仓库温湿度监测与调控系统设计毕业设计说明书

1、本科毕业设计说明书（论文）第6页共55页本科毕业论文说明书仓库温湿度监测与调控系统设计1绪论1.1研究背景及意义目前国家投资兴建了数百所大型现代化仓库， 这些大型仓库的容量和规模都 是前所未有的，最大的仓库方圆几公里，仓库房数为数十个。这些大型仓库的兴 建暴露出原有小仓库的一些问题。主要有如何随时掌握每个仓内货物的质量变化 情况，如何保证入库的货物在较长时间的保存期内不变质。在储藏过程中，货物经常会受到温度、湿度及其它因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害孽生等情 况。为了减少储藏过程中的损失，保障物品的品质和质量，首先应该及时准确地 掌握储藏过程中各种物理因素的变化情况，找出其变化规律。库情测

2、控系统是利 用现代电子技术来实现仓储过程中对货物所处环境变化的实时检测、对实时检测数据进行分析与预测、对异常情况提出处理建议和控制措施等，为科学及安全储 物提供技术保证和科学依据。货物冷却、机械通风、环流抽湿、库情测控是四项储物新技术，其中库情检 测是基础。检测是其他三项储物技术运行状态的观察者和运行结果的真实反映 者。库情测控系统的准确、可靠性，直接关系到其他三项储物技术运行和应用效 果，是四项储物新技术应用的关键。由此可见，粮情测控系统在粮食储藏过程中 的重要地位和所起的决定作用。仓库检测系统包括：库内温湿度检测、分析与通风控制。“库情检测”在货物 储藏过程中所起的作用就像“人工”保管时期

3、保管人员的“眼睛”和“鼻子”，对储藏过程中各种情况进行实时观察，并密切关注着库情的实时变化：“库情分析”就像保管人员的“大脑”，对通过“眼睛”和“鼻子”观察到各种库情及变 化情况，并根据储藏技术的特点和储藏的各种环境条件进行综合分析与判断，给出相应的结论及处理建议：“通风控制”就像保管人员的“手”和“足”，根据“大 脑”的结论和处理建议来采取相应的处理措施， 以确保货物处在适宜的储藏状态， 保证储藏的安全。检测、分析、控制三者之间的关系对于仓库检测分析控制系统产品而言，首先，应满足安全储粮的具体技术要求。检测是基础，分析是依据，通风控制是手 段。库情检测是对货物储藏过程中货堆温度、仓内温、湿度

4、和大气温、湿度等基 本检测参数变化的记录。库情检测系统是通过电源电缆、 通讯电缆将计算机、检 测主机、检测分机、分线器和测温传感器等连结起来构成的系统。检测过程是把 埋在货堆内的温度传感器所感应到货堆内的温度变化情况，通过分线器、检测分机、检测主机而反映到主控机房的计算机上，使库房保管人员可以随时观察货物 的温度变化情况，并采取相应的处理措施，以确保储藏过程的安全。建立仓库检测产品技术新体系，应本着一切从国情出发，从实际需要出发， 从目前国内的技术水平出发，面向遍布全国各大生产区和销售区仓库的不同仓房 类型，优化不同类型和功能、性能价格比较高的仓库情检测成套系列化产品，经 济、实用地来满足粮食

5、储藏的不同需求。1998年开始，中央决定投资建设中央直属储备库，这是一项具有重大意义 的战略举措，它不仅能够有效地缓解库仓容量严重不足的压力，改善仓储设施的 布局和结构，增强国家对粮食、药品、军火等关系国家命脉的重要物资的宏观调 控能力。确保国家安全，而且能够带动和促进整个国民经济的持续稳定地增长。通过中央直属储备库的建设，为在全国范围内形成布局合理、便于调控的现 代化储运体系打下基础。我国每年粮食总产量约4.5亿吨左右，全年进行流通的 粮食大约1.5亿吨，全国现有粮库数量就有58000多个，仓房类型繁多，按大类 划分诸如：平房仓、筒仓、楼房仓、圆仓、浅圆仓等，且仓容规模大、小不等， 遍布全国

6、各产地和销区。利用先进的检测和计算机技术，在现有库情检测系统的 基础上，优化检测系统产品种类。研究建立适应不同仓型的检测系统成套技术和 装置，使粮食储藏过程中检测技术日趋规范化、 标准化与系列化是国情及粮食储 藏过程之所需。粮情检测技术标准化、系列化问题的研究解决，将有力地推动我 国仓库库情检测技术新体系的建立，为仓储业务管理规范化、标准化工作提供强 适应性检测手段，确保仓储的科学与安全。1.2国内检测技术的研究现状与发展趋势仓库库情检测技术是科学保粮的关键技术之一。随着电子技术、计算机应用技术的进步和发展，计算机的应用范围日益扩大 .仓库检测计算机应用的萌芽形 成于早期应用电子技术检测粮食温

7、度。当时，以铜电阻，热敏电阻作为传感器件， 通过检测电阻的变化来反映粮食温度的变化，为粮食保管提供参考依据。但此工 作靠人工一点一点测量，效率低，准确性差。在粮食部门各级领导的关怀和粮食 行业科技主管部门的大力支持下，在粮食行业内、外广大科技工作者近30年的共同努力下，粮情检测技术不断完善、提高、并日趋成熟，逐步形成了样式繁多 的各种仓库环境检测系统，为安全、科学储粮起到了积极的作用。仓库检测系统计算机应用工作的开展取得了一定的经济效益和社会效益，不同程度地提高了工作效率和管理水平，并积累了一定的计算机应用方面的工作经 验，在软、硬件技术方面也进一步得到改善和提高。例如，现在比较成熟的粮情 检

8、测系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路；在传感器方面应用了半导体、热电偶等器件：在数据传输上采用了串行传输方式，从而减 少了传输线条数；通过各种手段提高了数据传输和巡检速度，通过软、硬件技术 的结合提高了检测精度和可靠性。目前国内己有数十家企业生产仓库检测系统产品， 品种繁多，系统结构各异， 但其基本功能无外乎仓库内外温湿度检测、 货堆内部温度检测及分析、通风机械 的控制等儿项，鉴于储藏物品的特殊性，系统功能的重点放在了货堆内部温度的 检测和分析上。检测系统可以根据采用的温湿度传感器和通信方式的不同进行如 下分类：按温度传感器分类通常检测系统主要选用热敏电阻、数字式温度传感

9、器作为 温度传感器，也有选用其它温度传感器例如 P-N结型温度传感器的仓库检测系 统。热敏电阻以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点。在多项温度测量应用 中受到广泛欢迎，同样也是国内粮情检测系统中采用最多的温度传感器。热敏电 阻的电阻温度系数较高，室温电阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节 较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电 阻。以下提及的热敏电阻均指

10、负温度系数热敏电阻。采用热敏电阻作为温度传感 器的粮情检测系统的硬件由上位机、通信接口电路、智能分机、温度分线器、测 温电缆、湿度分线器、测湿探头和通风控制器组成。在上位机上运行粮情检测系 统软件，对检测到的温湿度数据进行分析，根据仓内外温湿度条件判断是否可以 进行通风，手动或自动控制通风机械的启动和停止。通信转换电路分为内置式和外挂式两种，主要完成两种通信协议之间的衔接 转换功能。智能分机是由微处理器、A/D转换电路和通信电路等组成，主要功能 包括接收上位机下达的指令、将现场采集上来的模拟信号数字化、向上位机传送 数字化的温湿度值、向通风控制器下达启动或停止指令等。温湿度分线器主要完 成接收

11、智能分机下达的指令、将模拟开关切换到指定的温湿度测量点等功能。通 风控制器主要功能是根据智能分机下达的指令控制通风机械的启动和停止。智能分机与温湿度分线器和通风控制器之间均采用单根多芯电缆连接，具有结构简 洁、维护方便、成本低等诸多优点。采用热敏电阻作为温度传感器的测温电缆是粮情检测系统的重要组成部分， 它是将多个热敏电阻置入一根测温电缆之中，电缆内加细钢丝绳提高抗拉强度、 外加绝缘护套密封防腐。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情检测系统的温度检 测范围一般在-400C到+500C之间，检测精度为土 1°C,完全满足粮情温度检测的 需要。根据其系统结构的特点 一般在单根测温电缆上置入3

12、-4个热敏电阻，特 别适合房式仓储环境。数字式温度传感器的种类也不少，但用于库情检测系统的温度传感器主要是 美国Dallas公司生产的DS18x20系列温度传感器，其温度检测范围为-55°C至 +1250C，检测精度为士 0.5°C.DSI8x20采用1-Wire接口，封装形式有 PR-35和 8-PIN SOIC两种，仓库检测系统中常采用的是 PR-35封装。DSI8x20采用9个位 表示测温点的温度值，每个DS18x20内部都设置有一个单一的序列号，因此可以 使多个DS18X20共存于同一根数据传输线上。DS18X20内部分为4个部分:64位 序列号；保存临时数据的8字

13、节片内RAM保存永久数据的2字节EEPRO温度传 感器。采用数字式温度传感器的仓库检测系统的结构与采用热敏电阻的仓库检测 系统的结构大致相同，只是用检测单元替代了智能分机、扩充接线器替代了温度分线器。检测单元与智能分机的区别在于没有用于将温度信号数字化的A/D转换电路，取而代之的是1-Wire总线与上层通信总线之间的通信转换电路，如果系 统选用了数字式湿度传感器则检测单元将完全由数字电路组成，而智能分机是由数字电路和模拟电路两部分构成的。这将使检测单元的电路设计更为容易。采用DS18X20温度传感器的仓库检测系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆 大不相同，该测温电缆最多只需 3根导线即可连接多个D

14、S18X20温度传感器.最 为简洁的结构是利用DS18X20可以通过数据线供电的特点，在测温电缆中只放置 两根平行的细钢丝绳即可连接多个 DS18X20温度传感器，这样不仅使测温电缆的 制造简便、成本下降，而且提高了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换。 正是这些特点使得采用 DS18X20温度传感器的仓库检测系统更适用于高大仓库 （诸如浅圆仓、立筒仓）的应用环境，可以解决高大仓在不需重新安装测温电缆的 情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。按通信方式分类，国内仓库检测系统的通信方式主要， 采用RS485总线技术 和现场总线技术两种。RS485总线技术是使用较为广泛

15、的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。当总 线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。RS485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情检测系统采用较 多的通信方式。现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种互连现场自动化设备及其控制 系统的双向数字通讯协议，它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的 变革，它代表着未来发展的方向。目前国内粮情检测系统采用了两种现场总 线:LONWORK总线技术和CAN总线技术。1.3研究目的、内容及思路仓储过程中，温湿度的监测与控制是确保货物品质的

16、主要措施。我们研究的目的就是要及时了解和掌握仓库中货物各点温度和湿度变化情况并对其进行合 理有效地控制。但是对于大型仓，时时开仓进入检测则不宜，最好的办法是在仓 内粮堆中预先用传感器布好点，再把各点获得的数据传送到监控中心，以便能及时掌握各库房内粮食变化情况。这就要采用温湿度集散控制技术。温湿度集散控 制技术是最常见也最为广泛应用的一门实用技术，这种技术利用温湿度传感器采 集信号,然后将传送给控制器进行处理、运算,最后将运算结果上传给中心计算机 并控制驱动设备进行自动控温控湿，以达到最终控温控湿精度的要求要采用集中 监控这种系统。我的设计思路是：本系统采用两级微机控制，主从分布式监测系统结构。

17、上 位机选用P（机作为主机，下位机采用AT89C5单片机作为从机。前端数据采集部 分包括：采用单总线接口的数字温度传感器 DS18B2测量仓库内各监测点温度；采 用HF3223莫块式数字湿度传感器，通过其振荡测量电路，获得的频率信号与湿度 值成近似线性关系，这样就可很容易的完成对库内湿度的测量；各从机与上位机 之间通过串行总线实现远程数据通信。 系统软件采用软件工程设计方法，实现程 序结构化。功能模块化。目前,由于我国经济基础薄弱，在控温控湿方面投入较少，因而采用进口高档 控制系统有困难，由此，开发一套新型实用的温湿度控制系统，将具有推广价值。本科毕业设计说明书（论文）第18页共55页2硬件电

18、路设计2.1硬件电路总体设计本系统设计用于仓库的温度湿度智能综合监控系统，经参数调整后也可用在 其他场合。他由上位机和下位机等组成。上位机为PC机或同类单片机，下位机是一个以AT89C51为核心的测控小系统。他分别接有 10路温度湿度传感器，进 行温度湿度检测。下位机根据各路的平均温度和平均湿度，控制除湿机、空调机或其他设施，以使室内温度与湿度控制在设定的范围内，并轮流显示平均温度、 湿度值。下位机还设有报警及其相关电路， 组成报警系统。下位机可以通过串行 口 RS485总线与上位机交换数据。2.1.1单片机选型课题选择的是AT89C51芯片。AT89C51是美国ATME公司生产的低电压，高

19、性能CMOS位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM) 和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATME公司的高密度、非易 失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU) 和Flash存储单元，功能强大AT89C5仲片机可为您提供许多高性价比的应用场 合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串 行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C5何降至OHz的静

20、态逻辑操作， 并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU勺工作，但允许RAM定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电力式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51的主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容,4k字节可重擦 写FALSF闪速存储器，1000次擦写周期,全静态操作：OHz-24MHz,三级加密程序存 储器,128X8字节内部RAM,32个可编程I/O 口线,2个16位定时/计数器,6个中断源,可编程串行UART1道，低功耗空闲和掉电模式AT89C51芯片的引脚图如下图2所示：P1.0 匚P11匚P12匚PV

21、3匚P1A匚P1.5 匚 pre匚P1.7C RST匚(RXD) P3.0 匚(TXD) P3.1 匚(INTO) P3.2 匚(JNTT) P3.3 匚(TO) P3.4 匚(T1) P3,5 匚(WR) P3.6 匚(RD) P3.7 匚XTAL2 匚XTAL1 匚GND匚1402393384375366357343339321031113012291328142715261b251724182319222021 VCC PO.O (ADO) POJ (AD1) P0.2 (AD2) PO3 (AD3) PO.4 (AD4)二I PO.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.7 (AD

22、7) EAA/PP ALE/PROG PSEN P2.7 (A1I5) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4 (A1I2) P2.3 (A11) P2.2 (A1O) P2.1 (A9)二I P2.0 (A8)图2.1 AT89 C51 引脚图2.1.1.1 AT89C51 引脚说明XTAL接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，该引脚应接地。XTAL2接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内 部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。RSTAT89C5的复位信

23、号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将 此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51便能完成 系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。ALE/ PROG ALE是英文"ADDRESS LATCH ENABLE缩写，表示允许地址锁存 允许信号。当访问外部存储器时，ALE信号负跳变来触发外部的8位锁存器（如 74LS373）,将端口 P0的地址总线（A0-A7）锁存进入锁存器中。在非访问外部存储 器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作频率的1/16 ,因此可以用来驱动其他外 围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间，将以 1/12振荡

24、频率输出。EAVPP该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码（存于外部EPRO中）来执行程序。因此在8031中，EA引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。 如果是使用AT89C5或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程 序运行时访问内部程序存储器，当程序指针 PC值超过片内程序存储器地址（如 051/8751/89C51的PC超过0FFFH）时，将自动转向外部程序存储器继续运行。PSEI此为"Program Store En able"的缩写。访问外部程序存储器选通信号， 低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次PSEN 信号。在

25、执行片内程序存储器指令时，不产生 PSE信号，在访问外部数据时，亦 不产生PSEN信号。P0口 （P0.0P0.7）是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据 时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作 一般双向I /O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTT负载。P1 口 （P1.0P1.7） 口是具有内部提升电路的双向 1/0端口（准双向并行I/O 口），其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。P2口 （P2.0P2.7） 口是具有内部提升电路的双向 1/0端口（准双向并行I/O 口），当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外

26、部不扩展而单片应用时，则 作一般双向I /O口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。P3口 （P3.0P3.7） 口是具有内部提升电路的双向1/0端口（准双向并行I/O口），它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部 随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下：P3.0 RXD串行通信输入,P3.1 TXD串行通信输出,P3.2 INT0外部中断0输入，低电平有 效,P3.3 INT1外部中断1输入，低电平有效,P3.4 T0计数器0外部事件计数输入 端,P3.5 T1计数器1外部事件计数输入端，P3.6 WR外部随机存储器的写选通， 低电平有效,P3

27、.7 RD外部随机存储器的读选通，低电平有效。2.1.1.2 AT89C51 内存空间内部程序存储器（FLASH 4K字节；外部程序存储器（ROM 64K字节；内部数据存储器（RAM 256字节；外部数据存储器（RAM 64K字节2.2温湿度输入电路设计2.2.1温度传感器的选型温度传感器选择Dall半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20它是世界上 第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使 用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，

28、测量温度范围为-550C+1250C,在-10+850C范围内，精度为土 0.5 0Co DS1822的精度较差为土 2 °C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式 传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境 控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品 支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜， 体积更小。DS18B20可以程序设定9-12位的分辨率，精度为土 0.5 °C,可选更小的封装 方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存

29、。DS18B20的性能是新一代产品中最好的。性能价格比也非 常出色。继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B2C和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适 合自己的经济的测温系统。a）DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下：DAJLLAS1SB20fHOl l«VJE-V.:.fO-92 (DS1SB20)（在D®为数字信号B输入元输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端寄生电源

30、接线方式时接地）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM勺排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接 着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+。光刻ROM勺作用是使每一个 DS18B20都各不相同，这样就 可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20勺目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625°C/LSB形式表达，其中S为符号位。表2.1 16位符号扩展成二进制补码表B

31、ite 7Bite 6Bite 5Bite 4Bite 3Bite 2Bite 1Bite 2LS Byte2322212022"22/Bite15Bite14Bite13Bite12Bite11Bite10Bite9Bite8MS ByteSSSSS262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中, 二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于 0,这5位为0,只要将测 到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0,这5位为1,测到的 数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125C的数字输出为 07D0H +25

32、.06250C 的数字输出为 0191H, -25.0625 °C 的数字输出为 FF6FH -55°C的数字输出为FC90Hb）DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM后者存放高温度和低温度触发器 TH TL和结构寄存器。暂存存储器包含了 8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字 节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是 TH TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的 内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内

33、部计算。第九个字 节是冗余检验字节。表2.2寄存器字节地址分配表寄存器内容字节地址温度最低数字位0温度最高数字位1高温限值2低温限值3保留4保留5计数剩余6每度计数值7CRC校 验8该字节各位的意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是1，TM是测 试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B2C出厂时该 位被设置为0,用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20 出厂时被设置为12位）表2.3分辨率设置表R0R1分辨率温度最人转换时间009位93.75ms10位11位12位187.5ms375ms 750msR1R0分辨

34、率温度最大转换时间：009位是93.75ms , 0110位是187.5ms, 1011 位是 375ms 1112 位是 750ms根据DS18B2C的通讯协议，主机控制DS18B2C完成温度转换必须经过三个步 骤：每一次读写之前都要对 DS18B2C进行复位，复位成功后发送一条 ROM旨令， 最后发送RAM旨令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU各数 据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20攵到信号后等待1660微秒左右，后 发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU攵到此信号表示复位成功。2.2.2湿度传感器选型在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经

35、常需要对环境湿 度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。 用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的 需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题。 国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。 湿敏传感器正从简 单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿 度温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。2.2.2.1湿敏元件的特性湿敏元件是最简单的湿度传感器。

36、湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。a）湿敏电阻湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测 量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿 敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。b）湿敏电容湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、 聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生 变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 湿敏电容的主 要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度

37、的滞后量小、便于制造、 容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容 的主厂家有Humirel公司、Philips 公司、Siemens公司等。HS1101（湿敏电容）：是基于独特工艺设计的电容元件，专利的固态聚合物 结构；高精度2%极好的线性输出；1-99%RH湿度量程；-40到100摄氏度的温 度工作范围；响应时间5秒；湿度输出受温度影响极小；防腐蚀性气体；常温使 用无需温度补偿；无需校准；电容与湿度变化0.34pf/%RH;典型值180pf/55%RH; 长期稳定性及可靠性，年漂移量 0.5%RH年。除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、 重量

38、型湿敏 元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿 敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差， 在检测环境湿度时，湿敏元件要长 期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。c）集成式数字湿度模块HF3223（湿度模块）：用HS1101做的频率输出湿度模块，适用于需要精确可 靠检测湿度的OEM用户，有很小的易于安装的接头，可以非常节省成本的机械自 动安装。由于它是线性的频率输出湿度检测模块，因此可以直接与微处理器相接。 它采用专利电容HS1101设计制造，宽量程：1095%RH稳定，比例线性的频率 输出精度土 5%RH工作温度范围-4080°

39、C,具有高可靠性与长时间稳定性，低 成本。表2.4 HF3223技术参数详表参数典型值单位湿度测量范围1095%RH相对湿度精度+/-5%RH标准输出RH=55%8750VDC损耗电流0.1mA温度系数（1050°C）+/-0.1%RH/ 0C平均灵敏度（33%75%）-18mV/%RH湿滞+/-1.5%RH长时间稳定性0.5%RH/yr工作温度-30800c储存温度-40850C工作湿度范围099%RH供电电压0100VDC输出5VDC响应时间10msHIH3610（Honeywell湿度传感器）：单片IC （集成电路）湿度传感器，低成 本，大量OEM设计精度：3% 激光修正至5%

40、 5VDC俞入，0.830.9VDC输出。 低功耗设计：200uA驱动电流，很适合电流供电的低功耗系统。快速反映：15秒。稳定性好，低漂移，抗化学腐蚀性能。工作范围：-4085°C, 0100%RHHM150（湿度变送器）：采用Humirel专利湿敏电容HS1101设计制造，带防 护棒式封装。5VDC恒压供电，1-4VDC放大线性电压输出，便于用户使用。宽量 程：0100%RH精度：土 3%R（ 1095%R范围）。防灰尘，可有效抵抗各种腐 蚀性气体物质。非常低的温度依赖性。综合以上各种湿度传感器的性能价格比比较，我选用 HF3223集成式数字湿 度模块，它具有良好的借口设计和准确地

41、测温性能。 并且它是数字型，直接输出 频率，输出信号可以被单片机直接接收省去了大量的转换电路。2.3键盘显示电路设计a）键盘本系统用行列式键盘，即用I/O 口线组成行列式结构，按键设置在行列的交 点上。在按键数较多时，可节省I/O 口线。本系统键盘采用的工作方式为编程扫描工作方式，它是利用CPU在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时， CPU不再响应键输入要求。编程扫描工作方式只有在CPU空闲时才调用键盘扫描 子程序。键盘采用的扫描法扫描方式，扫描法是在判定有键按下后逐行（或列） 置低电平，同时读入行（或列）状态，如果行（或列）状态出现非全 1状态，这

42、时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。表2 .5键盘列表P1.0123清除P1.1456确定P1.2789显示温度P1.3温度设定湿度设定0显示湿度P1.4P1.5P1.6P1.7键盘设定如下：键盘共有16个按键，用于方便设定温度/湿度。数字按键，输入数字1-9 ; 确认键，修改设置温度/湿度时进行确认；清除键，修改设置温度/湿度时进行删 除；显示温度键，按此按键后，显示温度的最大值，数码管闪烁；显示湿度键， 按此按键后，显示湿度的最大值，数码管闪烁。采用16按键的键盘代替其他作品的自加1按键和自减1按键，虽然增加了 按键的个数，但是却方便了输入所需要设置的温度，使得温度设定操作更为简单。

43、这也是本作品相对于其它作品改进的一个重要方面。b）显示电路如下：本科毕业设计说明书（论文）SMG1第smG07页共55页RK .8SXRK .8SXRK .8SXRK .8SX从CPU板来CZ1KEY ?DO-/CSK / GND /2.54-6PR15K1KEYK05VCZ2FM5V2.54-2PQ1R21K80505V16Qdo14CLK115V10 c、CSK12 口GND13 cQ098-C-U0VCCO0SFRO1 -SRCLKO2 -SRCLRO3 -iRCLKO4EO5 -Q7O6 -GNDO7 -15 0G4 0C74HC5951 0F2 0A y30BJ5 0D6 0E /7

44、 FM yTP801B7777777i77777777BAF2FGA9i99i0AFB3 D3DCBBAGE DE DTPrTTTTffF377775VD1IN4001D4IN40019IN4001e d pb af g厂dpb a1 ge d p'b a1 ge db af gdddd»mmmmmmm moooooooocccccccc38D738D538D338-4-M-M-IiIN4001IN4001<5V 16 Q0 14CLKH' 站10 J Csk12q 、GND 13 口 Q19""°8C1C2470/16V104D8

45、IN4001D6 IN4001D2亨 IN4001U1VCCO0.SERO1、SRCLKO2SRCLRO3b RCLKO4EO5 Q7O6.GNDO774HC5954 1C5 1D6 1E /7 1DP /15 1G /1 1F /2 1A y3 1B""5V16Q114CLK 11 旦斗 CSK 12、GND 13 gQ2 9""°8,VCCO0,SFRO1卜 SRCIKO2SRCLRO3、RCIKO4 EO5,Q7O6.GNDO774HC595U24 2C5 2D6 2E7 2DP /15 2G / 2F y 2 2A / 32B"

46、;5V 16、Q2 14_CLK 11|<5V10、-Q CSK 12、GND 13 何9_8CU3VCCO0SERO1i SRCIKO2SRCLRO3RCLKO4TO5Q7O6GNDO774HC5951 3F /2 3A y3 3B /4 3C /5 3D /6 3E /7 3DPy15 3G图2.3显示电路此设计采用74LS595驱动LED数码管显示数据和状态。本电路特点是亮度高, 显示无抖动，有利于库管人员及时准确的监测仓库内环境状况。2.4控制风机电路设计风机采用中间继电器控制，单片机 P2 口的输出低电平信号通过光电耦合器 MOC304触发双向晶闸管KS导通，接触器C吸合。当P

47、2 口输出高电平时，双向 晶闸管KS关断，接触器C释放。MOC304内部带过零控制电路，因此双向晶闸 管KS工作在过零触发方式。接触器动作时，电源电压较低，这时接通用电器， 对电源的影响小。相线零线图2.4控制风机电路本科毕业设计说明书（论文）第34页共55页双向晶闸管的选择要求要满足：额定工作电流为交流接触器线圈工作电流的 2-3 倍；额定工作电压为交流接触器线圈工作电压的 2-3倍。对于中小型220V工作电 压的交流接触器，可以选择3A/600V的双向晶闸管。2.5报警电路设计图2.5报警电路2.6通信电路设计2.6.1通信标准选择a）RS-232串行接口标准目前RS-232是PC机与通信

48、工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地，如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚（信号地）的电平，DB25 各引脚定义参见图1。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时， 发送端驱动器输出正电平在+5+15V,负电平在-5-15V电平。当无数据传输 时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从 TTL电平到RS-232电平 再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电 平与接收电平的

49、差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上 的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s o RS-232是为点对 点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k Q。所以RS-232 适合本地设备之间的通信。b）RS-422与RS-485串行接口标准RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平 衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为 A,另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器 A、B之间的正电平在+2+6V,是一个逻辑状态， 负电平在-26V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地 C,在RS-485中还有一

50、“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动 器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态， 称作“第三态”，即它是有别于逻辑“ 1”与“0”的第三态。接收器也作与发送 端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV勺电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。 接收器接收平衡线上的电平范围通常在 200mV至 6V之间。RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电 路的特性。典型的RS-422四线接口，实际上还有一根信号地线，共5根线。RS-422

51、 四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XO F握手）或硬件方式（一对单 独的双绞线）实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。 其平衡双绞线的长度与传输速率成反比， 在100kb/s速率以下，才可能达到最大 传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。 一般100米长的双绞线 上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。 在矩距离 传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输

52、 电缆的最远端。c）RS-485电气规定由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以 RS-485许多电气规定与 RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485 可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422 一样只能实现点对多的通信，即只能有一个 主（Master）设备，其余为从设备，但它比 RS-422有改进，无论四线还是二线 连接方式总线上可多接到32个设备。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-48

53、5接收器最小输入阻抗为122 RS-422是4k； RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用 在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422 一样，其最大传输距离约为 1219米，最大传输速率为 10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距 离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传 输总线的两端。2.6.2实际通

54、信电路以单片机为主体构成的分布式数据采集和控制系统，因为其电路结构简单， 工作可靠性高而被广泛应用在工业控制中。目前广泛使用的单片机产品都集成了 串行通信接口，使用串行通信接口，通过RS485接口驱动芯片就可以构成总线型 通信网络，把多台单片机系统连接成一个分布式数据采集和控制系统。但为了克服单片机的不足，引入了 PC机，采用主从式结构模式，即PC机为主机，分布在 现场的各个单片机系统为从机，其结构如下图所示。图2.6串行通信电路PC机串行口为标准的RS232口，根据标准规定：RS232采用负逻辑，并且传 输距离短，一般用于20m以内的通信。而对于大多数分布式控制系统，通信距离 为几十米到几千

55、米不等，因此，RS232接 口不能满足系统的要求，目前广泛采用 的是RS485收发器。RS485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模 干扰的能力，加上收发器具有高的灵敏度，能检测低达200mv的电压，故传输信 号在千米以外得到恢复。在这种分布式控制系统中，通信是系统的关键，是系统 设计时首要考虑的问题。而如何有效可靠地实现RS232与 RS485之间的转换是系 统通信实现的前提，详见转换电路图 2.7 o在该设计中，电压在+ 3+ 5.5V范围内都能正常工作，能完成TTL与RS485 之间的转换。它对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何 外加保护元件。R1,R2是为排除第一个数据传输误码率而设定的匹配电阻，使用 者可根据使用情况选择该点组