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

PAGEI/NUMPAGES58摘要糧食是人類生存的必需品，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AbstractFoodisthehumansurvivalnecessities,temperatureandhumidityistokeepthegoodfoodprerequisites,withChina'saccessiontotheWTOandfoodmarketgraduallyopen,storelargeamountsoffoodtostabilizingthedevelopmentofnationaleconomyplayacrucialrole.Inthispaper,amulti-functionalbasedonRS485busmonitoringsystemforlargegranary;adetaileddescriptionoftheoverallstructureofthesystemprinciple,thehardwarecircuitandsoftwaredesign.Thesystemcannotonlyreal-timemonitoringoftemperatureandhumiditycanbeadjustedtorespond.Temperaturecontrolandhumiditycontrolusingamulti-channelanalogswitchtimetransmission,monitoringandcontrolthroughthegranary,andsub-stations,suchasanalysis,andPCinthePCshowup,itwillbeconvenienttoalldepotstaffreal-timeunderstandingofthesituation.Fangraincanadjustthetemperatureandhumidity,nothumancontrol,toensureaccuracy.

Thesystemhasthreemajorcomponents:thegranarymonitoringsystems,sub-stationsystem,PChostcomputersystem.Throughmanagementtoachieveatalllevelsofclassificationofthegranaryofallsingle-chiptemperatureandhumiditysensorinformationanalysisandprocessing,andhostcomputersystemtoachievetheoverallcontrol.Granarysystemtoachievetheautomationoflarge-scalemonitoring.KeyWordsgramarymonitor，monolithicintegratedcircuit;，control，temperature，humidity目錄摘要 IAbstract II1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 31.2.2按通訊方式分類 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) 143.2.2A/D轉(zhuǎn)換 163.2.3單片機(jī)AT89S51 193.3分站信息的分析與處理 263.3.1分站主控單片機(jī)MSP430F149 263.3.2單片機(jī)與PC機(jī)和糧倉(cāng)測(cè)控器通信電路 313.4RS485總線通信 323.4.1RS485總線的特點(diǎn) 323.4.2RS485總線的構(gòu)成及工作方式 323.4.3RS485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 441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)戶糧食儲(chǔ)藏技術(shù)的研究與推廣，農(nóng)戶糧食的儲(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。“糧食檢測(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)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)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)和銷區(qū)糧庫(kù)的不同倉(cāng)房類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，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)2-3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(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)，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)、溫度分線器、測(cè)溫電纜、濕度分線器、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3～4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±O5℃。Dsl8B20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)充接線器替代了溫度分線器。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/D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是l-wire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)充接線器替代了溫度分線器。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 (1)Rs-485總線接口網(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)距離數(shù)據(jù)通信鏈路層協(xié)議。由于它使用一對(duì)雙絞線傳送差分信號(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Rs232c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總線網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1-l所示。(2)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以智能儀表和分散控制為特色的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(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)總線仍存在很大的局限性。首先，現(xiàn)場(chǎng)總線主要是低速網(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，現(xiàn)場(chǎng)總線沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各種現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品之間很難實(shí)現(xiàn)互操作?，F(xiàn)場(chǎng)總線自身技術(shù)的局限性以及多種總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局而，限制了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(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)越復(fù)雜，不利于建成整個(gè)開(kāi)放式的控制系統(tǒng)。圖1-1RS-485總線示意圖(3)基于TCP/IP協(xié)議的有線以太網(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)①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(DistributeControlSystcm)階段、現(xiàn)場(chǎng)總線控制FCS(FieldBusControlSystcm)階段。②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，使得在線遠(yuǎn)程服務(wù)成為可能。我們可以利用遠(yuǎn)在千里之外的專家，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)人類的生活方式造成了重大影響。⑨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)非專業(yè)人員或技術(shù)不熟練人員代替專家進(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：①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)，②設(shè)計(jì)糧倉(cāng)溫濕度綜合參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的整體組成方案，③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)。④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)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。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。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，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(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0.04pF/℃?？梢?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：對(duì)ADC、S/H要求高。處理速度慢。硬件簡(jiǎn)單，成本低。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：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圖3.1系統(tǒng)總體框圖PCPC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3.4AD590外形及電路符號(hào)1、流過(guò)器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：IT/T=1μA/K式中：IT——流過(guò)器件（AD590）的電流，單位μA。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1μA，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710MΩ。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和電位器R2的電阻之和為1kΩ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3.5AD590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)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)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。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，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(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。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0.04pF/℃?？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)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）Ln2t放電=CR2Ln2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“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開(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線到一線的接通功能。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線到n線的分離功能。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3.8所示。圖3.8CD4051的內(nèi)部原理框圖圖中功能如下：通道線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3.2CD4051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?.2.2A/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。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長(zhǎng)，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3.3DS1選通時(shí)Q3～Q0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1—10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。MC14433A/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3.10MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖圖3.11MC14433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0.1μF。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470K?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：?jiǎn)?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DS4DS1：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3.12MC14433選通脈沖時(shí)序圖BCD碼輸出線Q0Q3：BCD碼輸出線。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Q0Q3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；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，Q0～Q3HEDS1～DS4都不是總線式的。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3.13MC14433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)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4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和128bytes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，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes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，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?？臻e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3.14AT89S51內(nèi)部框圖主要特征：1.8031CPU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3.15AT89S51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。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。（3）AT89S51程序存儲(chǔ)器AT89S51有4K的片內(nèi)存儲(chǔ)器，在程序夠用的情況下是不需要擴(kuò)展存儲(chǔ)的，但可以在片外擴(kuò)展多達(dá)64K的片外程序存儲(chǔ)器，外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的大小以滿足系統(tǒng)要求即可，或有特殊要求或?yàn)榱艘院笊?jí)方便采用大容量的片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)外接程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)P2口和P0口輸出16位的地址，即可尋址的外部程序存儲(chǔ)器單元的地址，使用ALE作為低8位地址鎖存器信號(hào)，再由P0口讀回指令的代碼，用PSEN非作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。單片機(jī)有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC，它始終存著CPU要讀取的機(jī)器碼的所在地址，單片機(jī)工作時(shí)，PC自動(dòng)加一，此時(shí)程序開(kāi)始順序執(zhí)行，因?yàn)閱纹瑱C(jī)程序訪問(wèn)空間是64K，故需要16條地址線，當(dāng)接“0”則在片外程序存儲(chǔ)器中讀取指令，此時(shí)片外程序存儲(chǔ)器從0000H開(kāi)始編址，因?yàn)?031無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，故在此系統(tǒng)中必須接地使CPU到外部ROM中去尋址。在程序存儲(chǔ)器中有六個(gè)單元有特定的含義：0000H單元：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，PC=0000H即從此處開(kāi)始執(zhí)行指令。0003H單元：外部中斷0入口地址。000BH單元：定時(shí)器0溢出中斷入口地址。0013H單元：外部中斷1入口地址。001BH單元：定時(shí)器溢出中斷入口地址。0023H單元：串行口中斷入口地址。使用時(shí)常在這些入口外安放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到擁護(hù)安排的中斷處理程序的起始地址，或從0000H外執(zhí)行一跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的初始程序入口。（4）AT89S51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放運(yùn)算中間的結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存、緩沖、標(biāo)志位、待測(cè)程序等功能。片內(nèi)的128B的RAM地址為00H～7FH，供用戶做RAM用，但是在這中間的前32單元，00H～1FH即引用地址尋址做用戶RAM用，常常做工作寄存器區(qū)，分做四組，每組由8個(gè)單元組成通用寄存器R0～R7，任何時(shí)候都由其中一組作為當(dāng)前工作寄存器，通過(guò)RS0，RS1的內(nèi)容來(lái)決定選擇哪一個(gè)工作寄存器。低128字節(jié)中的20H～2FH共16字節(jié)可用位尋址方式訪問(wèn)各位，共128個(gè)位地址，30H～7FH共80個(gè)單元為用戶RAM區(qū)，作堆?；驍?shù)據(jù)緩沖用，片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，須擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此時(shí)單片機(jī)通過(guò)P2口和P0口選出6位地址，使用ALE作低8位的鎖存信號(hào)，再由P0口寫(xiě)入或讀出數(shù)據(jù)。寫(xiě)時(shí)用，讀時(shí)用做外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。（5）AT89S51工作方式它的工作方式可以分做復(fù)位，掉電和低功耗方式等。復(fù)位方式5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開(kāi)關(guān)復(fù)位如圖3.16：圖3.16AT89S51復(fù)位電路如圖所示，當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)對(duì)單片機(jī)RST引腳端輸入高電平，觸發(fā)單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位操作。二、掉電和低功耗方式人們往往在程序運(yùn)行中系統(tǒng)發(fā)生掉電的故障，使RAM和寄存器中的數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失，使人們丟失珍貴的數(shù)據(jù)而束手無(wú)策，8031有掉電保護(hù)，是先把有用的數(shù)據(jù)保存，再用備用電源進(jìn)行供電。（6）存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，AT89S51自帶4K片內(nèi)存儲(chǔ)器已能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此我們主要針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，單片機(jī)中有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但往往在系統(tǒng)的要求下片內(nèi)RAM不能滿足要求，用戶只有選擇擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以進(jìn)行存儲(chǔ)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求。我們采用8K靜態(tài)RAM6264進(jìn)行擴(kuò)展。與動(dòng)態(tài)RAM相比，靜態(tài)RAM無(wú)須考慮保持?jǐn)?shù)據(jù)而刷新電路，所以擴(kuò)展電路較為簡(jiǎn)單且能滿足系統(tǒng)的要求。6264是8K*8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片。它采用CMOS工藝制作，單一的+5V電源供電，額定功耗是200mW，典型存取時(shí)間200ms，為28線雙列直插封裝。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展與程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展類似，讀寫(xiě)控制信號(hào)與AT89S51的和相連。P0口通過(guò)74LS373與A0～A7相連，P2.0～P2.4與A8～A12相連，P0口與D0～D7相連作為數(shù)據(jù)線，同時(shí)CE2接+5V電源，GND接地。如圖3.17所示：（J2、J3為網(wǎng)絡(luò)接口，接單片機(jī)P0、P2口）圖3.17數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（7）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的RAM數(shù)據(jù)是非常容易丟失的，特別是一些珍貴的科研數(shù)據(jù)，一旦丟失后果不堪設(shè)想，因此掉電保護(hù)是必須要做的，一旦電源發(fā)生掉電現(xiàn)象，在掉電的瞬間系統(tǒng)能自動(dòng)保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電源恢復(fù)正常供電后能恢復(fù)到掉電前的工作狀態(tài)。（8）AT89S51系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生8031單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，8031本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，8031在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。AT89S51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器電路中的C1、C2的選擇在20PF左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ～12MHZ之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPO電容，采用的晶振頻率為12MHZ。圖3.18系統(tǒng)時(shí)鐘電路（9）報(bào)警電路在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對(duì)于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制。本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)AT89S51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.2輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.2輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3.19是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電路：圖3.19報(bào)警電路本設(shè)計(jì)是為在溫濕度測(cè)量中對(duì)溫濕度的上下限超出是的提示報(bào)警，接口位于單片機(jī)AT89S51的P3.2口，但溫濕度過(guò)限時(shí)，P3.2口被置0，本系統(tǒng)開(kāi)始工作。（10）AT89S51與分站通信電路糧倉(cāng)中測(cè)控器與分站單片機(jī)之間通信采用RS485總線通信（詳見(jiàn)第3.4節(jié)），AT89S51通過(guò)RS485總線將各探測(cè)器數(shù)據(jù)上傳至分站單片機(jī)中。如圖3.20：（J5為網(wǎng)絡(luò)接口，鏈接分站J5網(wǎng)絡(luò)接口）圖3.20單片機(jī)與分站通信電路RS485總線收發(fā)端采用MAX485元件，單片機(jī)P3.0/RXD接MAX485接收端R0,P3.1/TXD接MAX485發(fā)送端D1，P3.5接MAX485控制端。單片機(jī)通過(guò)控制MAX485控制端實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)的收發(fā)。3.3分站信息的分析與處理3.3.1分站主控單片機(jī)MSP430F149MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125ns。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。在運(yùn)算速度方面，MSP430系列單片機(jī)能在8MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如FFT等）。MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用6us。超低功耗MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。豐富的片上外圍模塊MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門(mén)狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A（Timer_A）、定時(shí)器B（Timer_B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位Sigma-DeltaAD、直接尋址模塊（DMA）、端口O（P0）、端口1~6（P1~P6）、基本定時(shí)器（BasicTimer）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出A/D轉(zhuǎn)換器；16位定時(shí)器（Timer_A和Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的I/O端口，最多達(dá)6*8條I/O口線；P0、P1、P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；12/14位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)160段；實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件IIC串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（DMA）模塊。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。（1）MSP430F149內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了MSP430F149單片機(jī)作為控制芯片，它接收糧倉(cāng)測(cè)控器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)分析識(shí)別或處理，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。德州儀器的MSP430系列超低功耗微控制器由若干設(shè)備組成不同的外設(shè)，針對(duì)不同的應(yīng)用。該架構(gòu)，加上5個(gè)低功耗優(yōu)化模式，以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)電池壽命的便攜式測(cè)量應(yīng)用。該裝置的特點(diǎn)：

數(shù)字控制振蕩器允許在不到8微妙的時(shí)間內(nèi)高電平方式喚醒從低功耗模式。該MSP430x13x和MSP430x14x（1）系列微控制器的配置有兩個(gè)內(nèi)置的16位定時(shí)器，快速的12位A/D轉(zhuǎn)換器（未執(zhí)行的MSP430F14x1裝置），兩個(gè)通用串行同步/異步通信接口（USART），和48個(gè)I/O引腳。典型的應(yīng)用包括傳感器系統(tǒng)，捕獲模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，以及處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)。該定時(shí)器配置為適合工業(yè)控制應(yīng)用，如紋波計(jì)數(shù)器，數(shù)字馬達(dá)控制，電子，儀表等硬件提供了一個(gè)廣泛的代碼和硬件兼容的系列解決方案。MSP430F149內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.21：圖3.21MSP430F149內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖主要特征：超低功耗。五種省電模式。處理速度快。16位RISC體系結(jié)構(gòu)，125ns指令周期時(shí)間。內(nèi)部參考12位A/D轉(zhuǎn)換器，保持采樣和自動(dòng)掃瞄特征。2對(duì)USSRT接口60K+256BFLASH存儲(chǔ)，2KBRAM存儲(chǔ)48個(gè)I/O引腳（2）MSP430F149引腳圖圖3.22MSP430F149引腳圖引腳說(shuō)明：AVCC：片內(nèi)A/D正極+3.3V。AVSS：片內(nèi)A/D接地端。DVCC：供電電壓正極。DVSS：供電電壓接地端。P1.0/TACLK：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，輸入時(shí)鐘信號(hào)TACLK。

P1.1/TA0：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，CCI0A輸入，Out0輸出/傳輸級(jí)。

P1.2/TA1：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，CCI1A輸入，Out1輸出。

P1.3/TA2：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，CCI2A輸入，Out2輸出。

P1.4/SMCLK：通用數(shù)字I/O引腳/SMCLK信號(hào)輸出。

P1.5/TA0：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，Out0輸出。

P1.6/TA1：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，Out1輸出。

P1.7/TA2：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，比較：Out2輸出/。

P2.0/ACLK：通用數(shù)字I/O引腳/ACLK輸出。

P2.1/TAINCLK：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，時(shí)鐘信號(hào)在輸入端。

P2.2/CAOUT/TA0：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，CCI0B輸入/Comparator_A輸出/接收級(jí)。

P2.3/CA0/TA1：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，比較：Out1輸出/輸入Comparator_A。

P2.4/CA1/TA2：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，比較：Out2輸出/輸入Comparator_A。

P2.5/ROSC：通用數(shù)字I/O引腳/輸入外部電阻確定會(huì)計(jì)標(biāo)稱頻率。

P2.6/ADC12CLK：通用數(shù)字I/O引腳/轉(zhuǎn)換時(shí)鐘-12位ADC。

P2.7/TA0：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_A，比較：Out0輸出。

P3.0/STE0：通用數(shù)字I/O引腳/從傳輸啟用-USART0/SPI模式。

P3.1/SIMO0：通用數(shù)字I/O引腳/奴隸/總出USART0/SPI模式。

P3.2/SOMI0：通用數(shù)字I/O引腳/從輸出/碩士的USART0/SPI模式。

P3.3/UCLK0：通用數(shù)字I/O/USART0時(shí)鐘：外部輸入-UART或SPI模式，輸出-SPI模式。

P3.4/UTXD0：通用數(shù)字I/O引腳/傳輸數(shù)據(jù)-USART0/UART模式。

P3.5/URXD0：通用數(shù)字I/O引腳/接收數(shù)據(jù)-USART0/UART模式。

P3.6/UTXD1：通用數(shù)字I/O引腳/傳輸數(shù)據(jù)-USART1/UART模式。

P3.7/URXD1：通用數(shù)字I/O引腳/接收數(shù)據(jù)-USART1/UART模式。

P4.0/TB0：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI0A或CCI0B投入，比較：Out0輸出。

P4.1/TB1：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI1A或CCI1B投入，比較：Out1輸出。

P4.2/TB2：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI2A或CCI2B投入，比較：Out2輸出。

P4.3/TB3：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI3A或CCI3B投入，比較：Out3輸出。

P4.4/TB4：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI4A或CCI4B投入，比較：Out4輸出。

P4.5/TB5：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI5A或CCI5B投入，比較：Out5輸出。

P4.6/TB6：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，捕捉：CCI6A或CCI6B投入，比較：Out6輸出。

P4.7/TBCLK：通用數(shù)字I/O引腳/Timer_B，輸入時(shí)鐘信號(hào)TBCLK。

P5.0/STE1：通用數(shù)字I/O引腳/從傳輸啟用-USART1/SPI模式。

P5.1/SIMO1：通用數(shù)字I/O引腳/奴隸/