲(chǔ)藏平安水平，以獲得實(shí)時(shí)糧倉(cāng)管理，實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化、智能化，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧倉(cāng)管理現(xiàn)代化更近了一步。1.4設(shè)計(jì)的主要工作該課題主要利用單片機(jī)來(lái)測(cè)量并控制糧倉(cāng)中的溫度和濕度，為了完成這個(gè)測(cè)量監(jiān)控 系統(tǒng)的任務(wù)需要做以下設(shè)計(jì)：(1

23、) 根據(jù)糧倉(cāng)溫度、濕度的測(cè)量范圍及要求，選擇溫濕度傳感器。 (2) 設(shè)計(jì)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，使之具有多點(diǎn)測(cè)量及實(shí)時(shí)顯示的功能。 (3) 設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)控制單元，使之能快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地控制溫濕度。 (4) 設(shè)計(jì)基于 CAN 總線的遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)及基于 VB 的人機(jī)界面。1.5本文的研究?jī)?nèi)容本文對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和總結(jié)，具體安排如下： 第一章為緒論，主要介紹了本系統(tǒng)的研究意義，研究現(xiàn)狀，開(kāi)展方向以及本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容； 第二章為方案選擇和總體設(shè)計(jì)，主要介紹了溫濕度的根本概念和測(cè)量方法，及由此確定的本系統(tǒng)方案，并對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹； 第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要對(duì)系統(tǒng)中各模塊的硬件電路結(jié)構(gòu)，主要功能

24、及相關(guān)性能進(jìn)行了介紹； 第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，主要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)所用程序進(jìn)行了介紹，并對(duì)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)； 第五章為系統(tǒng)抗干擾技術(shù)，主要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所受的主要干擾，以及在硬件和軟件方面的抗干擾措施進(jìn)行了介紹； 第六章為總結(jié)，那么是對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和仿真及畢業(yè)論文的撰寫(xiě)過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)系統(tǒng)完成的功能和存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，還對(duì)下一步如果繼續(xù)做下去的 工作內(nèi)容進(jìn)行了陳述。第七、八、九章，分別為致謝，參考文獻(xiàn)和附錄。2方案選擇與總體設(shè)計(jì)2.1 溫濕度的相關(guān)概念u 溫度Temperature 溫度是表示物體冷熱程度的物理量，從分子運(yùn)動(dòng)論觀點(diǎn)看，溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)

25、的劇烈程度。分子運(yùn)動(dòng)愈快，物體愈熱，即溫度愈高；分子運(yùn)動(dòng)愈慢，物 體愈冷，即溫度愈低。溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計(jì)意義，對(duì)于 個(gè)別分子來(lái)說(shuō)，溫度是沒(méi)有意義的。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái)間接測(cè)量，而用來(lái)量度物體溫度 數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)零點(diǎn)和測(cè)量溫度的根本單位。 目前國(guó)際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)()、攝氏溫標(biāo)°C、熱力學(xué)溫標(biāo)(K)和 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，它決定一個(gè)系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡狀 態(tài)，它的根本特征在于一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。隨著物體溫度 的變化，物體的狀態(tài)會(huì)在固態(tài)、液體和氣態(tài)之間變化。整個(gè)世界

26、這么精彩就是因 為這些不同的分子、原子在不同的溫度下變化而來(lái)的。u 濕度Humidity 濕度是表示大氣枯燥程度的物理量，在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，那么空氣越枯燥；水汽越多，那么空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶觥皾穸?，在 此意義下，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、比擬濕度、混合比、飽和差以及露點(diǎn)等物理量來(lái) 表示。絕對(duì)濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米， 其計(jì)算見(jiàn)公式2.1。絕對(duì)濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度。絕對(duì)濕度 只有與溫度一起才有意義，因?yàn)榭諝庵心軌蚝械乃魵獾牧侩S溫度的變化而變 化。高度不同絕對(duì)濕度也不同，因?yàn)殡S著高度的變化空氣的體積變

27、化。rw =Rw e= m·T V 其中的符號(hào)分別是：rw 絕對(duì)濕度，單位是克/立方米 e 蒸汽壓，單位是帕斯卡 Rù 水的氣體常數(shù)=46J/(kg K) T 溫度，單位是開(kāi)爾文 m 在空氣中溶解的水的質(zhì)量，單位是克 V 空氣的體積，單位是立方米 相對(duì)濕度RH是絕對(duì)濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高，其計(jì)算的見(jiàn)公式2.2。相對(duì)濕度是 0%的空氣不含水蒸氣，相對(duì)濕度 為 100%的空氣是飽和的空氣，相對(duì)濕度超過(guò) 100%的空氣中的水蒸氣一般凝結(jié)出 來(lái)。隨著溫度的增高空氣中可以含的水就越多，也就是說(shuō)，在同樣多的水蒸氣的情況下溫度升高相對(duì)濕度就會(huì)降低。j =

28、rwrM ·100% = e ·100%E 2.2其中的符號(hào)分別是： j 表示相對(duì)濕度，單位是 1rM 最高濕度，單位是克/立方米 E 飽和蒸汽壓，單位是帕斯卡隨著糧倉(cāng)中濕度的變化，糧倉(cāng)中的糧食會(huì)因?yàn)闈穸却蠖铀侔l(fā)芽或發(fā)霉，也會(huì)因濕 度小變得枯燥。但是，糧食的水分到底有多少那么與相對(duì)濕度的大小直接有關(guān)，相對(duì)濕度 小，說(shuō)明空氣所含水蒸汽量還遠(yuǎn)沒(méi)有接近飽和量，也就是說(shuō)還能容納更多的水分，相對(duì) 濕度大，說(shuō)明空氣所含水蒸汽量己接近飽和量不能再容納更多的水分，反而會(huì)吸收空氣 中的水分。假設(shè)用絕對(duì)濕度來(lái)表示庫(kù)房濕度時(shí)，很難準(zhǔn)確反映糧食中水分的變化，故糧倉(cāng) 中濕度都用相對(duì)濕度來(lái)表示。所以

29、，通常我們說(shuō)的糧倉(cāng)濕度大小，都是指糧食的相對(duì)濕 度大小。而濕度與溫度息息相關(guān)，所以我們也要關(guān)心糧倉(cāng)的溫度上下。2.2 溫濕度的測(cè)量方法u 溫度的測(cè)量方法 溫度不能直接測(cè)定，它的測(cè)定是采用間接的手段，通過(guò)觀察另一種物質(zhì)，即所謂測(cè)溫介質(zhì)的物理特性變化的方法來(lái)確定。按照測(cè)量體是否與被測(cè)介質(zhì)接觸，可分為接 觸式測(cè)溫法和非接觸式測(cè)溫法兩大類。接觸式測(cè)溫法的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象接觸，兩者之間進(jìn)行充分的 熱交換，最后到達(dá)熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì) 象的溫度值。這種方法優(yōu)點(diǎn)是直觀可靠，缺點(diǎn)是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布， 接觸不良等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)

30、對(duì)感溫元件的性能和 壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。非接觸式測(cè)溫法的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行 熱交換，故可以防止接觸式測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸 式測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá) 1/1000 秒，故便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫 度。由于受物體的發(fā)射率、被測(cè)對(duì)象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他的 介質(zhì)的影響，這種方法一般測(cè)溫誤差較大。u 濕度的測(cè)量方法 濕度測(cè)量技術(shù)中最準(zhǔn)確的方法是絕對(duì)濕度測(cè)量的稱重法，國(guó)際上普遍使用該法作為濕度基準(zhǔn)，其次是作為二級(jí)檢定標(biāo)準(zhǔn)的阿斯曼通風(fēng)干濕計(jì)。但是這兩種方法都難以用于 自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)傳感測(cè)量，工程技術(shù)中常采用絕對(duì)濕度、相

31、對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度表 示法和相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)。相對(duì)濕度測(cè)量：空氣的相對(duì)濕度所表達(dá)的是其中水氣接近飽和的程度，是指標(biāo)準(zhǔn)狀 況下，空氣中水氣的摩爾分?jǐn)?shù)與相同條件下純水外表的飽和水氣的摩爾分?jǐn)?shù)之比表示 為%RH。相對(duì)濕度測(cè)量主要用于要求保持一定濕度氣氛的紡織、薄膜生產(chǎn)等行業(yè)，武器 裝備封存、倉(cāng)儲(chǔ)等場(chǎng)所，防止材料的腐蝕、霉變主要依賴于相對(duì)濕度控制。相對(duì)濕度的測(cè)量方法有毛發(fā)濕度計(jì)、干濕溫度計(jì)、各種露點(diǎn)計(jì)等人工視檢測(cè)量方式， 而應(yīng)用最為普及的相對(duì)濕度測(cè)量方法是溫濕度自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)所采用的各種類型的多路 溫度與濕度檢測(cè)系統(tǒng)的研制。2.3溫濕度傳感器的選取要考慮用何種原理的傳感器，首先要看所進(jìn)行的具體測(cè)量工作，這需

32、要分析多方面 的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)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，那么需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下 具體問(wèn)題：量程的大小、被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求、測(cè)量方式是接觸式的還是非接 觸式的、信號(hào)的引出方法、傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格是否能承受。在考慮上述問(wèn)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(biāo)。傳感器的具體指標(biāo)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?yàn)橐笤礁卟粌H會(huì)帶來(lái)本錢(qián)的提高，也會(huì)帶來(lái)信號(hào)處理 的難度，噪音等問(wèn)題。在滿足檢測(cè)系統(tǒng)要求的前提下我們

33、一般選擇價(jià)格廉價(jià)和簡(jiǎn)單的傳 感器。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)溫濕度檢測(cè)大都采用模擬溫濕度傳感器經(jīng)前端放大、信號(hào)調(diào)理、A/D 變 換和數(shù)據(jù)線性修正等過(guò)程來(lái)完成。放大、A/D 電路的性能對(duì)測(cè)量的精度影響較大，特別 是當(dāng)傳感器經(jīng)較長(zhǎng)距離傳輸后與電路相連時(shí)，對(duì)電路要求更加嚴(yán)格。為提高測(cè)量精度， 需增加系統(tǒng)本錢(qián)和花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行硬件電路及軟件的調(diào)試。而數(shù)字溫度傳感器其信 號(hào)的處理都在芯片內(nèi)部完成，芯片在生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行了數(shù)據(jù)的線性校正，用戶只需通過(guò)一定 的協(xié)議從芯片中取出數(shù)字信號(hào)，就可完成精度較高的溫度測(cè)量，不必考慮模擬信號(hào)帶來(lái) 的不便，大大降低了產(chǎn)品的本錢(qián)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。本系統(tǒng)中，我采用集溫度、濕度測(cè)量于一體的數(shù)字傳感

34、器 DHT21，溫度傳感器濕 度傳感器合二為一，防止了溫度和濕度在同時(shí)測(cè)量或讀取時(shí)引起的沖突，簡(jiǎn)單方便，快 速高效，經(jīng)濟(jì)耐用。采用該款傳感器防止了模擬傳感器帶來(lái)的共地干擾和線路干擾問(wèn)題， 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和智能化程度，并在一定程度上降低了 系統(tǒng)本錢(qián)。DHT21 輸出數(shù)字量已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，傳感器包括電容式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè) 溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接，無(wú)需額外部件，只有一根信號(hào)線，便于擴(kuò) 展，性能穩(wěn)定，并且比同類產(chǎn)品要廉價(jià)的多，所以用在這里是我們理想的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，采用集散控制的方法，每個(gè)糧倉(cāng)配備一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制器?，F(xiàn)場(chǎng)控

35、制器只有在接收到上位主控計(jì)算機(jī)的指令時(shí)才進(jìn)行其相應(yīng)操 作，其他時(shí)間單獨(dú)工作，并不斷向上位機(jī)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)如下：²當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制器可以繼續(xù)工作，不會(huì)影響控制功能；²溫濕度控制器的工作狀態(tài)由現(xiàn)場(chǎng)控制器獨(dú)立控制；²當(dāng)某一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制器出現(xiàn)故障時(shí)，可以立即利用備用的現(xiàn)場(chǎng)控制器替換，不會(huì) 影響其他糧倉(cāng)溫濕度的控制，保證控制質(zhì)量。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括現(xiàn)場(chǎng)控制器的硬件、軟件設(shè)計(jì)，上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)。按照目標(biāo) 要求，現(xiàn)場(chǎng)控制器完成的功能如下：Ø采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度并傳給上位機(jī)，根據(jù)設(shè)定溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，滿足控制要求；Ø通過(guò) CAN 總線與上位機(jī)機(jī)

36、進(jìn)行通信；Ø顯示當(dāng)前的溫濕度測(cè)量值、設(shè)定值、實(shí)時(shí)時(shí)間；Ø可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定溫濕度理想值；Ø在溫濕度超限時(shí)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警；Ø能實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的掉電保護(hù)。 上位機(jī)軟件完成的功能如下：Ø采集、儲(chǔ)存溫濕度值，繪制、打印實(shí)時(shí)曲線；Ø設(shè)定溫濕度上下限，并給出報(bào)警；Ø控制現(xiàn)場(chǎng)控制器是否發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；Ø查詢、打印溫濕度數(shù)據(jù)的歷史曲線；Ø與現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通信，顯示控制器狀態(tài)。 根據(jù)糧倉(cāng)溫濕度范圍和控制精度要求，采用數(shù)字溫濕度復(fù)合傳感器 DHT21。由于使用 CAN 總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與主控室的通信，傳輸距離可到達(dá) 10km，最高通信速

37、率可達(dá)1Mbps，完全能滿足通信距離和通行速率的要求。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有干擾，為了保證系統(tǒng) 可靠工作，采用自帶看門(mén)狗的單片機(jī) STC89C52，保證有干擾時(shí)，程序能夠自動(dòng)復(fù)位并 開(kāi)始正常工作。根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)任務(wù)及總體設(shè)計(jì)方案，繪制系統(tǒng)的總體框圖如圖 2.1 所示。圖 2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理圖本系統(tǒng)以糧倉(cāng)的溫濕度為監(jiān)測(cè)對(duì)象，主要由 PC 機(jī)、USB 轉(zhuǎn) CAN 總線模塊和智能 節(jié)點(diǎn)三局部組成。位于主控室的上位監(jiān)控機(jī)，可以隨時(shí)隨地通過(guò)界面友好、使用方便的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn) 對(duì)各個(gè)糧倉(cāng)中各采集點(diǎn)溫濕度的監(jiān)控。作為信號(hào)傳輸層的 USB 轉(zhuǎn) CAN 總線模塊是連接 上位監(jiān)控機(jī)和智能節(jié)點(diǎn)的橋梁，上位監(jiān)控機(jī)發(fā)出的控制

38、信號(hào)，以及智能節(jié)點(diǎn)的反響信號(hào) 都是通過(guò)它傳遞的。糧倉(cāng)內(nèi)的智能節(jié)點(diǎn)，能獨(dú)立完成溫濕度的測(cè)量和控制，還能通過(guò) CAN 總線與上位監(jiān)控機(jī)通信，并根據(jù)命令按照上位機(jī)的設(shè)定溫濕度進(jìn)行控制以及決定 是否向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，智能節(jié)點(diǎn)原理圖如圖 2.2 所示。圖 智能節(jié)點(diǎn)原理圖東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第 12 頁(yè)智能節(jié)點(diǎn)由 STC89C52 最小系統(tǒng)和 DHT21 溫濕度測(cè)量電路，鍵盤(pán)輸入電路，LCD 液晶顯示電路，聲光報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，輸出控制電路以及 CAN 總線通信模塊構(gòu)成，能完成對(duì)一個(gè)糧倉(cāng)內(nèi)多點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)采集，溫濕度控制，能輸入所 要控制到的溫濕度值，能顯示出溫濕度值

39、和實(shí)時(shí)時(shí)間，能超限報(bào)警，有掉電保護(hù)功能， 還能通過(guò) CAN 總線接口與 CAN 總線通信。智能節(jié)點(diǎn)的原理框圖如圖 2.3 所示。圖 2.3智能節(jié)點(diǎn)的原理框圖因?yàn)楣虘B(tài)繼電器的輸入控制屬于兩位控制，只有開(kāi)或關(guān)兩個(gè)狀態(tài)，不能進(jìn)行線性控 制，所以其控制算法采用 PWM 控制。為了到達(dá)很快的控制速度，很高的控制精度，取 得令人滿意的控制效果，再結(jié)合糧倉(cāng)溫濕度這一被控對(duì)象的特點(diǎn)，系統(tǒng)中，對(duì)傳統(tǒng)的 PWM 控制又做了一些改良。系統(tǒng)控制原理框圖如圖 2.4 所示。圖 2.4系統(tǒng)控制原理框圖系統(tǒng)中，下位機(jī)通過(guò)程序控制各外圍器件的工作，完成檢測(cè)實(shí)時(shí)溫濕度，判斷是否報(bào)警，并控制溫濕度，還能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，其主程

40、序流程圖如圖 2.5 所示。開(kāi)始初始化讀取溫濕度標(biāo)值向CGRAM寫(xiě)字符設(shè)定狀態(tài)？否是清看門(mén)狗存放器 否 上位機(jī)允許？是 發(fā)送到can總線設(shè)定并顯示設(shè)定值 聲光報(bào)警處理存儲(chǔ)溫濕度設(shè)定值 PWM控制輸出數(shù)字濾波接收can總線數(shù)據(jù) 顯示前數(shù)據(jù)處理否 發(fā)向本節(jié)點(diǎn)？ 否顯示溫濕度？是算出溫濕度設(shè)定值 是 顯示實(shí)時(shí)溫濕度存儲(chǔ)溫濕度設(shè)定值 讀取實(shí)時(shí)時(shí)間讀取實(shí)時(shí)溫濕度 顯示實(shí)時(shí)時(shí)間圖 2.5下位機(jī)主程序流程圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1STC89C52 簡(jiǎn)介STC89C52 是 STC 公司推出的 8 位單片機(jī)，與 MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容，超強(qiáng)的加 密功能，極高的擦寫(xiě)次數(shù)大于 100000。STC89C52 最

41、高可支持 80MHz 時(shí)鐘頻率，具有 1 個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器WDT，4 個(gè)中 斷優(yōu)先級(jí)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用了 12M 的時(shí)鐘頻率，用 T0 產(chǎn)生 PWM 脈沖，用 WDT 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在本系統(tǒng)中，每個(gè)糧倉(cāng)設(shè)一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)以 STC89C52 為現(xiàn)場(chǎng)控制器，可以 實(shí)現(xiàn)一個(gè)糧倉(cāng)內(nèi)溫濕度的監(jiān)控。系統(tǒng)中，單片機(jī)用到的各引腳與外圍電路的連接情況為： P07 連接數(shù)據(jù)采集電路，P00、P01 、P02 以及 P03 連接 CAN 總線通信模塊，P10、P11、 P12 以及 P2 口連接 LCD，P13、P14 和 P15 連接 DS1302，P04、P05、P06、P32 以及 P33 連接鍵盤(pán)

42、電路，P34 連接聲光報(bào)警電路，P35 連接輸出控制電路，P36 和 P37 連接掉 電保護(hù)電路，STC89C52 的最小系統(tǒng)如圖 3.1 所示。圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2數(shù)據(jù)采集電路本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集電路是由多路模擬開(kāi)關(guān)和一系列的數(shù)字溫濕度傳感器DHT21 構(gòu)成的，每個(gè)傳感器都有特定的編號(hào)，在特定的位置測(cè)量，其電源一直供電，通過(guò)單片 機(jī)控制多路模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通，選擇性讀取具體的某一個(gè)DHT21的測(cè)量結(jié)果，多路模擬開(kāi) 關(guān)逐個(gè)導(dǎo)通就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)數(shù)據(jù)采集。DHT21是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字 模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

43、采 用該款傳感器防止了模擬傳感器帶來(lái)的共地干擾和線路干擾問(wèn)題，同時(shí)也防止了溫度和 濕度分開(kāi)測(cè)量和處理的復(fù)雜和麻煩，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和 智能化程度，并在一定程度上降低了系統(tǒng)本錢(qián)。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī) 相連接，無(wú)需額外部件。每個(gè)DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)，校 準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這 些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷，連接方便。該產(chǎn)品具有品質(zhì) 卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，超小的體積、極低的功耗，較遠(yuǎn)的 信號(hào)

44、傳輸距離，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最正確選那么，其應(yīng)用領(lǐng)域有 暖通空調(diào)、汽車(chē)、家電、氣象站、醫(yī)療、濕度調(diào)節(jié)器、除濕器、數(shù)據(jù)記錄器、測(cè)試及檢 測(cè)設(shè)備等，傳感器的實(shí)物圖和封裝信息如下圖。圖3.2DHT21實(shí)物及封裝圖3.2.1DHT21 性能說(shuō)明DHT21 的主要性能指標(biāo)如表 3.1 所示。表3.1 傳感器性能說(shuō)明響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量條件25，1m/s 空氣參數(shù)條件MinTypMax單位供電電流測(cè)量mA待機(jī)mA采樣周期-12-S濕度分辨率-%RH-16-Bit重復(fù)性-±1-%RH精度25-±3-%RH050-±5%RH互換性可完全互換響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)

45、-2-S遲滯-±-%RH長(zhǎng)期穩(wěn)定性典型值-±1-%RH/yr溫度分辨率-16-Bit重復(fù)性-±-精度-±量程范圍-40-80響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)6-20S注：采樣周期不得低于最小值，否那么會(huì)引起錯(cuò)誤。建議連接線長(zhǎng)度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用適宜的上拉電阻。DHT21的標(biāo)值供電電壓為5V，傳感器上電后，要等待 1s 以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳VDD電源正極，供電 -DC，GND電源負(fù)極，接 地，這兩個(gè)引腳之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。DATA引腳是串行數(shù)據(jù)接口，用于微處理器與 DH

46、T21之間的通訊和同步，采用單 總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間5ms左右，具體格式在下面說(shuō)明，當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸為40bit， 高位先出。NC引腳是空腳，要懸空，不能接VCC或GND。3.2.3DHT21 數(shù)據(jù)格式DHT21 所能測(cè)量的，溫度和濕度都是有一位小數(shù)的數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)格式如式 3.1 所示。40bit數(shù)據(jù)=16bit濕度數(shù)據(jù)+16bit溫度數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和 校驗(yàn)和的算法和驗(yàn)證如式所示。濕度高8位+濕度低8位+溫度高8位+溫度低8位=和的末8位=校驗(yàn)和 例如：接收40bit數(shù)據(jù)為0000 00101000 11000000 00010101 11111110 1110 驗(yàn)證：0000 0010+

47、1000 1100+0000 0001+0101 1111=1110 1110，那么對(duì)應(yīng)濕度=RH溫度=當(dāng)溫度低于0時(shí)溫度數(shù)據(jù)的最高位置1。例如：-表示為1000 0000 0110 01013.2.4DHT21 時(shí)序用戶主機(jī)MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后，DHT21從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式， 等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT21發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采 集，總線上的信號(hào)如圖3.3所示。由于主機(jī)從DHT21讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測(cè) 量值，如兩次測(cè)量間隔時(shí)間很長(zhǎng)，那么要連續(xù)讀兩次以獲得實(shí)時(shí)的溫濕度值。圖 主從機(jī)對(duì)話信號(hào)空閑時(shí)總線為高電平，通訊開(kāi)始時(shí)主機(jī)(MCU)拉低總

48、線500us后釋放總線，延時(shí)20-40us后主機(jī)開(kāi)始檢測(cè)從機(jī)DHT21的響應(yīng)信號(hào)，從機(jī)的響應(yīng)信號(hào)是一個(gè)80us左右的 低電平，隨后從機(jī)在拉高總線80us左右代表即將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送，總線上的信號(hào)如圖3.4 所示。圖 開(kāi)始數(shù)據(jù)傳送時(shí)信號(hào)高電平后就是數(shù)據(jù)位，每1bit數(shù)據(jù)都是由一個(gè)低電平時(shí)隙和一個(gè)高電平組成。低電 平時(shí)隙就是一個(gè)50us左右的低電平，它代表數(shù)據(jù)位的起始，其后的高電平的長(zhǎng)度決定數(shù) 據(jù)位所代表的數(shù)值，較長(zhǎng)的高電平代表1，較短的高電平代表0。共40bit數(shù)據(jù)，當(dāng)最后一 位數(shù)據(jù)傳送完畢后，從機(jī)將再次拉低總線50us左右，隨后釋放總線，由上拉電阻拉高。數(shù)字1信號(hào)表示方法如下圖，數(shù)字0信號(hào)表示方法

49、如下圖。圖 3.5DHT21 數(shù)字 1 信號(hào)表示法圖3.6DHT21數(shù)字0信號(hào)表示法為了提高系統(tǒng)監(jiān)控的靈活性，在下位機(jī)的設(shè)計(jì)中參加了鍵盤(pán)和顯示功能，這樣不僅可以通過(guò)上位管理機(jī)對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、顯示，下位機(jī)也可直接進(jìn)行設(shè)置和顯示，然后通 過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò)通信給上位管理機(jī)，進(jìn)行同步控制。鍵盤(pán)是由假設(shè)干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)矩陣，它是一種廉價(jià)而常用的輸入設(shè)備。常 用的鍵盤(pán)電路分為兩種：獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。獨(dú)立鍵盤(pán)適合于單個(gè)輸入，一個(gè)鍵盤(pán)對(duì) 應(yīng)一個(gè) I/O 口，可以通過(guò)查詢 I/O 口的上下電平確定按鍵的狀態(tài)。矩陣鍵盤(pán)用于按鍵數(shù) 量較多的場(chǎng)合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線、列線分別

50、連 接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，按鍵個(gè)數(shù)等于行數(shù)乘以列數(shù)，所以可大大節(jié)省 I/O 口的使用。查 詢按鍵的狀態(tài)時(shí)，常用的方法有：行掃描法、列掃描法和線翻轉(zhuǎn)法。使用按鍵時(shí)，必須要考慮的消除按鍵抖動(dòng)的影響，消除按鍵抖動(dòng)簡(jiǎn)稱按鍵消抖，其 方法分為硬件消抖和軟件消抖。硬件消抖有用 RC 濾波電路，單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)態(tài)電路, 用的最多且效果最好的是雙穩(wěn)態(tài)的 RS 觸發(fā)器電路。軟件消抖也就是延時(shí)消抖，節(jié)省硬 件資源，使用廣泛。在本系統(tǒng)中，由于不需要很多按鍵，I/O 口又有大量剩余，系統(tǒng)采用了一個(gè)撥碼開(kāi) 關(guān) K1 和四個(gè)獨(dú)立按鍵開(kāi)關(guān) K2、K3、K4、K5。為了防止在單片機(jī)引腳在懸空狀態(tài)下外 界的干擾可能會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)的

51、誤動(dòng)作，而給每一個(gè)開(kāi)關(guān)加上了 5.1k 上拉電阻來(lái)提高抗干 擾能力。判讀按鍵是否按下，等待按鍵釋放以及按鍵去除抖動(dòng)都是在軟件里實(shí)現(xiàn)的。鍵盤(pán)電路原理圖如圖 3.7 所示。圖3.7鍵盤(pán)電路原理圖3.4LCD 顯示電路3.4.1電路概述系統(tǒng)中，采用了工業(yè)字符型液晶 1602 做信息顯示器件，1602 上下兩行共可顯示 32 個(gè)字符，1602 有體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，功耗低，顯示信息清晰穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)工 作時(shí)，LCD1602 顯示如圖 3.8 所示。圖 3.8LCD1602 顯示的信息3.4.2LCD1602 引腳1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，各引腳說(shuō)明如表 所示。在系統(tǒng)中，單片機(jī) P10、

52、 P11、P12 分別連接著 RS、R/W、E，P2 口連接著數(shù)據(jù)總線 D0D7。通過(guò)這些接口， 單片機(jī)控制著 LCD1602 的工作。表3.2LCD1602引腳功能說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地6E使能信號(hào)2VDD電源正極典型值 5V7-14D0D7Data I/O 數(shù)據(jù)線3VL液晶顯示偏壓信號(hào)可調(diào)15BLA背光源正極4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端H/L16BLK背光源負(fù)極5R/W讀/寫(xiě)選擇端H/L3.4.3LCD1602 控制器整個(gè) 1602 模塊主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成?？刂?器主要由指令存放器 IR、數(shù)據(jù)存放器 DR、忙標(biāo)志位 BF、地址計(jì)

53、數(shù)器 AC、字符顯示緩 沖區(qū) DDRAM、標(biāo)準(zhǔn)字模區(qū) CGROM、自建字模區(qū) CGRAM 及時(shí)序發(fā)生電路組成。指令存放器 IR，內(nèi)部存儲(chǔ) DDRAM 和 CGRAM 中的數(shù)據(jù)顯示的指令代碼和地址信數(shù)據(jù)存放器 DR，內(nèi)部暫時(shí)存儲(chǔ)單片機(jī)與模塊內(nèi)部 DDRAM 和 CGRAM 之間的傳送數(shù)據(jù)，內(nèi)部操作使 DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間的數(shù)據(jù)傳送自動(dòng)進(jìn)行。忙標(biāo)志位 BF，為“1說(shuō)明模塊正在進(jìn)行內(nèi)部操作，此時(shí)不接受任何外部指令和數(shù) 據(jù)；只有 BF 為“0時(shí)，單片機(jī)才能訪問(wèn)模塊。地址計(jì)數(shù)器 AC，是 DDRAM 或者 CGRAM 的地址指針。隨著 IR 中指令碼的寫(xiě)入， 指令碼中攜帶的地址信息自動(dòng)送入 AC 中，并確定 AC 做 DDRAM 還是 CGRAM 的地址 指針。DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間完成一次數(shù)據(jù)傳送后，AC 會(huì)自動(dòng)加 1 或減 1。字符顯示緩沖區(qū) DDRAM，存儲(chǔ)顯示字符的字符碼，直接和屏幕上的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，屏 幕上的一個(gè)點(diǎn)和 DDRAM 中的一個(gè)位對(duì)應(yīng)，共 80 個(gè)字節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)字模區(qū) CGROM，保存了