糧倉(cāng)溫濕度綜合參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)

1、摘 要 糧食是人類(lèi)生存的必需品，溫度與濕度是保存好糧食的先決條件，隨著中國(guó)加入WTO和糧食市場(chǎng)的逐漸開(kāi)放，儲(chǔ)存大量的糧食對(duì)穩(wěn)定國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。本文介紹了一種基于RS485總線(xiàn)的多功能大型糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng); 詳細(xì)描述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理、硬件電路組成和軟件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和濕度,還能做出反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度控制和濕度控制都采用了多路模擬開(kāi)關(guān)分時(shí)傳輸，通過(guò)糧倉(cāng)測(cè)控器、分站等分析處理，并在PC上位機(jī)中顯示出來(lái)，可以方便工作人員對(duì)各個(gè)糧庫(kù)的即時(shí)情況進(jìn)行了解。通風(fēng)機(jī)能對(duì)糧倉(cāng)的溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié),不用人為控制,保證了準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器

2、可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、與PC機(jī)通信、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)由三大部分組成：糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)、分站系統(tǒng)、PC上位機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)分級(jí)式管理實(shí)現(xiàn)各級(jí)單片機(jī)對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)各溫濕度傳感器信息的分析和處理，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的整體控制。實(shí)現(xiàn)對(duì)大型糧倉(cāng)系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控功能。關(guān)鍵詞 糧倉(cāng)監(jiān)控，單片機(jī)，控制，溫度，濕度Abstract Food is the human survival necessities, temperature and humidity is to keep the g

3、ood food prerequisites, with China's accession to the WTO and food market gradually open, store large amounts of food to stabilizing the development of national economy play a crucial role. In this paper, a multi-functional based on RS485 bus monitoring system for large granary; a detailed descr

4、iption of the overall structure of the system principle, the hardware circuit and software design. The system can not only real-time monitoring of temperature and humidity can be adjusted to respond. Temperature control and humidity control using a multi-channel analog switch time transmission, moni

5、toring and control through the granary, and sub-stations, such as analysis, and PC in the PC show up, it will be convenient to all depot staff real-time understanding of the situation. Fan grain can adjust the temperature and humidity, not human control, to ensure accuracy. The system has three majo

6、r components: the granary monitoring systems, sub-station system, PC host computer system. Through management to achieve at all levels of classification of the granary of all single-chip temperature and humidity sensor information analysis and processing, and host computer system to achieve the over

7、all control. Granary system to achieve the automation of large-scale monitoring.Key Words gramary monitor， monolithic integrated circuit;，control， temperature， humidity 目 錄摘 要IAbstractII1 引 言11.1研究的背景和意義11.2國(guó)內(nèi)外糧倉(cāng)技術(shù)現(xiàn)狀21. 2 .1按溫度傳感器分類(lèi)31.2.2 按通訊方式分類(lèi)41.3糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)5l.4本文的主要工作62 方案的選定及論證72.1 溫度傳感器的選擇72.2

8、 濕度傳感器的選擇72.3 信號(hào)采集通道的選擇72.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)要求82.4.1系統(tǒng)基本功能82.4.2 系統(tǒng)主要技術(shù)要求83 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)93.1 信號(hào)采集103.1.1 溫度傳感器103.1.2 濕度傳感器123.2 信號(hào)的分析與處理143.2.1 多路開(kāi)關(guān)143.2.2 A/D轉(zhuǎn)換163.2.3 單片機(jī)AT89S51193.3 分站信息的分析與處理263.3.1 分站主控單片機(jī)MSP430F149263.3.2 單片機(jī)與PC機(jī)和糧倉(cāng)測(cè)控器通信電路313.4 RS485總線(xiàn)通信323.4.1 RS485總線(xiàn)的特點(diǎn)323.4.2 RS485總線(xiàn)的構(gòu)成及工作方式323.4.3 RS485

9、長(zhǎng)距離傳輸特性334 程序設(shè)計(jì)344.1 糧倉(cāng)測(cè)控器程序設(shè)計(jì)344.2 分站程序設(shè)計(jì)354.3 各部分程序分析364.3.1 復(fù)位初始化子程序364.3.2讀出轉(zhuǎn)化后溫/濕度值的子程序364.3.2 寫(xiě)溫/濕度子程序374.3.3 讀溫/濕度子程序37結(jié) 論39致 謝40參 考 文 獻(xiàn)41附 錄 A1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電路圖43附 錄 A1.2 單片機(jī)子程序44- 45 -糧倉(cāng)溫度、濕度綜合參數(shù)監(jiān)測(cè)儀1 引 言1.1研究的背景和意義 中國(guó)是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，糧食是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。糧食年產(chǎn)量和常年儲(chǔ)存量均居世界首位。中央糧食儲(chǔ)備有較為完善的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施和技術(shù)保障，在保證國(guó)家糧食安全

10、方而發(fā)揮著重要作用。但是，我國(guó)還有一半以上的糧食儲(chǔ)存在農(nóng)民的手中，這些糧食的儲(chǔ)藏安全是國(guó)家糧食安全的重要組成部分。長(zhǎng)期以來(lái)由于各種原因，忽視了農(nóng)戶(hù)糧食儲(chǔ)藏技術(shù)的研究與推廣，農(nóng)戶(hù)糧食的儲(chǔ)藏技術(shù)非常落后，給國(guó)家和人民造成了巨大的損失。與此同時(shí)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)所依賴(lài)的資源正在告急，如耕地而積的減少，水土流失日益嚴(yán)重，生態(tài)平衡逍到嚴(yán)重破壞，人口仍在增長(zhǎng)的狀況。中國(guó)科學(xué)院在我國(guó)土地的人口承載能力研究中指出：我國(guó)糧食最大可能生產(chǎn)能力為8.3億噸，按聯(lián)合國(guó)確定的最低標(biāo)準(zhǔn)人均500KG計(jì)，16.6億人口是我國(guó)國(guó)土的人口承載能力的極限。這就迫使我們必須將糧食產(chǎn)后的損失降低到最低限度，減少糧食的儲(chǔ)減損失無(wú)疑是利國(guó)利民

11、的大事，是保證國(guó)家糧食安全的大事。在這樣的彤勢(shì)下，國(guó)家投資興建了一批大型現(xiàn)代化糧庫(kù)，最大糧庫(kù)方圓幾公里，倉(cāng)庫(kù)房數(shù)為數(shù)十個(gè)。由于大型糧倉(cāng)中糧倉(cāng)的容量和糧庫(kù)的規(guī)模都是前所未有的，這些因素對(duì)原有的小糧庫(kù)的正常運(yùn)行帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。主要問(wèn)題有如何隨時(shí)掌握每個(gè)倉(cāng)內(nèi)糧食的質(zhì)量變化情況，保證入庫(kù)的糧食在較長(zhǎng)一段時(shí)間的保存期內(nèi)不變質(zhì)。糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)包括：糧食檢測(cè)、分析與通風(fēng)控制?！凹Z食檢測(cè)”所起的作用就像“人工”保管時(shí)期保管人員的“眼睛”和“鼻子”，對(duì)糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中各種糧情進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，并密切關(guān)注著糧情的實(shí)時(shí)變化?！凹Z食情況分析”就像保管人員的“大腦”，對(duì)通過(guò)“眼睛”和“鼻子”觀察到各種糧情及變化情況，并根據(jù)

12、糧食儲(chǔ)藏技術(shù)的特點(diǎn)和糧食儲(chǔ)藏的各種環(huán)境條件進(jìn)行綜合分析與判斷，給出相應(yīng)的結(jié)論及處理建議。“通風(fēng)控制”就像保管人員的“手”和“足”，根據(jù)“大腦”的結(jié)論和處理建議來(lái)采取相應(yīng)處理措施，以確保糧食處在良好的儲(chǔ)藏狀態(tài)，保證糧食儲(chǔ)藏的安全。糧食檢測(cè)是糧糧食儲(chǔ)減過(guò)程中糧堆溫度、倉(cāng)內(nèi)溫、濕度、大氣溫、濕度等基本檢測(cè)參數(shù)變化的記錄。糧情檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)電源電纜、通訊電纜將訃算機(jī)、檢測(cè)主機(jī)、檢測(cè)分機(jī)、分線(xiàn)器和測(cè)溫電纜等連結(jié)起來(lái)構(gòu)成的系統(tǒng)。糧食檢測(cè)過(guò)程是把埋在糧堆內(nèi)的溫度傳感器所感應(yīng)到糧堆內(nèi)的溫度變化情況，通過(guò)分線(xiàn)器、檢測(cè)分機(jī)、檢測(cè)主機(jī)而反映到主控機(jī)房的計(jì)算機(jī)上，使保管人員可以隨時(shí)觀察糧堆內(nèi)的溫度變化情況，并采取相應(yīng)

13、處理措施，以確保糧食儲(chǔ)藏過(guò)程的安全。建立糧食監(jiān)測(cè)產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用新體系，應(yīng)從實(shí)際需要出發(fā)，從日前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平出發(fā)，而向遍布全國(guó)各產(chǎn)區(qū)和銷(xiāo)區(qū)糧庫(kù)的不同倉(cāng)房類(lèi)型和功能的糧情檢測(cè)成套系列化產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的滿(mǎn)足糧食儲(chǔ)藏的不同需求。1.2國(guó)內(nèi)外糧倉(cāng)技術(shù)現(xiàn)狀 糧倉(cāng)測(cè)控技術(shù)的研究是科學(xué)保糧的重要技術(shù)之一。隨著國(guó)家農(nóng)業(yè)政策的不斷完善，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與推廣，國(guó)家糧食總產(chǎn)量不斷突破歷史新高。但國(guó)家的糧食儲(chǔ)備狀況卻沒(méi)有得到明顯改善，傘國(guó)80左右的糧食仍采用原始的存儲(chǔ)方式。初期，以銅電阻，熱敏電阻作為傳感器件，通過(guò)檢測(cè)電阻的變化來(lái)反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據(jù)。據(jù)此工作靠人測(cè)量，效率低，

14、準(zhǔn)確性差。在糧食部門(mén)各級(jí)級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和糧食行業(yè)科技主管部門(mén)的支持下，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，糧食檢測(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)，為安全、科學(xué)儲(chǔ)糧起到了積極的作用。在儲(chǔ)藏過(guò)程中，糧食受溫度、濕度及其它因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲(chóng)害等情況。為了減少糧食儲(chǔ)減過(guò)程中的損失，保障糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，首先應(yīng)該及時(shí)準(zhǔn)確地掌握糧食儲(chǔ)減過(guò)程中并種物理因素的變化情況，找出其變化規(guī)律。法國(guó)儲(chǔ)糧專(zhuān)家Jc. Lasscran.D.Berhant采用溫度調(diào)節(jié)器來(lái)控制溫度。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)500噸、高16米的中型倉(cāng)中進(jìn)行。研究表明，在低溫氣候，從夏季到秋季經(jīng)2

15、-3次通風(fēng)每次要持續(xù)幾個(gè)晚上，每天4-10小時(shí)，可將溫度從30降到5，在冬天糧溫可保持不變，在春天有所上升，經(jīng)過(guò)年的實(shí)踐表明：不僅衛(wèi)生狀況良好，而且糧食的品質(zhì)沒(méi)有變化；澳大利亞Gib等專(zhuān)家最近研究一種以PC機(jī)為些礎(chǔ)的可遙控和檢測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)控制器，該控制器包括一臺(tái)PC機(jī)和相關(guān)的軟件、氣象預(yù)報(bào)和糧堆中的靈敏兀件。它能靈活地、有效地控制通風(fēng)系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行情況。目前，他們正進(jìn)一步完善該通風(fēng)控制系統(tǒng)并建立通風(fēng)過(guò)程中熱量和物質(zhì)水分轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型；1987年我國(guó)吳子丹等報(bào)道了儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)在藏房?jī)?nèi)通風(fēng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型表示糧食平衡水分的關(guān)系。用該模型編制電算

16、程序，觀察糧食的通風(fēng)效果，并根據(jù)物理參數(shù)的變化，確定控制同分的有效方式；1988年王善順等報(bào)道了機(jī)械通風(fēng)儲(chǔ)糧與自動(dòng)控制，并介紹了機(jī)械通風(fēng)控制器的試驗(yàn)情況：2004年湯慶慶設(shè)計(jì)了糧庫(kù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)從溫度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸方式、上位機(jī)監(jiān)控軟件三個(gè)方面入手對(duì)糧庫(kù)系統(tǒng)加以改進(jìn)：2005年施偉祥研究了基丁CAN總線(xiàn)的糧食監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成了對(duì)各倉(cāng)房的溫濕度的實(shí)時(shí)巡檢，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析來(lái)掌握糧食的儲(chǔ)存情況?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情檢測(cè)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(wú)外乎糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等幾項(xiàng)。防潮、防霉、防腐、防爆是倉(cāng)庫(kù)日常工作

17、的重要內(nèi)容，是衡量倉(cāng)庫(kù)管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問(wèn)題是加強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)工作。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的自動(dòng)化溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng)。1. 2 .1按溫度傳感器分類(lèi) (1)熱敏電阻 以溫度變化導(dǎo)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(jiǎn)單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點(diǎn)

18、，在多項(xiàng)溫度測(cè)量應(yīng)用中受到廣泛歡迎，同樣也是國(guó)內(nèi)糧情檢測(cè)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，室溫電阻通常也較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號(hào)調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線(xiàn)性關(guān)系。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩種，但在溫度測(cè)量應(yīng)用中，正溫度系數(shù)熱敏電阻較少得到采用，更多采用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。以下提及的熱敏電阻均指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)的硬件由上位機(jī)、通信接口電路、智能分機(jī)、溫度分線(xiàn)器、測(cè)溫電纜、濕度分線(xiàn)器、測(cè)濕探頭和通風(fēng)控制器組成。在上位機(jī)上運(yùn)行糧情檢測(cè)系統(tǒng)軟件，對(duì)檢測(cè)到的溫濕度

19、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕度條件判斷是否可以進(jìn)行通風(fēng)，手動(dòng)或自動(dòng)控制通風(fēng)機(jī)械的啟動(dòng)和停止。通信轉(zhuǎn)換電路分為內(nèi)置式和外掛式兩種，主要完成兩種通信協(xié)議之間的銜接轉(zhuǎn)換功能。只能分機(jī)是由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路和通信電路組成，主要功能包括接受上位機(jī)下達(dá)的指令，將現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的模擬信號(hào)數(shù)字化、向上位機(jī)傳送溫濕的數(shù)字化值、向通風(fēng)控制器下達(dá)啟動(dòng)或停止指令等。溫濕度分線(xiàn)器主要完成接收智能分機(jī)下達(dá)的指令、將模擬開(kāi)關(guān)切換到指定的溫濕度測(cè)量點(diǎn)等功能。通風(fēng)控制器主要功能是根據(jù)智能分機(jī)下達(dá)的指令控制通風(fēng)機(jī)械的啟動(dòng)和停止。智能分機(jī)與溫濕度分線(xiàn)器和通風(fēng)控制器之間均采用單根多芯電纜連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、維護(hù)方便、成本低等諸多

20、優(yōu)點(diǎn)。 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的測(cè)溫電纜是糧情檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，它是將多個(gè)熱敏電阻置入一根測(cè)溫電纜之中，電纜內(nèi)加細(xì)鋼牲繩提高抗拉強(qiáng)度、外加絕緣護(hù)套密封防腐。采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)范圍一般在-40+50之間，檢測(cè)精度為±l，完全滿(mǎn)足糧情溫度檢測(cè)的需要。根據(jù)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，一般在單根測(cè)溫電纜上置入34個(gè)熱敏電阻，特別適合房式倉(cāng)儲(chǔ)糧環(huán)境。 (2)數(shù)字式溫度傳感器 數(shù)字式溫度傳感器的種類(lèi)也不少，但用于糧情檢測(cè)系統(tǒng)的溫度傳感器主要是美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的DSl8B20系列溫度傳感器，其溫度檢測(cè)范圍為-55+125，檢測(cè)精度為±O 5。Dsl

21、8B20采用l-wlre接口，封裝形式有PR-35和8-PINSOIC兩種，糧情檢測(cè)系統(tǒng)中采州的是PR-35 封裝。Dsl8820采用9個(gè)位表示測(cè)溫點(diǎn)的溫度值，每個(gè)Dsl8820內(nèi)部都設(shè)置有一個(gè)單一的序列，因此可以使多個(gè)Ds18B20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)上。Dsl8820內(nèi)部分為4個(gè)部分：1)64位序列號(hào)；2)保存臨時(shí)數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM；3)保存水久數(shù)據(jù)的2字節(jié)EEPROM；4)溫度傳感器。 采用數(shù)字式溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用檢測(cè)單元替代了智能分機(jī)、擴(kuò)充接線(xiàn)器替代了溫度分線(xiàn)器。檢測(cè)單元與智能分機(jī)的區(qū)別在于沒(méi)有用于將溫度信號(hào)數(shù)字化的A/

22、D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是l-wire總線(xiàn)與上層通信總線(xiàn)之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則檢測(cè)單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機(jī)是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使檢測(cè)單元的電路設(shè)計(jì)更為容易。 采用Ds18B20 溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)溫電纜與熱敏電阻測(cè)溫電纜大不相同，該測(cè)溫電纜最多只需3根導(dǎo)線(xiàn)即可連接多個(gè)Dsl8B20溫度傳感器。最為簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)大致相同，只是川檢測(cè)單元替代了智能分機(jī)、擴(kuò)充接線(xiàn)器替代了溫度分線(xiàn)器。檢測(cè)單元與智能分機(jī)的區(qū)別在丁沒(méi)有用于將溫度信號(hào)數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是1-Wire總線(xiàn)與上層通信總線(xiàn)之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕

23、度傳感器則檢測(cè)單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機(jī)是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使檢測(cè)單元的電路設(shè)計(jì)更為容易。 采用Ds18B20溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)溫電纜與熱敏電阻測(cè)溫電纜大不相同，該測(cè)溫電纜最多只需3根導(dǎo)線(xiàn)即可連接多個(gè)Dsl8B20溫度傳感器。最為簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)是利用Dsl8B20可以通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電的特點(diǎn)，在測(cè)溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個(gè)Dsl8820溫度傳感器，這樣不僅使測(cè)溫電纜的制造簡(jiǎn)便、成本下降，而且提高了測(cè)溫電纜的抗拉強(qiáng)度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點(diǎn)使得采用Dsl8820溫度傳感器的糧情檢測(cè)系統(tǒng)更適川于高大糧倉(cāng)(如淺圓倉(cāng)、立筒倉(cāng))的應(yīng)用環(huán)境，可

24、以解決高大糧倉(cāng)在不需重新安裝測(cè)滯電纜的情況下更換測(cè)溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對(duì)位置。1.2.2 按通訊方式分類(lèi) (1)Rs-485總線(xiàn)接口網(wǎng)絡(luò) 在Rs一422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的Rs一485總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。與Rs一232一樣，Rs一22與Rs一485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶(hù)口可以建立自己的高層通信協(xié)議。Rs一485具有遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)(256個(gè))以及傳輸線(xiàn)成本低的特性，是一種基于差分信號(hào)傳送的串行通信鏈路層協(xié)議。它解決了Rs-232協(xié)議傳輸距離太近(400m)的缺陷，是工業(yè)上廣泛采用的較長(zhǎng)距

25、離數(shù)據(jù)通信鏈路層協(xié)議。 由于它使用一對(duì)雙絞線(xiàn)傳送差分信號(hào)，屬半雙工通信，所以需要進(jìn)行接收和發(fā)送狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。前而我們說(shuō)過(guò)，很多設(shè)備都帶有Rs 232c串口且對(duì)它提供了很好的支持，所以現(xiàn)在對(duì)Rs-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的用法多是通過(guò)Rs-232/Rs-485接口轉(zhuǎn)換芯片來(lái)進(jìn)行。與Rs-232c總線(xiàn)接口網(wǎng)絡(luò)相比，就是增加了接口芯片，其他方而幾乎是一樣的，相當(dāng)于是Rs-232C總線(xiàn)接口網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)，所以額外的軟硬件成本也是非常低的，但它所能連的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，傳輸距離長(zhǎng)(1200m)，所以較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信時(shí)廣泛采用這種方案。Rs-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1-l所示。(2)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以

26、智能儀表和分散控制為特色的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，把工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)帶入了一個(gè)新的叫代。然而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)仍存在很大的局限性。首先，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主要是低速網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備的計(jì)算能力和信息處理能力較低，土要用于數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)的輸出，只能實(shí)現(xiàn)一簡(jiǎn)單的控制算法。其次，日前出現(xiàn)了Lonworks、FF、CAN等多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品之間很難實(shí)現(xiàn)互操作?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)自身技術(shù)的局限性以及多種總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)共存的局而，限制了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)一步發(fā)展。在過(guò)程控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)互不兼容，信息網(wǎng)絡(luò)存在協(xié)議上的鴻溝，導(dǎo)致出現(xiàn)“自動(dòng)化孤島”，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的不同層次間傳動(dòng)的數(shù)據(jù)信息已變的越來(lái)

27、越復(fù)雜，不利于建成整個(gè)開(kāi)放式的控制系統(tǒng)。圖1-1 RS-485總線(xiàn)示意圖(3)基于TCP/IP協(xié)議的有線(xiàn)以太網(wǎng)隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議己成為世界范圍內(nèi)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，基于TCP/lP協(xié)議的以太網(wǎng)可以滿(mǎn)足上業(yè)控制系統(tǒng)各個(gè)層次的需求。與以往的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相比，基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)具有很多優(yōu)勢(shì)。以太網(wǎng)有更高的通信帶寬，能夠滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)通信的需要。通過(guò)TCP/IP協(xié)議，可以方便的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和企業(yè)管理層的無(wú)縫連接。而且，以太網(wǎng)設(shè)備價(jià)格低廉，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能夠大大降低控制系統(tǒng)的成本。而隨著告高速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以網(wǎng)作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)性方面的問(wèn)題

28、正逐漸得以解決。種種跡象表明，基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將成為下一代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的重要選擇，并將帶來(lái)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)新的變革。1.3糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 分布 日前工業(yè)控制的發(fā)展我們可以分為五個(gè)階段：人工控制階段、以模擬表為主的控制階段、計(jì)算機(jī)參與與控制的階段、分散控制DCS(Distribute Control Systcm)階段、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制FCS(Field Bus Control Systcm)階段。網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是目前最有活力，發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得信息的交換速度、范圍、信息量得到了極大的提高。隨著網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，使得在線(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)成為可能。我們可以利用遠(yuǎn)在千里

29、之外的專(zhuān)家，來(lái)解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，它改變了傳統(tǒng)的信息傳播方式，對(duì)人類(lèi)的生活方式造成了重大影響。 智能化 利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，巨大的存儲(chǔ)空間，從而能夠?qū)⒎N植者的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)管理軟件固化起來(lái)，指導(dǎo)非專(zhuān)業(yè)人員或技術(shù)不熟練人員代替專(zhuān)家進(jìn)行工作。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到重視并逐步發(fā)展。 其次，為了適應(yīng)各地地域特點(diǎn)、氣候差異，糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)還表現(xiàn)出多樣性以及個(gè)性化的特點(diǎn)。 l.4本文的主要工作 基于對(duì)糧倉(cāng)智能化測(cè)控系統(tǒng)的研究，本文的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 收集資料，了解更多關(guān)于糧食儲(chǔ)藏、糧倉(cāng)環(huán)境因子情況，掌握日前國(guó)內(nèi)外糧情測(cè)控系統(tǒng)的研究狀況，分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)， 設(shè)計(jì)糧倉(cāng)溫濕度綜

30、合參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的整體組成方案， 研制傳感器的檢測(cè)電路以及各部分組成電路，完成量請(qǐng)測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 分別設(shè)計(jì)糧倉(cāng)測(cè)控器和分站程序流程，編寫(xiě)2 方案的選定及論證當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)的輸入通道，由計(jì)算機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參

31、量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。2.1 溫度傳感器的選擇采用AD590，它的測(cè)溫范圍在-55+150之間，而且精度高。M擋在測(cè)溫范圍內(nèi)非線(xiàn)形誤差為±0.3。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且，無(wú)需進(jìn)行線(xiàn)性校正，所以使用也非常方便，借口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。2.2 濕度傳感器的選擇測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間

32、接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸取ｋ娙菔?、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線(xiàn)上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。相對(duì)濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200p

33、F，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/。可見(jiàn)精度是較高的。2.3 信號(hào)采集通道的選擇在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為72路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。我們選定多路分時(shí)的模擬量輸入通道。這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：（1） 對(duì)ADC、S/H要求高。（2） 處理速度慢。（3） 硬件簡(jiǎn)單，成本低。（4） 軟件比較復(fù)雜。圖2.1 多路分時(shí)的模擬量輸入通道2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)要求 2.4.1系統(tǒng)基本功能 檢測(cè)溫度、濕度 顯示溫度、濕度 控制溫度濕度 過(guò)限報(bào)警2.4.2 系統(tǒng)主要技術(shù)要求 溫度檢測(cè)范圍 ： -30-+50 測(cè)量精度 ： 0.5 濕度檢測(cè)范圍 ：

34、 10%-100%RH 檢測(cè)精度 ： 1%RH 顯示方式 ： PC機(jī)LCD顯示 報(bào)警方式 ： 三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)PC上位機(jī)分站0#0#測(cè)控器糧倉(cāng)0#分站N#濕度(8)溫度(64)風(fēng)扇RS485RS485N#測(cè)控器糧倉(cāng)N#濕度(8)溫度(64)風(fēng)扇N#測(cè)控器糧倉(cāng)N#濕度(8)溫度(64)風(fēng)扇N#測(cè)控器糧倉(cāng)N#風(fēng)扇溫度(64)濕度(8)RS485本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號(hào)，和A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，我設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的一套檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、與PC機(jī)通信、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等部分的設(shè)計(jì)

35、。下圖為糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖：圖3.1 系統(tǒng)總體框圖PC上位機(jī)單片機(jī)通信接口通信接口測(cè)控器RS485RS485分站圖3.2 分站框圖分站單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器多路模擬開(kāi)關(guān)溫度傳感器單元濕度傳感器單元風(fēng)扇單元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展RS485測(cè)控器圖3.3 糧倉(cāng)框圖本設(shè)計(jì)由PC上位機(jī)、分站和糧倉(cāng)三個(gè)部分組成的。（一） PC上位機(jī) 通過(guò)LCD顯示接收到的信息并控制系統(tǒng)運(yùn)行。 （二） 分站 由單片機(jī)MSP430F149基本系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)等組成；匯總并處理下設(shè)的數(shù)據(jù)信息和上位機(jī)的控制信息。（三） 糧倉(cāng) 由單片機(jī)MSP430F149為主控、AD590、HS1100及多路開(kāi)關(guān)CD4051、報(bào)警系統(tǒng)組成；匯總并處理

36、下設(shè)的數(shù)據(jù)信息和分站的控制信息。3.1 信號(hào)采集3.1.1 溫度傳感器集成溫度傳感器AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。（一） 主要特征AD590是電流型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖3-4所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖3.4所示。圖3.4 AD590外形及電路符號(hào)1、流過(guò)器件的電流（A）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：I T/

37、T=1A /K式中：IT 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位A。T熱力學(xué)溫度，單位K。 2、 AD590的測(cè)溫范圍-55- +150。3、 AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流IT變化1A，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。4、輸出電阻為710M。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線(xiàn)形誤差±0.3。（二） 基本應(yīng)用電路圖3.5是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò)AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和

38、電位器R2的電阻之和為1k時(shí)，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使V0=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只保證在0或25附近有較高的精度。 圖3.5 AD590應(yīng)用電路如圖3.5所示，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0時(shí)調(diào)整R2，使輸出V0=0，然后在100時(shí)調(diào)整R4使V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時(shí)，V0=0mV，100時(shí)V0=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25，那么V0應(yīng)

39、為25mV。冰水混合物是0環(huán)境，沸水為100環(huán)境。3.1.2 濕度傳感器測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸?。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。下面 介紹HS1100/HS1101濕度傳感器及其應(yīng)用。（一） 特點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線(xiàn)性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線(xiàn)上的自

40、動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。圖3.6a為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖3.6b為濕度-電容響應(yīng)曲線(xiàn)。圖3.6a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3.6b 濕度-電容響應(yīng)曲線(xiàn)相對(duì)濕度在1%-100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0.04 pF/?？梢?jiàn)精度是較高的。（二） 濕度測(cè)量電路HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)

41、經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集頻率輸出的555測(cè)量振蕩電路如圖3.7所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。圖3.7 頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源Vs通過(guò)R4、R2 向C充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片

42、內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過(guò)R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來(lái)覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為 t充電=C（R4+R2）Ln2 t放電=CR2 Ln2因而，輸出的方波頻率為f=1/(t放電+t充電)=1/ C（R4+R2）Ln2可見(jiàn)，空氣濕度通過(guò)555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表3.1給出了其中的一組典型測(cè)試值。表3.1 空氣濕度與電壓頻率的典型值3.2 信號(hào)的分析與處理3.2.1 多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)，又稱(chēng)“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路

43、開(kāi)關(guān)通常有n個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端，并通過(guò)地址線(xiàn)上不同的地址信號(hào)把n個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)有n線(xiàn)到一線(xiàn)的接通功能。反之，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)了1線(xiàn)到n線(xiàn)的分離功能。因此，多路開(kāi)關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開(kāi)關(guān)就是很必要的。我選用的是CD4051多路開(kāi)關(guān)，它是一種單片、COMS、8通道開(kāi)關(guān)。該芯片由DTL/TTL-COMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個(gè)COMS模擬開(kāi)關(guān)TG組成。CD4051的內(nèi)部原理框圖如圖3.

44、8所示。 圖3.8 CD4051的內(nèi)部原理框圖圖中功能如下：通道線(xiàn)IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。XCOM（3）：該引腳作為輸出時(shí)，則為公共輸出端；作為輸入時(shí)，則為輸入端。A、B、C（11、10、9）：地址引腳INH（6）：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接至；若INH為低電平，則允許各通道按表3-2關(guān)系和輸出段OUT/IN接通。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負(fù)電源輸入端，極限值為-17V。VGG（7）；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常

45、接+5V或-5V。CD4051作為8選1功能時(shí)，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。其它情況下，輸出端OUT/IN輸出端OUT/IN和各通道的接通關(guān)系如下表3.2：表3.2 CD4051功能表（1）多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為多路的溫度信號(hào)采集，故采用CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路.見(jiàn)圖3.9：圖3.9 模擬信號(hào)采集電路模塊由9片CD4051組成，共72個(gè)模擬信號(hào)接入點(diǎn)，足夠提供64個(gè)AD590溫度傳感器和8個(gè)HS1100/HS1101濕度傳感器輸入。D1-D4端通過(guò)74LS273鎖存器分時(shí)選通單片機(jī)P0口，輸出

46、地址D0-D8，通過(guò)74LS138譯碼器輸出地址接口Y0-Y8,將Y0-Y8分別接至模擬開(kāi)關(guān)CD4051INH口，D5-D7分別接至CD4051的A、B、C地址端，通過(guò)INH、A、B、C地址信息分別選通各管腳對(duì)應(yīng)的傳感器，達(dá)到分時(shí)傳輸?shù)哪康摹?.2.2 A/D轉(zhuǎn)換一A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)為了把溫度、濕度檢測(cè)電路測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，本系統(tǒng)選用了雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，它精度高，分辨率達(dá)1/1999。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開(kāi)關(guān)，可輸入多路模擬量。MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長(zhǎng)

47、，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。目前，國(guó)內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測(cè)量?jī)x器上。常用的有3.5位雙積分A/D裝換器MC14433和4.5位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135二MC14433A/D轉(zhuǎn)換器件簡(jiǎn)介MC14433是三位半雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換 表3.3 DS1選通時(shí)Q3Q0表示的結(jié)果器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約110次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。MC144

48、33A/D轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為199.9mV或1.999V。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出（最高位輸出內(nèi)容特殊，詳見(jiàn)表3.3） 圖3.10 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖圖3.11 MC14433引腳圖MC14433 的框圖（圖3.10）和引腳（圖3.11）功能說(shuō)明各引腳的功能如下：電源及共地端VDD： 主工作電源+5V。VEE: 模擬部分的負(fù)電源端，接-5V。VAG： 模擬地端。VSS： 數(shù)字地端。VR： 基準(zhǔn)電壓。外界電阻及電容端RI： 積分電阻輸入端，VX=2V時(shí)，R1=470；VX=200Mv時(shí)，R1=27K。C1： 積分電容輸入端。C1 一般為0.1µ

49、F。 C01、C02： 外界補(bǔ)償電容端，電容取值約0.1µF。 R1/C1： R1 與C1的公共端。CLKI、CLKO ： 外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K左右。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號(hào)端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正脈沖有效。DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。過(guò)量程信號(hào)輸出端/OR ： 當(dāng)|Vx|VR，過(guò)量程/OR 輸出低電平。位選通控制線(xiàn)DS4-DS1： 選擇個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。DS1 對(duì)應(yīng)千位，DS4 對(duì)應(yīng)個(gè)位。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期。圖3.12 MC14433選

50、通脈沖時(shí)序圖BCD碼輸出線(xiàn)Q0-Q3： BCD碼輸出線(xiàn)。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼數(shù)，但在DS1選通期間，輸出端Q0-Q3 除了表示個(gè)位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負(fù)極性和欠量程還是過(guò)量程其含意見(jiàn)表3.3可知Q3 表示1/2位，Q3=“0”對(duì)應(yīng)1，反之對(duì)應(yīng)0。 Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。 Q0=“1”表示超量程：當(dāng)Q3=“0”時(shí)，表示過(guò)量程；當(dāng)Q3=“1”時(shí)，表示欠量程；一、 MC14433與AT89S51單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0Q3HE DS1D

51、S4都不是總線(xiàn)式的。因此，MCS-51單片機(jī)只能通過(guò)并行I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連。對(duì)于8031單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MC14433可以直接和其P1口或擴(kuò)展I/O口8155/8255相連。下面是MC14433與AT89S51單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口，接口電路如圖3.13所示（J1為網(wǎng)絡(luò)接口，接單片機(jī)P1口）圖3.13 MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口3.2.3 單片機(jī)AT89S51為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了AT89S51單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過(guò)程。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來(lái)經(jīng)過(guò)功率放大過(guò)程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模/數(shù)

52、轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。由于AT89S51中只有4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也不能滿(mǎn)足要求，經(jīng)擴(kuò)展6264來(lái)達(dá)到存儲(chǔ)器的要求，其結(jié)果通過(guò)顯示器來(lái)進(jìn)行顯示輸出。糧倉(cāng)測(cè)控系統(tǒng)整體電路見(jiàn)附錄1。（1） AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，

53、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。如圖3.14：圖3.14 AT89S51內(nèi)部框圖主要特征：1. 8031 CPU與MCS-51 兼容2. 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán))3. 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz4. 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定5. 128*8位內(nèi)部RAM6. 32條可編程I/O線(xiàn)7. 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8. 6個(gè)中斷源9. 可編程串行通道10. 低功耗的閑置和掉電模式11. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（2） AT89S51引腳圖圖3.15 AT89S51引腳圖管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。