AD粮库温度检测系统分析研究Word文件下载.docx

AD粮库温度检测系统分析研究Word文件下载.docx

《AD粮库温度检测系统分析研究Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AD粮库温度检测系统分析研究Word文件下载.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.4系统硬件电路及原理9

2.4.1系统硬件电路9

2.4.2系统工作原理11

3粮库温度检测系统软件设计13

3.1系统的主程序设计13

3.2系统的子程序设计15

4总结17

参考文献18

致谢19

1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.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4~30V，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]。

2.1.2AD590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=Is（e

-1）≈Is．e

2-1

式中，I——通过二极管的电流

Is——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1.602

10

（库）

K——常数，等于1.38

（焦耳／K）

T——绝对温度（K）

由式

（1）可知，I／Is=e

，所以

V

=KT／q·

lnI/Is=KT／q·

lnJ2-2

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Tl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

=KT／q·

lnJl／J2=K／q·

（1n8）·

T=179

·

T2-3

AD590的简化电路如图1所示

由式（3）可知，V

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

=2I

，集成电路中的总电流I

必与T成正比。

设R=358

，I

=2

（179×

／R）·

T2-4

所以I

/T=l

A／K2-5

这就是AD590当温度改变l度（绝对温度）获得lA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CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）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ISPFlash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）ISPFlashROM

32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128x8bit内部RAM

2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字节和分页编程双数据寄存器指针

MC14433是美国Motorola公司推出的单片31/2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。

2.2.1AT89S51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2AT89S51芯片引脚图

2.2.2AT89S51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XTAL2[8]。

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A／D转换器。

和其它典型的双积分A/D转换器类似，MC14433A／D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

2.3.1MC14433的引脚说明

[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。

2.3.2MC14433的工作原理

MC14433是31/2位的双积分式A/D转换器，转换速度每秒1～10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5MC14433的逻辑符号

MC14433的数据信号有：

DS1～DS4多路选通脉冲输出，DS1为千位，DS4为个位。

Q0～Q3BCD码输出。

-OR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，R1／C1，C1外接积分电阻与电容。

C01，C02补偿电容，0.1μF。

CLK0，CLK1时钟振荡器外接电阻、典型值为470kΩ，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6MC14433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7MC14433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

N

Y

程序代码如下：

ORG00H

JMPSTART

ORG0BH

JMPTIM0

START:

MOVTMOD,#01H

MOVTH0,#60

MOVTL0,#76

SETBTR0

MOVIE,#82H

MOVR4,#09H

MOVR0,#30H

CLEAR:

MOV@R0,#00H

DJNZR4,CLEAR

MOVA,#00H

MOVDPTR,#TABLE1

MOVCA,@A+DPTR

MOV34H,A

MOVA,#01H

MOV35H,A

MOV36H,#0FFH

START0:

MOVX@R0,A

WAIT:

JBP3.4,KEYIN

JBP2.0,ADC

JMPWAIT

ADC:

MOVXA,@R0

MOV37H,A

CLRC

SUBBA,36H

JCTDOWN

TUP:

MOVA,37H

SUBBA,34H

JNCPOFF

JMPLOOP

PON:

CLRP2.1

JMPSTART0

POFF:

SETBP2.1

TDOWN:

SUBBA,35H

JCPON

LOOP:

MOV36H,37H

CLRA

MOVR4,#0FFH

DJNZR4,$

CALLL1

MOV21H,#10H

NOVR1,#30H

DISP1:

CALLDISP

DJNZ21H,DISP1

3.2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:

PUSHACC

PUSHPSW

MOVA,33H

CJNEA,31H,T

MOVA,32H

CJNEA,30H,T

JMPOFF

T:

JCOFF

RETURN:

POPPSW

POPACC

RETI

OFF:

JMPRETURN

DELAY:

MOVR7,#06

D1:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR7,D1

RET

4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