AD粮库温度检测系统分析研究Word文件下载.docx

1、2.4 系统硬件电路及原理 92.4.1 系统硬件电路 92.4.2系统工作原理 113粮库温度检测系统软件设计 133.1 系统的主程序设计133.2 系统的子程序设计 154总结 17参考文献 18致谢 191绪论1.1 课题研究目的和现状在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此重要，在农业食品保存中温度的监测与控制也有着十分重要的意义1。随着单片

2、机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，室内环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，但是，目前应用于粮库的温度检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的检测系统，安装和拆卸繁杂，成本也高；同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要2。这种温度测控系统可应用于农业产品的存储，实现对温度的实时监控，是一种比较智能、经济的方案，以提高农副产品的存储质量，以便带来更好的经济效益和社会效益。1.2论文主要内容本文介绍的温度测控系统基于单总线技术及其器件组

3、建的。该系统能够对粮库内的温度进行采集，利用温度传感器将温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，其值由单片机处理，最后由单片机去控制数字显示器，显示实际温度，同时通过比较，对粮库内的温度是否超过温度限制进行分析3。如果超过我们预先设定的温度限制，温度报警系统将进行报警，并同时自动对仓库内的温度进行控制。这种设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便性价比高，可维护性好。2 粮库温度检测系统硬件设计2.1 温度传感器的选择及原理测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展主要大体经过了三个阶段:1.

4、传统的分立式温度传感器（含敏感元件）2.模拟集成温度传感器/控制器3.智能温度传感器。模拟集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD59O、AD592、TMP17、LM135等。2.1.1AD590温度传

5、感器的选择及其特性本系统选用的是常见的温度传感器AD590，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：（ 1 ） 线性度好，满刻度范围为0 .3；（ 2） 电源电压范围4 30 V，当电源电压在5 10V之间，电压稳定度为l 时，所产生的误差只有0.01；（ 3 ） 功率损耗低4。2.1.2 AD590传感器工作原理AD590通过利用硅晶体管的基本性能来实现与温度成正比这一特性，二极管的基本方程为：I = I s （ e-1 ） I se 2-1 式中，I 通过二极管的电流I s 二极管的反向饱和电流V二极管两端电压 （伏）q 电子电荷量，等于 1.60210

6、 （库）K常数，等于 1.38 （焦耳K ）T绝对温度 （ K ）由式 （1 ） 可知，II s = e ， 所以 V = KTql n I / I s = KTql n J 2-2由式 （ 2 ） 可知V与绝对温度成正比，AD590就是根据式（2 ）工作的。 设T3、T4为理想三极管，将电流 I分成两部电流I = I。由8个和Tl一样的三极管并联构成 T2所以T l 的电的8倍，两个相同的三极管流过不同的集电极电流I时，其V之差与绝对温度成正比，即：= V- V= KTql n J lJ2 = Kq（ 1n8 ）T =179T 2-3A D590的简化电路如图1所示由式 （ 3 ） 可知，V

7、与T成正比，V是T2管射极电阻R上的压降，由于V与成正比所以通过R上的电流I必与绝对温度T成正比，因I= 2 I，集成电路中的总电流I必与T成正比。设R= 358，I= 2 （179R ）T 2-4所以I/ T =lAK 2-5 这就是 A D5 9 0当温度改变 l 度 （ 绝对温度）获得 l A电流输出的，这就是把温度转成电流的道理5。2.2单片机和MC14433的介绍AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非

8、易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案6。其主要功能特性。兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写（1000次）ISP Flash ROM32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3级加密位看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程

9、 双数据寄存器指针 MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。2.2.1 AT89S51单片机的引脚说明P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出

10、电流）4个TTL逻辑门电路。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。EA/VPP：外部访问允许。 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。图2 AT89S51 芯片引脚图2.2.2 AT89S51单片机的工作原理单片机最小系统如图3所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制

11、信号7。时钟电路用于产生单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作，单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL28。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。图3 最小系统设计原理图2.3MC14433的内部逻辑结构和引脚MC14433电路是一个低功耗三位半双积分式AD转换器。和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433AD转换器由积分器、比较器、计数器和控制电路组成。其电路结构及引脚图如图4所示图4 电路结构及引脚图2.3.1 MC14433的引脚说

12、明 1. Pin1（VAG）模拟地，为高科技阻输入端，被测电压和基准电压的接入地。2. Pin2（VR）基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。3. Pin3（Vx）被测电压的输入端。4. Pin4-Pin6（R1/C1，C1）外接积分元件端。5. Pin7、Pin8（C01、C02）外接失调补偿电容端。6. Pin9（DU）更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。7. Pin10、Pin11（CLK1、CLK0）时钟外接元件端。8. Pin12（VEE负电源端。 9. Pin13（Vss）数字电路的负电源引脚。10. Pin14（EOC）转换周期结束标志位。11. Pin15（）过量程

13、标志位，当|Vx|VREF时，输出为低电平。12. Pin16、17、18、19（DS4、DS3、DS2、DS1）多路选通脉冲输出端。13. Pin20、21、22、23（Q0、Q1、Q2、Q3）BCD码数据输出端。 14. Pin24（VDD）正电源电压端。2.3.2 MC14433的工作原理MC14433是3 1/2位的双积分式 A/D转换器，转换速度每秒110次，量程为1.999V或199.9mV，以 BCD码的形式输出，其逻辑符号如图5所示。图5 MC14433的逻辑符号MC14433的数据信号有：DS1DS4 多路选通脉冲输出，DS1为千位，DS4为个位。Q0Q3 BCD码输出。-O

14、R过量程标志输出，当|VX|VR时，-OR为低电平。DU 更新转换结果的输出。EOC 转换周期结束标志。与模拟输入有关的信号有：R1，R1C1，C1外接积分电阻与电容。C01，C02 补偿电容，0.1F 。CLK0，CLK1时钟振荡器外接电阻、典型值为470 k，电阻加大，时钟频率降低。VR 基准电压输入端，选2.0V或200mV。VX 被测电压输入端。VAG被测电压，基准电压接地端。VDD，VSS，VEE正负电源及接地端。图6为选通脉冲的时序图。图6 MC14433输出选通脉冲时序图在DS1有效时输出千位数据，DS4有效时输出个位数据。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期。两个相邻脉冲之间的间隔

15、为2个时钟周期。MC14433可通过74LS244与 CPU的数据总线相连，其连接方法如图7所示。图7 MC14433接口将DU与EOC相连，这样每次A/D转换结束后，数据都被更新。EOC信号还可作为中断申请信号，在转换结束后申请中断。中断响应后即可读入数据，根据输出选通脉冲的时序，先用查询方法判断是否为DS1有效。若是DS1有效，则按Q0，Q2，Q3来决定是否超量程、信号的极性及千位为1还是0。然后等待DS2周期，读入百位数的BCD码。在DS3、DS4周期内分别读入十位和个位的BCD码9。2.4 系统硬件电路及原理2.4.1 系统硬件电路构成系统以单片机为核心，组成一个集温度的采集、处理、显

16、示、自动控制为一身的闭环控制系统，其原理框图如图所示。系统硬件电路由温度传感器、单片机、RS-485串口通信和计算机组成。 图8 系统原理图 图9系统电路原理图温度传感器的作用是采集粮库内的温度，并进行判断和显示。单片机主要是对温度传感器AD590进行编程，读取温度传感器的温度值，并把温度值通过串口通信送入计算机。本系统中的单片机选用AT89S51。串口通信的作用是把单片机送来的数据送到计算机里，起到传输数据的作用10。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等。2.4.2系统工作原理如图10所示。整个系统以AT89S51单片机为主机，其他设备为从设备。单片机通过RS-485总线与PC

17、机通讯。PC机作上位机进行实时监控管理，控制器选用Max705组成上电复位和看门狗电路。本系统通过单总线可以挂接很多个温度传感器AD590，用于粮库内不同地方的温度测量和控制。图中只画出了一个监控现场的配置，其布线接头与通常电话线路使用的一样，插入和拔出都很方便11。 图10 单总线器件组建温度测控系统示意图 该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程，使温度传感器AD590正常工作，去检测粮库内实际的温度，并由数字显示电路显示出当时的温度值12。如果采集的温度值高于上限报警温度，系统将发出报警,并同时起动制冷设备，把温度降下来，当温度降到一定的程度，即低于上限复位值时，立即关闭制

18、冷设备，使制冷设备停止工作。当采集的温度值低于下限报警温度值时，系统又发出报警，并同时起动制热设备，使粮库内的温度上升，当温度上升到一定的程度，即高于下限复位值时，立即关闭制热设备，使制热设备停止工作，从而温度值维持在一定的范围内13。具体的温度越限自动控制过程如图11所示。 图11 温度超限自动控制示意图温度控制系统的执行机构采用开关量控制，本系统选用了可寻址的单总线控制开关DS2405，由它送出1位。或1作为控制码信息，去胜制报警设备、通风机执行机构（空调）等的开启与关闭。当单片机发现温度传感器采集到粮仓内的实际温度超过温度限制时，便让控制开关DS2405去开启声光报警器报警，同时开启空调

19、机工作。单总线芯片入口示意图14如下。由图可见，芯片内还含有收、发控制和电源电路，其耗电量都很小，从总线上获得一点电量存储在大电容中就可以正常工作了，故一般不需要另附电源。3粮库温度检测系统软件设计3.1 系统主程序 N NY程序代码如下：ORG 00H JMP START ORG 0BH JMP TIM0START: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#60 MOV TL0,#76 SETB TR0 MOV IE,#82H MOV R4,#09H MOV R0,#30HCLEAR: MOV R0,#00H DJNZ R4,CLEAR MOV A,#00H MOV DPTR,#TAB

20、LE1 MOVC A,A+DPTR MOV 34H,A MOV A,#01H MOV 35H,A MOV 36H,#0FFHSTART0: MOVX R0,AWAIT: JB P3.4,KEYIN JB P2.0,ADC JMP WAITADC: MOVX A,R0 MOV 37H,A CLR C SUBB A,36H JC TDOWNTUP: MOV A,37H SUBB A,34H JNC POFF JMP LOOPPON: CLR P2.1 JMP START0POFF: SETB P2.1TDOWN: SUBB A,35H JC PONLOOP: MOV 36H,37H CLR A M

21、OV R4,#0FFH DJNZ R4,$ CALL L1 MOV 21H,#10H NOV R1,#30HDISP1: CALL DISP DJNZ 21H,DISP13.2 软件系统的子程序设计当输入的温度值大于当前测定的温度值，单片机就控制制热设备加热；当设定的温度值小于当前测定的温度值，就开启降降温设备。TIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV A,33H CJNE A,31H,T MOV A,32H CJNE A,30H,T JMP OFF T: JC OFFRETURN: POP PSW POP ACC RETIOFF: JMP RETURNDELAY: MOV R7

22、,#06D1: MOV R6,#248 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1 RET4总结随着社会的进步和科学技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品存储对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。因此，一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统的设计就成为当今的热点。本课题就是在这样的形式下，研究一种基于单片机的温度测控系统用于粮库内温度的控制，以提高农作物存储的质量，增加其经济效益。本论文针对粮食仓库内基于单片机的温度测控系统的设计与实现，具体做了以下几个方面的研究。（一）分析了当前粮库内温度测控系统的现状，阐述了基于单片机的温度检测系统设计的必要性和现实意义。（二）论述了基于单片机的温度测控系统的硬件电路组成及其工作原理。并详细分析了各组成单元电路的性能及其工作原理。本课题以AT89S51单片机系统为核心，由单片机、温度传感器、RS-485串口通信和计算机组成。该温度检测系统利用温度传感器，能够对多点的温度进行实