毕业设计论文基于单片机的粮库温湿度控制系统的设计Word格式.docx
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本课题完成了整个系统的硬件设计，提出了一种可以应用于中小型粮库的温湿度控制系统。
第一章绪论
1.1单片机的简介
1.1.1单片机的发展
单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer）简称单片机。
它是一块芯片上集成了中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）、随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）、只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）、定时/计数器及I/O（Input/Output）接口电路等部件，构成一个完整的微型计算机。
单片机的发展历史并不长，它的产生和发展与计算机的产生和发展大体上同步，经历了四个阶段。
第一阶段（1970—1974年）：
为4位单片机阶段。
这种单片机的特点是：
价格便宜，控制功能强，片内含有多种I/O接口，有的根据不同用途还配有许多专用接口，有些甚至还包括A/D转换，D/A转换，声音合成等电路。
丰富的I/O功能大大增强了4位单片机的控制能力，从而使外部设备接口电路极为简单。
4位单片机主要应用于录音机，摄像机，电视机，电冰箱，洗衣机，录像机和电子玩具等产品中。
第二阶段（1974—1978年）：
为低中档8位单片机阶段。
它是8位单片机的早期产品，以Intel公司的MCS-48系列单片机为代表，这个系列的单片机在片内集成8位CPU，并行I/O口，8位定时/计数器，RAM和ROM等，无串行接口，中断处理较简单，片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大于4KB。
第三阶段（1978—1983年）：
为高档8位单片机阶段。
这类单片机是在低中档基础上发展起来的，其性能有明显提高。
以Intel公司的MCS-51系列单片机为代表，在片内增加了串行接口，有多级中断处理系统，16位定时/计数器，片内RAM，ROM容量增大，寻址范围可达64KB，有的片内带有A/D转换接口。
这类单片机功能强，应用领域广，是目前各类单片机中应用最多的一种。
第四阶段（1983年至今）：
为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机，32位单片机推出阶段。
此阶段主要特征是：
一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同用户的需要；
另一方面发展16位单片机、32位单片机及专用型单片机。
16位单片机除了CPU为16位外，片内RAM为232B，ROM为8KB，片内带有高速输入输出部件，多通道10位A/D转换部件，中断处理为8级，其实时处理能力更强。
近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制和生产阶段，32位单片机除了具有更高的集成度外，主振频率可达20MHz，这使32位单片机的数据处理速度比16位单片机快很多，性能比8位，16位单片机更加优越。
1.1.2单片机的特点
由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。
单片机主要具有如下特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
（3）控制功能强。
为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
（4）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
1.1.3单片机的应用
由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。
它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：
（1）单片机在智能仪表中的应用。
单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
（2）单片机在机电一体化中的应用机电一体化是机械工业发展的方向。
机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。
单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。
（3）单片机在实时控制中的应用。
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。
例如，温度和湿度的自动控制、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。
单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。
（4）单片机在分布式多机系统中的应用。
在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。
多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。
单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。
单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。
（5）单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度。
1.2粮库温湿度控制原理
随着我国科技的快速发展和农业自动化程度的提高，粮库管理技术也将得到进一步改进。
粮库一般较大，仓库库房数较多，测点可达数百个。
粮仓温度湿度测量方法以及相应的智能控制一直是粮食保存的一个重要问题。
假设该粮库共有1个仓库，在每个仓库中要安装多个温湿度传感器，分布在该仓库的重要位置，每个温湿度传感器实际上是一个终端设备，也是该系统中的重要关键的设备。
在每个设备中都有一个新型的温度传感器和湿度传感器，用于测量现场的温度和湿度，并将测量的温度湿度值，经0809发送到单片机上，以便控制整个粮库的各个测试点的温度湿度加以全面监视和控制管理。
对每个设备都要设置温度湿度监控的上限和下限值。
当温度超过上限值时，说明该点的温度超过标准温度，则需要该系统直接启动本仓库中的空调设备降温，真正做到实时控制，同时也要向报警系统发送超温信号；
当温度降到标准值时，则停止降温；
如果温度低于下限值时，则要直接启动空调设备加热，并向报警系统报告，而当温度上升到标准值时停止加热。
湿度对粮食的保管是尤为重要的，如果相对湿度过大，粮食容易发霉腐烂，而相对湿度太小时，粮食过度干燥又容易变质。
如果测量到相对湿度过大而超过上限值时，就要直接启动本仓库中的除湿设备排除过多的水分，同样也需要通过系统来启动除湿设备，当湿度降低到标准值时停止除湿。
但同时也要将湿度超标的信号发送到报警系统；
如果湿度降低到下限值时，也要直接启动本仓库的加湿设备进行加湿，防止过于干燥而使粮食变质。
1.3粮库温湿度控制系统的整体设计
该系统选用了Intel公司生产的MCS-51系列中的8051作为微处理器，8051编程灵活，扩展空间大，可以用软件编程来辅助硬件工作，以完善整个系统的功能。
本系统首先通过键盘设定各项参数，包括储藏地点的温湿度限制。
然后由温度、湿度检测电路时检测采集各储藏地点的温度、湿度。
接着经由A/D转换模块将采集到的模拟信号转换为数字信号送到8051内部进行处理，同时在显示器上显示测试值，系统获得数据后和设定值比较，控制空调系统工作，以达到控制温度、湿度的目的，再通过通信线路向系统传输数据。
本系统中温度、湿度均为缓变信号，且转换成的电平信号为低电平缓变信号，对A/D转换的要求不高，所以选用较为廉价的ADC0809。
该芯片采用的是8位逐次逼近型A/D转换器，完全可以满足设计需要，并且可以根据需要扩展检测通路。
温度检测主要采用集成温度传感器AD590；
湿度检测主要采用电容式湿敏元件HS1101。
另外，本系统还增添了看门狗和报警系统，使系统更加完善。
图1.1为系统的整体设计。
图1-1系统总体设计框图
第二章MCS-51系列单片机的结构及原理
2.1MCS-51系列单片机的特征和结构
2.1.1MCS-51系列单片机特征
美国Intel公司推出MCS-51系列高档8位单片机至今20多年来，51系列单片机经久不衰，并得到了极其广泛的应用。
它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。
MCS-51系列单片机的典型产品为8051、8031和8751。
通常MCS-51这个术语泛指以8051为内核的单片机。
8051是ROM型单片机，内部有4KB的掩膜ROM，即单片机出厂时，程序已由生产厂家固化在程序存储器中。
8051内部结构具有如下特征：
①面向控制的8位CPU；
②4kbytes程序存储器（ROM），128bytes的数据存储器（RAM）；
③可以寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器；
④32根双向和可单独寻址的I/O线；
⑤一个全双工的异步串行口；
⑥两个16位定时/计数器；
⑦5个中断源，两个中断优先级；
⑧有片内时钟振荡器；
⑨采用高性能的HMOS生产工艺生产；
⑩有布尔处理（位操作）能力；
含基本指令111条，其中单机器周期指令64种。
2.1.2MCS-51系列单片机的内部总体结构
图2-1所示为MCS-51单片机的基本结构，它由8个部件组成，即中央处理器（CPU），片内数据存储器（RAM），片内程序存储器（ROM/EPROM），输入输出接口（Input/Output，简称I/O口，分为P0口、P1口、P2口和P3口），可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器（SFR），各部分通过内部总线相连。
图2-1MCS-51单片机的基本结构
2.2MCS-51系列单片机的引脚功能和总线结构
2.2.1MCS-51系列单片机的引脚功能
8051芯片采用40引脚的双列直插封装，如图2-2（a），分为地址总线，数据总线，控制总线3类见图2-2（b）。
在40条引脚中有两条专用于住电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出引脚。
（a）引脚图（b）总线结构图
图2-2MCS-51系列单片机的引脚及总线结构
40条引脚的功能分别是：
1.主电源引脚Vcc和Vss
Vcc（40脚）接+5V电压；
Vss（20脚）接地。
2.外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）：
接外部晶体的一个引脚。
在主控电路中它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部振荡器时，此引脚应接地。
XTAL2（18脚）：
接外部晶体管
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