仓库温度多点检测器——硬件系统设计(文献综述)(共10页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上仓库多点温度监控系统设计硬件系统设计摘要本文设计和构建了仓库温度多点检测系统，主要用于实时监测仓库中的温度，并能有效地对仓库的温度进行自动监测调节。本设计以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的形式传送给51单片机。文中着重介绍了该控制系统的硬件部分其中主要包括：温度检测电路、温度报警电路、温度显示电路等、温度调节电路以及单片机的一些相关电路。单片机最后通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。关键词: 温度；AT89C51单片机；DS18B20温度芯片；温度检测；温度调节 Abstra

2、ct In this paper, the design and construction of the warehouse temperature multi-point detection system are mainly used for real-time monitoring of the temperature in the warehouse, and can effectively be used for the warehouse temperature automatic monitoring and regulation. The working principle a

3、nd design method of the design AT89C51 microcontroller as the core temperature control system. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 acquisition, and transmitted by digital signal to 51 single chip microcomputer. This paper mainly introduces the control system hardware, including: t

4、emperature detection circuit, temperature alarm circuit, temperature display circuit , temperature control circuit and some related circuit of microcon -troller . Microcontroller finally achieves the purpose of temperature control through the corresponding processing to the signal.Keywords: temperat

5、ure; AT89C51 microcontroller; DS18B20 temperature chip; temperature measurement; temperature control一、前言 温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一，同时它也是一种最基本的环境参数。人民的生活与环境温度息息相关，物理、化学、生物等学科都离不开温度。 我们知道粮食在存储期间，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓内的温度会发生异常，这极易造成粮食的腐烂或发生虫害。同时粮仓中粮食储存质量还受到粮仓中气体、微

6、生物以及其他虫害等因素的影响。为保证粮食仓库具有一个正常的温度环境，有必要对仓内温度，包括粮食里面的温度进行监测。因此，对于粮食仓库防腐、防霉已经成为仓库日常工作的重要内容，同时也是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作的可靠性。温度对微生物的生长、繁殖都有很大的影响，大多数菌种生长繁殖的适宜温度是28-30，要保证粮食的安全，则要求粮仓的温度至少低于25。控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平，达到安全储藏的目的。控温储粮能保持粮食较好的品质，是目前比较先进的一种安全、经济、绿色的储粮技术，已成为当今科学储粮的技术发展的新方向。据了解，粮食的最佳储藏温度与粮食

7、所含水分有关，一般含水量是14%以上时则要求温度不能超过15度，若含水量为13.5%则要求温度不能超过25度，13以下的就问题不大了，一般温度都可以了。根据重庆的温湿度状况，粮仓的温度控制在5-20，此时粮食是安全的。1、仓库温度检测技术的发展状况 在早期时候，粮情监测主要采用温度计测量法。它是将温度计直接放入特制的插杆中，根据经验插在粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出读数，确定粮温的高、低，决定是否倒粮。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有

8、发生。随着科技的发展，从 1978 年开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器、报警器等组成的储粮监测系统出现，它可对各粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度、精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致检测精度、系统可靠性还不够理想。至 1990 年，粮情检测系统有了很大的改善和提高，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；在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数；采用单板机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测精度和可靠性较前有很大提高。但温度传感器的线性度差

9、，系统的检测精度仍不理想，无法大面积推广。近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。对于中国温度检测技术的研究相对较晚，大约始于20世纪80年代。近年来，我国引进了多达16个国家和地区的工厂环境控制系统，在总体上，正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展，对推动工厂温度自动检测产生了积极的作用。与此同时，我国的温度测控设施计算机应用以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统。在生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，比如环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。与发达国家相比较，还是存在一定

10、的差距的。基于我国目前这样的状况，更需要我国更多的人能在这方面做更多更深入的研究。2、研究的意义 粮食是百姓的温饱之源，物价平衡之基，经济发展之要，社会稳定之本。我国是一个农业大国，同时也是一个储粮大国，粮食年产量和常年储存量均居世界首位，这些粮食的储藏安全是国家粮食安全的重要组成部分。因此，只有重视粮食储藏，改善储藏条件，提高储粮技术水平，才能真正保证整个国家的粮食安全。江南地区，温度较高、湿度较大，农村储藏条件较差、技术水平落后、农户储粮方式简陋、面向农户储粮知识的普及与宣传不够，使得储存在农村的这部分粮食易发霉、生虫和被鼠啮，损失约6，。这不仅影响农民的收入，而且直接威胁到我国粮食储备安

11、全。因此，搞好农户粮食的安全储藏、减少储粮损失，就相当于开发了“无形粮田”，增加了粮食产量，提高农民收入，是利国利民的好事，是保证国家粮食安全的大事。目前，粮库中的温度的检测，基本上是人工检测，劳动强度大、繁琐，由于检测报警不够及时，造成库储粮食损失的现象时有发生，于是设计并研制性能优良的粮库温度自动检测调节系统迫在眉睫。二、系统方案设计1、系统硬件设计框图本系统是以AT89C51单片机为核心且基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系

12、统可应用在大型工业及民用常温多点监测场合之下。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统。具体系统框图如下：时钟电路复位电路AT89C51多个DS18B20 温度芯片数据传输数据显示超温报警电磁继电器工作电源声光报警器器 制冷器固态继电器1 N加热器固态继电器2图2 系统方案框图2、 系统软件设计流程图根据整个系统的要求，从测量温度到对其进行监督控制需要经过以下几个步骤：单片机接受来自DS18B20的检测信号，通过UDN2598A控制位选，并通过UDN2981A驱动LED显示，比较当前温度是否在5至20摄氏度，若温度超过20摄氏度则驱动制冷器和声光报警器进行处理，直到温度降至正常复位，控制电路和报警电路才

13、会停止工作。若温度低于5摄氏度则驱动制热器的同时驱动声光报警器进行报警。详细的主程序流程图如下：开始初始化单片机初始化DS18B20设定温度上、限读取温度显示当前温度是是否否启动制热器低于下限温度5超过上限温度20判断当前温度值启动制冷器器启动声光报警器启动声光报警器图5.1 主程序流程图三、AT89C51单片机功能介绍1、芯片简介 ATMEL89系列单片机是以8031核构成的，所以，它和8051系列单片机是兼容的系列。这个系列对于以8051为基础的系统来说，是十分容易进行取代和构造的。故而对于熟悉8051的用户来说，用ATMEL公司的89系列单片机进行取代8051的系统设计是轻而易举的事。

14、89系列单片机对一般用户来说，存在下列很明显的优点：(1)含Flash存储器 因此在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。 (2)静态时钟方式 89系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。(3)错误编程亦无废品产生 一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品。而89系列单片机内部采用了Flash存储器，所以，错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。 (4)可进行反复系统试验 用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系

15、统试验；每次试验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断能追随用户的最新要求。2、AT89C51各引脚的功能介绍本设计中，单片机引脚功能定义如下，如下图所示：图1 AT89C51的引脚图89C51管脚说明如下：Vcc：电源引脚，接+5V电源。 Vss：接地。XTAL1，XTAL2：时钟引脚。两引脚间外接晶体与片内反相放大器构成一个振荡器，为单片机提供时钟控制信号。本设计根据需要外接6MHZ晶体。 RST/Vpd：RST是复位信号输入端，高电平有效。Vpd为备用电源输入端。：外部中断0的触发信号输入端，低电平或下跳沿有效；：外部中

16、断1的触发信号输入端，低电平或下跳沿有效。T1：定时器/计数器T1外部输入。：外部数据存储器和外部I/O口的写控制信号，输出，低电平有效。：外部数据存储器和外部I/O口的读控制信号，输出，低电平有效。ALE/：地址锁存允许信号输出端，ALE用于将地址总线的低8位锁存。该信号频率为振荡器频率的1/6，可作为外部定时或时钟使用。/Vpp：内外程序存储器选择控制端，输入。当为低电平时，CPU对程序存储器的操作仅限于单片机外部程序存储器。当为高电平时，CPU对程序存储器的操作从单片机内部程序存储器开始，并可延伸到单片机的外部程序存储器。鉴于单片机的实际用处，本端口接的高电平。P0口为双向I/O口，它的

17、结构与P2口相似，可作输入/输出口使用，也可作系统扩展的地址/数据总线口。P0口作地址/数据总线口使用时，由控制线控制将电子开关接通至地址/数据端，分时输出扩展外存的低8位地址。本系统将P0口用于作为驱动8段LED的段选。P1口是8位准双向I/O口，可以驱动4个TTL负载，是真正的单纯的I/O口。P2口是一个准双向I/O口，它有两种使用功能：一种是作普通的I/O口使用；另一种是作系统扩展的地址总线口，输出高8位的地址。当该电路中的多路开关接通锁存器的Q端输出时，P2口作普通输入输出使用，当开关接通地址时，作地址总线口使用，P2口的引脚状态由所输出的地址确定。本系统中用P2.0、P2.1、P2.

18、2、P2.3和P2.4作为控制LED的位选择端。P3口为多功能口，每一位都可以分别被定义为复用的输入功能或复用的输出功能。当P3口某一位的锁存器被置1后，输出端可由复用的输出功能信号控制，作复用的输出功能的输出线使用。而实际上，如果把复用输出功能控制端置1，则P3.x端可实现复用的输入功能。三、DS18B20传感器原理及介绍DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-

19、92小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为912位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。DS18B20有三个主要的数据部件：1）64为激光ROM，2）温度灵敏元件，3）非易失性温度告警触发器TH和TL。器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量

20、贮存在内部的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止，作为另一种可供选择的方法，DS18B20也用外部5V电源供电。五、调试分析在调试过程中需要对软件和硬件分别作出细致的“检测”，在做完这两步之后再将软件导入，观察其具体的效果。在程序编写过程中涉及到一个温度的采集，在这一个模块当中，基于我们的系统是多点温度检测，故需要知道当前检测到的温度是来源于那一个温度传感器，这样才能针对某一个测量点进行温度的调节。针对这一问题，我们通过将每一个DS18B20单独与单片机相连，通过一个简单的程序获得其编码，由于每一个DS18B20的编码是不一样的，故

21、我们可以通过比较这个编码来判断出测出的温度是来自那一个传感器。在电路板焊接完成后，我们首先需要对其进行目测，观察是否存在有虚焊或漏焊等情况。接着利用万能表，通过检测一些可能发生短路的点看其是否处于正常状态，检测无误后再接通电源，测量三极管是否处于正常工作状态，各模块的输入电压是否正常，保证无误后，再将程序导入，进行进一步的调试。调试中我们发现DS18B20具有许多优点，但仍存在一些缺点，如：虽硬件连接简单但编程复杂，当处于温度快速变化的环境中时其灵敏度不够高。故该系统不适合用于温度跨度大，对实时性要求高的环境当中。总 结 在日常的生活中，温度控制系统的应用范围都比较广泛，而对它的要求主要是以下几个方面：温度变化范围有限，稳定性较好，灵敏度较高。在本设计说明书当中简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。本系统的测温范围比较大，这主要归因于DS18B20的性能，温度检测系统再根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。本文利用Protel 99SE进行电路设计与仿真利用Keil CX 51 V7.0 单片机高级语言进行编程。利用Protel进