基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與新能源工程系工業(yè)機(jī)器人專業(yè)20級畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目:基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名XXX學(xué)號202411XXXX指導(dǎo)教師（簽名）二○二四年10月24日

煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)誠信承諾書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計(jì)（論文）《基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是在老師的指導(dǎo)下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的研究成果歸屬學(xué)校所有。學(xué)生(簽名)年月日電氣與新能源工程系20級高職學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名XXX系別電氣與新能源工程系專業(yè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)班級20301指導(dǎo)教師XXX課題來源實(shí)踐要求任務(wù)書下達(dá)時(shí)間2024系主任簽字教研室主任簽字1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；技術(shù)指標(biāo)：用單片機(jī)控制接收電路以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再用液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示；2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本要求要求：要求：能按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）各階段所要求的工作，論文結(jié)構(gòu)完整、合理，條理清晰，對實(shí)驗(yàn)方案論述正確。所需數(shù)據(jù)資料及參考文獻(xiàn)[1]李群芳．單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第3版）．電子工業(yè)出版社，2008[2]楊欣．51單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解．清華大學(xué)出版社，2010[3]原卓亮.智能溫度控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2024,51(05):33-39.[4]姚永平．STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)指南．www.MCU-M，2005[5]袁濤．單片機(jī)原理及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2012[6]周國雄．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精講．中國鐵道出版社，2011進(jìn)度計(jì)劃序號階段性工作及成果時(shí)間安排1申報(bào)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題2開題會(huì)，各指導(dǎo)教師下達(dá)任務(wù)書。3全體指導(dǎo)教師及學(xué)生大會(huì)：考試時(shí)間調(diào)整；各指導(dǎo)教師檢查工作進(jìn)展情況。4課題設(shè)計(jì)、撰寫論文、實(shí)物制作5上交有關(guān)材料給指導(dǎo)老師6答辯會(huì)III基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)XXX[摘要]本文旨在設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文以糧倉的多點(diǎn)溫度控制為例，設(shè)計(jì)糧食儲(chǔ)存過程中避免糧倉溫度異常導(dǎo)致的糧食腐敗問題。目前，許多中國糧食倉儲(chǔ)單位使用傳統(tǒng)管理方法，即結(jié)合測溫儀器和人工抄錄，但這種方式消耗大量人力和財(cái)力，并且效果不佳，會(huì)導(dǎo)致大量糧食因?yàn)闇囟炔环蠘?biāo)準(zhǔn)直接發(fā)霉變質(zhì)等問題。因此，設(shè)計(jì)智能糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)是解決這一重要問題的關(guān)鍵。這種系統(tǒng)既提高了工作效率，又實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測糧倉的溫度變化的數(shù)據(jù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，溫度監(jiān)控是一個(gè)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。本研究詳述了一套糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)在于運(yùn)用AT89C51單片機(jī)作為核心控制單元。系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20與電容式濕度傳感器HS1100/HS1101，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)采集溫度的數(shù)據(jù)。通過個(gè)人計(jì)算機(jī)作為用戶界面，不僅能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，還能對測控指令及參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，從而確保糧倉環(huán)境的穩(wěn)定與適宜。本系統(tǒng)以其用戶友好的界面、靈活的操控性、高度的硬件整合、簡潔的電路設(shè)計(jì)、卓越的功能性、可靠的性能以及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的成本而著稱。它不僅克服了傳統(tǒng)溫度監(jiān)測設(shè)備和人工除濕降溫方法的諸多局限，還能夠?qū)崿F(xiàn)對多個(gè)位置溫度參數(shù)的精確測量與控制。[關(guān)鍵詞]：控制系統(tǒng)；溫度控制；單片機(jī)目錄一、緒論 3（一）研究目的和意義 3（二）基于單片機(jī)的糧倉溫度控制 41.單片機(jī)概述 42.基于單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)功能說明 5（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容 5二、設(shè)計(jì)方案 5（一）設(shè)計(jì)的目的和要求 51.設(shè)計(jì)的目的 52.設(shè)計(jì)的要求 6（二）設(shè)計(jì)思路 61.硬件部分 62.軟件部分 8三、系統(tǒng)抗干擾方案 12結(jié)論 13參考文獻(xiàn) 15致謝 16

一、緒論（一）研究目的和意義科學(xué)的糧食儲(chǔ)存對糧食生產(chǎn)至關(guān)重要。管理不善可能導(dǎo)致糧食遭受霉變或蟲害侵襲，進(jìn)而引發(fā)高昂的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對糧倉內(nèi)溫度波動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，無疑是糧倉管理工作中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通常，糧倉由數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)圓筒形水泥或鋼筒倉組成，高度在20-30米之間。目前，我國糧倉的建設(shè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，但溫度監(jiān)測的方式及方法還并沒有與現(xiàn)代化實(shí)現(xiàn)同一水平仍落后一些。每年，眾多儲(chǔ)備糧倉因測控系統(tǒng)設(shè)備的不完善而面臨糧食霉變與質(zhì)量下降的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前，多數(shù)大型糧倉所依賴的測控設(shè)備仍需高價(jià)進(jìn)口，這一現(xiàn)狀促使國家制定規(guī)劃，旨在未來數(shù)年內(nèi)對全國糧倉實(shí)施全面升級改造。此舉不僅將規(guī)范糧倉管理，更將推動(dòng)糧倉管理現(xiàn)代化，從而顯著提升糧食儲(chǔ)存的效率與質(zhì)量。糧食儲(chǔ)存安全的關(guān)鍵在于糧堆內(nèi)部的溫度與濕度調(diào)控。為確保糧食質(zhì)量，亟需一套經(jīng)濟(jì)高效的糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)追蹤倉內(nèi)溫度分布情況。該系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)解析溫度的數(shù)據(jù)波動(dòng)，并在必要時(shí)刻啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)控策略，從而維護(hù)糧食儲(chǔ)存環(huán)境的穩(wěn)定性。借助此溫度調(diào)控系統(tǒng)，糧倉管理者得以迅捷、簡便且高效地調(diào)節(jié)倉內(nèi)溫度，從而保障糧食貯存品質(zhì)。糧食儲(chǔ)存安全的關(guān)鍵在于儲(chǔ)存環(huán)境的大氣條件，尤其是糧堆內(nèi)溫度與相對濕度的日周期及季節(jié)性波動(dòng)。溫度與濕度之間緊密相連，因此，為確保糧食在倉儲(chǔ)過程中不發(fā)生腐爛變質(zhì)，必須將糧倉內(nèi)的溫度調(diào)控至適宜范圍。伴隨著傳感器科技、計(jì)算應(yīng)用技術(shù)、超大規(guī)模集成電路工藝以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅猛進(jìn)步，全球范圍內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用已變得司空見慣。尤其是在糧倉的溫度監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，無論是軟件開發(fā)還是硬件制造，均已取得了顯著的進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)控提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。在研究初期，我們選用熱敏電阻與濕敏電阻作為傳感器，通過監(jiān)測電阻的微妙變化，精準(zhǔn)捕捉糧食溫度的波動(dòng)，為糧食儲(chǔ)存策略提供科學(xué)依據(jù)。傳統(tǒng)管理模式依賴于人工測量、記錄與管理，采取人工晾曬、通風(fēng)及藥劑噴灑等手段預(yù)防溫度失衡與蟲害侵襲，然而，這種方法不僅耗費(fèi)大量人力與財(cái)力，其效率亦不盡人意。由于管理失誤和判斷不當(dāng)，發(fā)霉變質(zhì)問題屢見不鮮。然而，在近三十年的不懈探索中，科技工作者們不斷精進(jìn)，使得糧情檢測技術(shù)日臻完善，構(gòu)建了多元化的檢測體系，顯著提升了儲(chǔ)糧的安全性與科學(xué)管理水平。當(dāng)前我國糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)多樣化趨勢，其系統(tǒng)架構(gòu)亦各具特色。盡管在糧倉內(nèi)外溫度監(jiān)測、糧食內(nèi)部溫度的分析以及通風(fēng)機(jī)械控制等領(lǐng)域已取得顯著進(jìn)展，但仍有進(jìn)一步優(yōu)化的余地。目前，現(xiàn)場檢測電路與上位機(jī)之間的通訊多依賴于RS-485接口，然而，此方式使得系統(tǒng)在抗干擾性、實(shí)時(shí)性及糾錯(cuò)能力方面表現(xiàn)欠佳，且增加了節(jié)點(diǎn)管理的復(fù)雜性。當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)遭遇故障時(shí)，系統(tǒng)整體的運(yùn)行流暢性將受到顯著影響。目前國外已經(jīng)應(yīng)用了較為先進(jìn)的糧倉溫度監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)。這些系統(tǒng)不僅具備溫度監(jiān)測功能，還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警，從而提高了糧倉的管理效率和糧食的質(zhì)量安全。然而，也存在一些問題，例如系統(tǒng)抗干擾能力差、工作不穩(wěn)定、系統(tǒng)精度較低等。此外，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝也面臨一些挑戰(zhàn)，比如分線器的密封問題、通訊電纜會(huì)被腐蝕的問題、防雷擊抗干擾效果不佳、電子器件容易受到損害等。因此，盡管國外糧倉溫度監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，但在系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐用性方面還存在一些可以提升的空間。（二）基于單片機(jī)的糧倉溫度控制1.單片機(jī)概述單片機(jī)的全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）,又稱微控制器（MicroControllerUnit，簡稱MCU），它是微型計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的分支。將計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、各種輸入/輸出接口（并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器等）、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等基本部件微型化并集成到一塊硅片上，且這樣一塊芯片具有微型計(jì)算機(jī)的功能，則稱為單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，通常稱為單片機(jī)。單片機(jī)的特點(diǎn)主要有：高集成度，體積小，高可靠性；控制功能強(qiáng)；低電壓、低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；易擴(kuò)展；優(yōu)異的性能價(jià)格比。目前，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：儀器儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等諸多領(lǐng)域。單片機(jī)的應(yīng)用是不言而喻的。2.基于單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)功能說明本設(shè)計(jì)之精髓在于糧倉內(nèi)外溫度測控電路，其以個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）作為人機(jī)交互界面。測控電路與PC間采用串行通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。電路通過數(shù)據(jù)采集單元定期獲取糧倉溫度信息，并依據(jù)預(yù)設(shè)控制參數(shù)來作出相應(yīng)決策，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)（如自動(dòng)調(diào)控空調(diào)或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的啟停）。此外，測控電路始終處于待命狀態(tài)，以接收來自上層PC機(jī)的指令。一旦接收到查詢請求，它便會(huì)將糧倉的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，并通過串行通信的方式，將這些信息準(zhǔn)確無誤地傳輸至上級PC機(jī)。上位PC機(jī)具備根據(jù)用戶需求，周期性獲取糧倉內(nèi)溫度、濕度數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀況的能力。此外，它能夠設(shè)定下位機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，涵蓋空調(diào)、風(fēng)機(jī)、加濕機(jī)的啟停閾值，以及溫度異常報(bào)警的臨界值。在必要時(shí)，上位PC機(jī)可實(shí)施對下位機(jī)的遠(yuǎn)程控制，包括但不限于強(qiáng)制啟動(dòng)空調(diào)、風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)等設(shè)備，確保糧倉環(huán)境處于最佳狀態(tài)。此外，從機(jī)也可以展現(xiàn)出獨(dú)立運(yùn)作的潛能。上位PC機(jī)經(jīng)由串口電路獲取數(shù)據(jù)，隨后進(jìn)行處理，將即時(shí)狀態(tài)信息呈現(xiàn)于監(jiān)控界面，并同步將這些信息錄入數(shù)據(jù)庫，以便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)與管理。此外，系統(tǒng)亦能將特定時(shí)期的數(shù)據(jù)匯總成報(bào)表，或?qū)⑦B續(xù)時(shí)段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖表或曲線圖，以此方式深化數(shù)據(jù)的分析與管理功能。（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)從理論設(shè)計(jì)與實(shí)際制作出發(fā)，對糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)展開分析與研究。在傳統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上本設(shè)計(jì)中的多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的監(jiān)控和調(diào)控方面更加方便快捷，操作人員可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控糧倉的溫度變化來做出應(yīng)對措施且溫度數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確。二、設(shè)計(jì)方案（一）設(shè)計(jì)的目的和要求1.設(shè)計(jì)的目的隨著城市化進(jìn)程的加速和高層建筑的不斷涌現(xiàn)，電梯作為現(xiàn)代建筑中不可或缺的垂直交通工具，其安全性和智能化水平日益受到人們的關(guān)注。本設(shè)計(jì)旨在利用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能電梯控制系統(tǒng)，以提高電梯的運(yùn)行效率、安全性和乘客的舒適度。通過集成多種傳感器和先進(jìn)的控制算法，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電梯的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防潛在的安全隱患，并為乘客提供更加便捷、舒適的乘梯體驗(yàn)。2.設(shè)計(jì)的要求根據(jù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)功能要求來設(shè)計(jì)，本硬件系統(tǒng)包含四個(gè)功能模塊：1、上位PC機(jī)：負(fù)責(zé)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置、控制，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和管理等功能的實(shí)現(xiàn)。2、串行通信模塊：借助“RS-485”通信協(xié)議，成功地實(shí)現(xiàn)了測控電路與上位個(gè)人電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸。3、測控電路模塊：該系統(tǒng)核心為AT89C51主控電路，其設(shè)計(jì)旨在獨(dú)立執(zhí)行數(shù)據(jù)采集與控制任務(wù)，即便在主機(jī)斷電狀態(tài)下，亦能確保所有控制功能的自主運(yùn)行。4、數(shù)據(jù)采集模塊：用于實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換。（二）設(shè)計(jì)思路首先用單片機(jī)控制，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。1.硬件部分上位PC機(jī)介紹。上位機(jī)是指用于與下位機(jī)或設(shè)備進(jìn)行通信和控制的計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)。它通常是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，用于監(jiān)控、配置、控制和管理下位機(jī)或設(shè)備的操作。上位PC機(jī)的主要功能在于與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及傳輸控制指令。下位機(jī)涵蓋多種設(shè)備，如工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人、傳感器及儀器儀表等。通過建立通信連接，上位PC機(jī)負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并向下位機(jī)發(fā)送控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對這些設(shè)備或下位機(jī)的有效監(jiān)控與控制。上位機(jī)通常具有以下特點(diǎn)：1.用戶界面：上位機(jī)提供一個(gè)用戶界面，使操作員能夠與下位機(jī)或設(shè)備進(jìn)行交互。這個(gè)界面可以是圖形化的，以便于操作員進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置和操作控制。2.數(shù)據(jù)采集與處理：上位機(jī)能夠從下位機(jī)或設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析。通過這些功能，操作員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等。3.控制指令的傳輸方面：上位機(jī)具有控制指令傳輸功能，可以向下位機(jī)發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。這使得操作員能夠通過上位機(jī)對下位機(jī)或設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程配置、參數(shù)調(diào)整和操作控制。4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理方面：上位機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理功能，可以存儲(chǔ)和管理采集到的數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成和歷史記錄查詢等操作。5.網(wǎng)絡(luò)通信方面：上位機(jī)通常情況下通過網(wǎng)絡(luò)的方式與下位機(jī)或者設(shè)備進(jìn)行通信。這使得上位機(jī)可以與多個(gè)下位機(jī)或設(shè)備進(jìn)行連接，并實(shí)現(xiàn)分布式的監(jiān)控和控制。通信方案選擇?？紤]到“RS-485”擁有卓越的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸能力、能夠支持多達(dá)128個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其傳輸線路的成本相對經(jīng)濟(jì)，這種通信標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在工業(yè)界被廣泛接受并作為首選的數(shù)據(jù)傳輸方案。鑒于我們的系統(tǒng)對傳輸距離有嚴(yán)格要求，并且需要擴(kuò)展對多個(gè)糧倉的控制功能，我們決定采用RS-485通信方式。RS-485通信方式的主要特點(diǎn)包括：1.“RS-485”標(biāo)準(zhǔn)中，邏輯‘1’即通過兩線之間的電壓差為+2至+6V來表示，相對地，邏輯‘0’則通過兩線間電壓差-2至-6V來表示。這種電平設(shè)計(jì)與TTL電平相兼容，使得RS-485信號能夠無障礙地接入TTL電路，實(shí)現(xiàn)便捷的連接。2.“RS-485”接口具備長達(dá)3000米的最大傳輸距離，且能在總線上支持多達(dá)128個(gè)收發(fā)器的連接。通過單一的RS-485接口，可以構(gòu)建起一個(gè)單元用戶設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用“RS-485”通信方式對總線進(jìn)行半雙工通信。標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口具備12K的輸入阻抗，能支持多達(dá)32個(gè)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)。而MAX1487芯片設(shè)計(jì)有1/4負(fù)載的輸入阻抗（即48K），其能力擴(kuò)展到支持最多128個(gè)節(jié)點(diǎn)。鑒于MAX1487芯片不僅支持半雙工通信，還具備抗靜電及抗雷擊的特性，因此在本設(shè)計(jì)中被選定為通信芯片。數(shù)據(jù)采集方案。溫度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)極為關(guān)鍵。通過溫度傳感器捕獲的數(shù)據(jù)，經(jīng)由測控電路模塊與串行通信模塊的處理與傳輸，最終送達(dá)上位PC機(jī)，使管理人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控糧倉的溫度情況，并據(jù)此迅速采取相應(yīng)措施。因此，數(shù)據(jù)采集的重要性不言而喻。在本設(shè)計(jì)方案中，針對系統(tǒng)內(nèi)部的溫度監(jiān)測模塊，我精心挑選了采用‘單線通信’技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，以及基于‘電容式濕感技術(shù)’原理的電容式濕度傳感器HS1100/HS1101，作為核心的溫度數(shù)據(jù)采集組件。DS18B20的工作機(jī)制：DS18B20是一種廣泛使用的數(shù)字溫度傳感器，其工作機(jī)制依賴于內(nèi)部兩個(gè)溫度系數(shù)不同的振蕩器。該傳感器以其緊湊的尺寸、低廉的硬件成本、出色的抗干擾性能和高精度而聞名。其工作電壓范圍為3V至5.5V，能夠以多種分辨率精確地測量溫度，并輸出數(shù)字信號。在溫度測量過程中，DS18B20采用了兩種晶振：一種具有低溫度系數(shù)的晶振，其振蕩頻率對溫度的變化不敏感，主要用于生成固定頻率的脈沖信號，此信號隨后被傳輸至計(jì)數(shù)器1。另一種則是具有高溫度系數(shù)的晶振，其振蕩頻率隨溫度變化，顯著影響，產(chǎn)生的信號用作計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。通過對比兩計(jì)數(shù)器的讀數(shù)，DS18B20得以精確計(jì)算出當(dāng)前溫度。其獨(dú)特的工作機(jī)制允許該設(shè)備在極短時(shí)間內(nèi)，大約750毫秒，完成溫度轉(zhuǎn)換。此外，DS18B20還集成了掉電保護(hù)功能，利用內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)數(shù)字轉(zhuǎn)換的精度和報(bào)警溫度的設(shè)定值，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。每個(gè)DS18B20溫度傳感器設(shè)備均配備一個(gè)獨(dú)特的64位ID，這一特性使其能夠通過單一總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與數(shù)據(jù)采集。2.軟件部分在糧倉溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)，涵蓋初始化模塊、溫度數(shù)據(jù)采集單元、信號實(shí)時(shí)展示、設(shè)備驅(qū)動(dòng)信號處理機(jī)制、鍵盤操作響應(yīng)以及數(shù)據(jù)通信功能。該軟件的詳細(xì)流程圖已在圖2-1中清晰呈現(xiàn)，確保了系統(tǒng)功能的完整性與操作的便捷性。圖2-1溫度監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖在此過程中，初始化階段的核心任務(wù)是配置單片機(jī)各功能模塊的初始狀態(tài)，并激活軟件看門狗功能，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。緊隨其后的是數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)捕獲環(huán)境中的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的處理。信號顯示部分則依賴于單片機(jī)的控制能力，實(shí)現(xiàn)了對溫度和濕度參數(shù)的即時(shí)展示。設(shè)備驅(qū)動(dòng)信號處理模塊通過對比實(shí)時(shí)溫度的數(shù)據(jù)與EEPROM中預(yù)存的控制參數(shù)，智能地輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號。鍵盤處理模塊則賦予了現(xiàn)場操作人員設(shè)定控制信號的能力，并在緊急情況下提供強(qiáng)制執(zhí)行信號的手段。最后，數(shù)據(jù)通信模塊扮演著溫度測控系統(tǒng)與上位PC機(jī)之間的橋梁角色，它遵循通訊規(guī)約，確保了與PC機(jī)的可靠通信，并能夠接收PC機(jī)設(shè)定的控制參數(shù)，將其安全地存儲(chǔ)在電路的EEPROM中。溫度檢測部分的子程序主要包括以下八個(gè)步驟：1.初始化DS18B20；2.從DS18B20中讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；3.向DS18B20中寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；4.配置DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換精度；5.讀取SCRATCHPAD存儲(chǔ)器中的九個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；6.讀取ROM中的64位CODE值；7.對讀取的SCRATCHPAD數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)；8.根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)計(jì)算出十進(jìn)制溫度值。下面是從DS18B20中讀取九個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的流程圖，見圖2-2。圖2-2DS18B20溫度采集流程圖DS18B20溫度檢測程序(此處為部分程序整體程序見附錄一)：//************DS18B20設(shè)置sa**************sbitDQ=P2^2;//定義通信端口voiddelays(uchari)//短延時(shí){While(i--);}ucharInit_DS18B20(void){ucharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位delays(8);//稍做延時(shí)DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低delays(80);//精確延時(shí)大于480usDQ=1;//拉高總線delays(14);x=DQ;//稍做延時(shí)之后如若x=0則表示初始化成功若x=1則表示初始化失敗delays(20);return(x);}ReadOneChar(void){uchari=0;uchardat=0;DQ=1;for(i=8;i>0;-){DQ=0;1//給脈沖信號dat>>=l;DQ=1;//給脈沖信號if(DQ)datl=0x80;delays(4);}return(dat);}WriteOneChar(uchardat){uchari=0;DQ=1;for(i=8;i>0;i-){DQ=0;DQ=dat&0x01;delays(5);DQ=1;dat>>=1;}}intreadtemp(){uchara=0;ucharb=0;uintt=0;floatt=0;Init_DS18B20();三、系統(tǒng)抗干擾方案系統(tǒng)使系統(tǒng)抗干擾方案以下是可能干擾的因素：該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)單片機(jī)測控系統(tǒng)。系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行受到多方面因素的影響，主要包括內(nèi)部與外部的電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選用、安裝和制造工藝等因素。這些干擾對系統(tǒng)性能具有決定性作用，不僅影響測量與控制的精確度，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致整個(gè)工作系統(tǒng)功能失常。為消除干擾，需識(shí)別并控制其三個(gè)關(guān)鍵組成部分：干擾源、耦合路徑及接收裝置。在系統(tǒng)內(nèi)部，常見的干擾類型包括空間輻射干擾、信號路徑干擾、電源干擾及由數(shù)字電路產(chǎn)生的干擾。抗干擾是指采用適當(dāng)方法來消除干擾源，需針對干擾的來源、傳播途徑、侵入位置和形式進(jìn)行綜合治理。1.硬件防干擾措施為滿足系統(tǒng)性能要求，請根據(jù)電器參數(shù)選擇合適的器件。優(yōu)先選擇集成度高、溫度漂移小、抗干擾性好且功耗低的元器件。2.抑制電源干擾在連接交流電網(wǎng)時(shí)，可以使用壓敏電阻來吸收浪涌電壓，以防雷擊。此外，由高頻電感和電路電容組成的低通濾波器可以有效抑制高頻噪聲從電網(wǎng)中傳入?？梢圆捎秒娫捶蛛x技術(shù)，同時(shí)結(jié)合電源隔離變壓器和電源濾波技術(shù)，分別應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路中。3.抑制電場和磁場干擾為防止電力線對內(nèi)外部系統(tǒng)造成干擾，可采用導(dǎo)電性能優(yōu)越的金屬材料制作屏蔽盒，并確保其良好接地。通過此措施，屏蔽盒內(nèi)的電力線將不會(huì)對外界產(chǎn)生干擾，而外部電力線也無法穿透屏蔽盒影響內(nèi)部。前者有效抑制了干擾源，后者則切斷了干擾的傳播途徑，從而實(shí)現(xiàn)了電場的有效隔離。在規(guī)劃磁路屏蔽方案時(shí)，宜選擇具有高磁導(dǎo)特性的材料，并設(shè)計(jì)成封閉型結(jié)構(gòu)，同時(shí)確保接地以增強(qiáng)其效能。對于系統(tǒng)內(nèi)部的高頻電路，建議實(shí)施多點(diǎn)接地策略；而針對低頻電路，則更適宜采用單點(diǎn)接地方法。此外，交流地線與信號地線應(yīng)避免共用。系統(tǒng)各組件應(yīng)維持懸浮狀態(tài)，然而，所有設(shè)備的機(jī)殼務(wù)必執(zhí)行接地操作。在數(shù)字電路的印刷板設(shè)計(jì)中，地線應(yīng)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而其他布線則應(yīng)避免產(chǎn)生環(huán)路，特別是周邊環(huán)路。結(jié)論本設(shè)計(jì)從理論設(shè)計(jì)與實(shí)際制作出發(fā)，對糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)展開分析與研究。在傳統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上本設(shè)計(jì)中的多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的監(jiān)控和調(diào)控方面更加方便快捷，操作人員可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控糧倉的溫度變化來做出應(yīng)對措施且溫度數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)從三點(diǎn)方面出發(fā)：1.制定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案：從四個(gè)方面著手分別是第一方面數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集溫度的數(shù)據(jù)傳輸給下一模塊；第二方面是測控電路模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與控制功能；第三方面是串行通信模塊負(fù)責(zé)的是基于RS-485通信方式完成與上位機(jī)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；第四方面是上位機(jī)負(fù)責(zé)的是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理功能2.硬件設(shè)計(jì)：選擇好系統(tǒng)要求的單片機(jī)并選擇好符合系統(tǒng)其他部分的硬件以便使得系統(tǒng)在硬件方面完美通過。并且完成系統(tǒng)各部分的電路設(shè)計(jì)使得數(shù)據(jù)自采集過后可以完好無損的傳輸反映出溫度的變化。硬件設(shè)計(jì)方面包括：數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇、其他接口電路設(shè)計(jì)等三方面。3.第三點(diǎn)是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分：設(shè)計(jì)合理的思路并應(yīng)用適合系統(tǒng)的軟件使得數(shù)據(jù)順利的傳輸下去保證數(shù)據(jù)的完整性與確定性。此部分包括了上位PC機(jī)接口軟件、溫度檢測子程序等方面。參考文獻(xiàn)[1]李群芳．單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第3版）．電子工業(yè)出版社，2008[2]楊欣．51單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解．清華大學(xué)出版社，2010[3]陳京培.基于AT89C51高性能單片機(jī)串行通信電路的設(shè)計(jì)[J].科技信息(學(xué)術(shù)研究).[4]李萍主編，《AT89C51單片機(jī)原理、開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例》，中國電力出版社，2008.07：67-76.[5]張彥斌.《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》，清華大學(xué)大學(xué)出版社，2011年1月：66-112.[6]原卓亮.智能溫度控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2024,51(05):33-39.[7]袁濤．單片機(jī)原理及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2012：61-65頁[8]周國雄．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精講．中國鐵道出版社，2011：216-233頁[9]Y.S.HuangM.S.Young．AnAccurateUltrasonicDistanceMeasurementSystemwithSelfTemperatureCompensation[J]．Instrumentationscience&technology，2009，37(01)：22-29[10]Sv.NoykovCh.Roumenin．Calibrationandinterfaceofapolaroidultrasonicsensorformobilerobots[J]．SensorsandActuators，2023，135(01)：55-58[11]L.Bergman．Ultrasonics[Russiantranslation]．Izd.Inostr.Lit.,Moscow，1957[12]V.A.Krasil'nikov．SonicandUltrasonicWaves[inRussian]．FizmatgizMoscow，1960[13]M.MokhtarandE.Richardson．ProceedingsoftheRoyalSociety．1945，184[14]李欣陽,張博文,王慧敏.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2024,17(32):126-128.[15]Dongwenjun.DS1820One-WireTemperatureDetectingNetworkBasedOnPCSerialPort：168-172.2007.

致謝隨著本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的圓滿落幕，我心中涌動(dòng)著無盡的感激之情，向那些在我探索與奮斗的征途中伸出援手、給予我堅(jiān)定信念與力量的每一個(gè)人致以最深的謝意。這段經(jīng)歷，不僅是我學(xué)術(shù)生涯中一次知識(shí)的綜合運(yùn)用與實(shí)踐，更是一次心靈的洗禮與成長的飛躍，它讓我深切體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的無窮魅力和知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐價(jià)值的非凡意義。首先，我要向我的母校——這片滋養(yǎng)智慧與夢想的圣地表達(dá)我最深的敬意。在這里，知識(shí)的海洋浩瀚無垠，每一次遨游都讓我收獲滿滿。我不僅系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了扎實(shí)的專業(yè)理論，更在無數(shù)次的實(shí)踐探索中，將理論轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的能力。母校以其豐富的教育資源、開放的學(xué)術(shù)氛圍和廣闊的實(shí)踐平臺(tái)，為我們搭建起了一座通往未來的橋梁。從精彩紛呈的學(xué)術(shù)講座到設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，每一處都留下了我成長的足跡，每一次的參與都如同點(diǎn)亮了我前行路上的明燈。感謝母校，是您賦予了我飛翔的翅膀，讓我在知識(shí)的天空中翱翔得更加高遠(yuǎn)。接下來，我要向我的指導(dǎo)老師致以最誠摯的感謝與崇高的敬意。他不僅是學(xué)術(shù)上的領(lǐng)航者，更是精神上的燈塔。在設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段，從最初的概念構(gòu)思到最終的成品展示，老師都以他那深厚的專業(yè)素養(yǎng)和無私的奉獻(xiàn)精神，為我指明了方向。從硬件的精心挑選到軟件的巧妙編程，再到無數(shù)次的測試與調(diào)整，老師總是耐心細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我克服了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)。他對待科研的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、追求卓越的工匠精神，深深影響了我，教會(huì)了我在面對挑戰(zhàn)時(shí)保持冷靜分析，在解決問題時(shí)力求完美。老師的言傳身教，如同一盞明燈，照亮了我前行的道路，這筆精神財(cái)富將伴隨我一生，指引我不斷前行。此外，我還要向我的同學(xué)們表達(dá)深深的感激。在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的旅程中，我們并肩作戰(zhàn)，共同面對困難，分享成功的喜悅。每一次思想的碰撞、每一次合作的默契，都讓我們的團(tuán)隊(duì)更加緊密，也讓我的視野更加開闊。是你們的智慧與勇氣，激發(fā)了我不斷突破自我的動(dòng)力；是你們的支持與鼓勵(lì)，讓我在遇到瓶頸時(shí)不輕言放棄。這份同窗情誼，如同珍貴的寶藏，我將永遠(yuǎn)珍藏于心。同學(xué)們，感謝你們在我成長路上的陪伴與支持，是你們讓這