粮仓温度检测仪设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 粮仓温度检测仪设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气103 学 号： 学生姓名： 王亚杰 指导教师： （签字）起止时间：2013.06.24-2013.07.12专心-专注-专业课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册2、页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；3、字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；

2、4、行距：20磅行距；5、页码：底部居中，五号、黑体；6、对图题和图中文字要求：图题是5号黑体，在图的下方居中图中文字是5号宋体，参照图2.17、对表题和表中文字要求：表题是5号黑体，在表的上方居中表中文字是5号宋体，参照表2.1课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名王亚杰专业班级电气103班课程设计（论文）题目粮仓温度检测仪设计课程设计（论文）任务该检测仪为手持式设备，粮仓内预先埋设热敏电阻，温度在-10+50变化时，其电阻值在10k1k之间变化。测温时将设备与热敏电阻对接，检测并显示粮食温度，启动排风设备，当温度超限时及时发出声光报警信号（1只发光二极管

3、和蜂鸣器）。设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 传感器选择及其接口电路设计3. 开关量输出接口电路及显示电路设计4. 程序流程图设计及程序清单编写技术参数：1温度检测范围-10+502工作电源220V设计要求：1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，温度检测电路设计等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天 传感器选择及其接口

4、电路设计第6天开关量输出接口电路及显示电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要粮食是人类生存的必需品，温度是保存好粮食的先决条件，储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起到至关重要的作用。大型粮仓有相应的庞大粮情监控系统及布线网络，小型便携式测温仪只能单点测温且功能单一。专门针对农户小型粮仓测温的问题，本文提出一种基于单片机系统的小型粮仓测温仪：可测量1路温度数据、报警功能等。本文在阐述测温背景及单片

5、机系统介绍的基础上，详细介绍了测温仪的硬件设计和软件设计的过程，涉及到了曲线实现的算法。其中，硬件电路设计是以AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器为核心器件，由测温电路、LCD显示电路、时钟电路、报警电路、PC接口电路、键盘电路等设计组成的。软件设计则采用模块化编程方法，使得程序易于调试和维护，并利用KEIL软件进行C语言编程，实现数据处理、LCD显示、键盘扫描、报警等功能，并用PROTEL 99软件画整机电路图。本设计功能实用，结构简单、抗干扰性强、实用性强，具有一定的工程应用价值。关键词：单片机；DS18B20；LCD显示；DS1302；温度检测目 录第1章 绪论1.1 粮仓

6、温度检测仪设计概况粮食储藏是国家为防备战争、灾荒及其它突发性事件而采取的有效措施，特别对于发展中国家来讲，粮食更是基本的物质基础。从理论上说，国家掌握的粮食越多越好，但是从现代经济学的角度看，国家只要能控制住一定数量的可灵活支配、质量良好的粮食，便可达到“备战备荒”、宏观调控的目的，还可以节省资金用于发展经济。而近年来，耕地面积减少、水土流失严重等因素造成提高粮食总产量的空间十分有限；加上人口的增加，粮食尤为重要。其中，由于农户分散存储，农民储量不当，导致储量虫害霉变，造成粮食损失巨大。正确的储粮应严格控制其温度，因为，温度高促进粮食的新陈代谢，产生水酒精等，促进粮食发芽；温度过低，温度偏低，

7、则粮食表面水分增高，粮食的湿度到一定上限则会霉变变质。因此，储粮温度应控制在一定范围内。大型粮仓有相应的既稳定又精确地粮情智能测控管理系统，该系统复杂且昂贵，而对于小型粮仓来说大材小用；小型的便携式测温仪也只能单点测温且功能单一，不适合小型粮仓的测温工作。小型粮仓的测温处于中间态，“高不成低不就”。这便迫使设计出一种实用性强，性价比高且功能多样的智能型小型粮仓测温仪。这样才能更有效的实现精确农业，真正服务于“三农”。因此，该设计具有一定的研究意义和使用价值。1.2 本文研究内容本文提出一种基于单片机系统的小型粮仓测温仪，可测量1路温度数据、报警功能等。系统以AT89C51单片机为主控器，通过扩

8、展A/D接口，键盘输入，数据处理，数据显示以及系统报警等相关设备实现多路数据采集和监测的原理与结构。本文在阐述测温背景及单片机系统介绍的基础上，详细介绍了测温仪的硬件设计和软件设计的过程。其中，硬件电路设计是以AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器为核心器件，由1路测温电路、LCD显示电路、时钟电路、报警电路、PC接口电路、键盘电路等设计组成的。软件设计则采用模块化编程方法，使得程序易于调试和维护，并利用KEIL软件进行C语言编程，实现数据处理、LCD显示、键盘扫描、报警等功能，并用PROTEL99软件画整机电路图。第2章 CPU最小系统设计2.1 粮仓温度检测仪设计总体设计方案测

9、温仪有共同的特点：检测方便、测量点少、功能简单等。若采用一般的模拟温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到微处理器处理，电路复杂并且精确度不高。而随着元件的发展，我们足以能够实现精简电路、丰富功能的设计思想。针对于小型粮仓测温仪设计，关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。选择何种传感器，选择何种主控单元，选择何种实现方法，这对整个设计都起到至关重要的作用。图2.1 过程层原理框图表1.1 变电站情况项目名称本期规模变压器2台35kV进线2回10kV出线6回10kV电容器组2台电气主接线35kV外桥接线

10、10kV单母分段接线2.2 CPU的选择根据设计内容，本设计选择AT89C51。硬件的核心选用Atmel公司产生的AT89C51单片机。它是一种低功耗、低电压、高性能的8位微控处理器，具有8K在系统可编程FLASH存储器，采用的工艺是Atmel允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器；P0口控制引脚，P3口为温度监测引脚2.3 数据存储器扩展AT89C51与存储器芯片6116的扩展2.4 复位电路设计时钟电路单片机在开机时都需要复位，以便于中央处理器以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后时靠外部电路实现的，再时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚时

11、出现24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机便可以实现初始化状态复位。51单片机的RST引脚是复位信号的输入端。例如AT89C51单片机时钟频率为12MHZ，则复位脉冲宽度至少应该为1us.当AT89C51系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。图中电容C4和电阻R5对电源+5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段电平时间，由于单片机内的等效电阻作用，不用图中电阻R5也能达到上电复位的操作功能

12、。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且再单片机运行时间，用开关操作也能确定使单片机复位。常用的是上电或开关复位电路时上电后，由于C4的充电和反门作用时RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键SW10复位操作使单片机进入初始化状态，其中使程序计数器PC=0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行，单片机冷机启动后，片内RAM为随机值。运行中复位操作不改变片内RAM区中的内容，复位电路采用按钮电平复位电路如图2.5 时钟电路设计时钟电路是用来产生AT89C51单片机工作时所必须的时钟信号，AT89C51本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现

13、，AT89C51在唯一的时钟信号的控制下严格的按时执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，他们跨接在晶体振荡器的用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。电路中的C1,C2的选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡的频率，稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用晶振频率为12

14、MHZ.本次系统的时钟电路设计如图2.6 CPU最小系统图根据上述4节图，形成完整的CPU最小系统图第3章 硬件电路设计3.1 传感器的选择在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100时，最大线形偏差小于1。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1

15、820和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与微处理器连接。这样，测温电路的结构简单，体积小，且由于AT89C51可以带多个DSB1820，因此可以非常容易实现多路测量，轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将必成为电路发展的一种趋势。3.2 单片机系统 AT89C51是一种带4K字节FLASH（FPEROM）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称。单片机的可擦除

16、只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 3.2.1 AT89C51的主要特性 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能COMS8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ATMEL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；全静态工作，0Hz24MHz；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通

17、断；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；片内振荡器和时钟电路。功能强大AT89C51单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。3.2.2 模拟量检测接口电路图画出有传感器、CPU、AD转换器等电路连接图，即完整的模拟量检测硬件电路。3.3 XXX输出接口电路设计AT89C51的引脚功能论文中对图题和图中文字要求：图题是5号黑体，在图的下方居中图中文字是5号宋体论文中对表题和表中文字要求：表题是5号黑体，在表的上方居中表中文字是5号宋体3.4 人机对话接口电路设计该部分主要是设计键盘和显示器，根据设计具体情况设计合理的键盘和显示。第4章 软件设计4.1 软件实现

18、功能综述整个系统的功能是通过硬件电路和相应软件配合来实现的，硬件电路的设计包含着软件的设计思路，而软件的设计支持着硬件发挥应有的功能。因此，软件对整个系统来说是至关重要的，是整个系统的核心，整个系统的执行操作都是在软件的协调指挥下进行的。从软件功能来分类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能，如测量、计算、显示、通讯等。本设计中的软件设计采用模块化的设计思路，根据程序要完成的功能将整个程序划分为若干个模块，每一个执行软件也就是一个小的功能模块，既便于调试、连接，又便于移植、修改。整个系统的程序软

19、件由多个独立的子程序模块组成，它们之间通过软件接口进行连接。连接的原则是：模块内数据关系紧凑，模块间数据关系松散，按功能划分模块。系统程序主要包括主程序、温度采集子程序、温度处理子程序、显示子程序等等。用于计算机程序设计的语言分为机器语言、汇编语言和高级语言。本测控系统的下位机软件的编写主要采用C语言编写。C语言源程序需转换生成机器码程序，才能被执行。但是C语言编写简单，易懂，故常用。C语言的特点就是可以使编写者尽量少地对硬件进行操作，它是功能性和结构性很强的语言。对大多数51系列单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点：1).不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结

20、构；2).寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的 寻址和数据类型等细节；3).指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性；4).可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数；5).与使用汇编语言编程相比，程序的开发和调试时间大大缩短；6).C语言中的库文件提供许多标准的方程，例如：格式化输出、数据转换和浮点运算等；7).通过C语言可实现模块编程技术，从而可将已编制好的程序加入到新程序中；8).C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，已完成的软件项目可以很容易地转换到其它的处理器或环境中。4.2 流程图设计4.2.1 主程序流程图设计主程序是整个测控系

21、统中最重要的程序，各个子程序都在主程序的协调指挥下运行，是一个顺序执行的循环程序，可以被任何优先级的中断请求所打断。各个环境参数的测试和控制指令的判断都在各个子程序中进行，主程序的主要功能是实现系统的初始化、响应中断请求、调用子程序，从而实现系统功能。主程序应尽可能多地使用调用指令，调用指令使得程序结构清晰明了，无论是修改还是维护都比较方便。本设计的主程序流程图如图4.1所示4.2.2 温度处理子程序设计从DS18B20读取出的二进制值必须先转换成十进制值，然后再转换为BCD码，调用LCD1602显示器才能用于字符显示。在本程序中采用默认的12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步

22、进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。然后转换十进制到BCD码，由于百位没有用，默认情况是置为0A，在显示屏上没有任何显示。温度处理子程序流程图如4-2所示。4.2.3 温度采集子程序设计由于每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中，主机在进入操作程序前必须逐一接入DS18B20，用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出并登录。流程中先控制器启动所有DS18B20进行温度变换，温度转换过程如下：程序判断温度是否是零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码值，需要对其低8位取反加一变成原码

23、。然后再逐一地读出每个DS18B20的温度数据，首先要发出匹配ROM命令(55H)，紧接着主机提供64位序列(包括该DS18B20的48位序列号)，就将与之匹配的温度值读出到单片机的RAM中这种方式使其所用时间往往小于传统方式。温度采集子程序流程图如图4-3所示。4.3 温度报警子程序设计粮仓内的温度超过了15或者低于0，就自动启动报警系统。若温度都在015之间，则不报警。温度报警子程序流程图如图4-4所示。4.4 LCD显示子程序第5章 课程设计总结粮仓温度过高或过低必然会对粮食的储藏产生不利的影响，造成不必要的经济损失，因此，必须定时对储存粮食进行温度检测。大型粮仓有相应的庞大粮情监控系统

24、及布线网络，小型便携式测温仪只能单点测温且功能单一，小型粮仓测温处于中间态。于是，本小型粮仓测温仪应运而生。本设计选用方便实用的DS18B20作为温度传感器，温度传直接将采集的温度信号输入到单片机进行处理；单片机采用目前低价位但技术十分成熟的AT89C51；仪器的显示部分用LCD12864，显示美观；并且，报警采用的是性价比高喇叭和发光二极管。同时，编写了相关子程序，实现温度数据采集及处理、报警、显示等功能，实现了对粮仓温度的自动测温，可对温度数据实现自动巡检、单点查询。温度测量范围为-1050，测量精度为±0.1。简而言之，该小型智能粮仓测温仪可以取代以往粗糙的粮仓测温方法，同时也

25、具备旧式测温仪表不可比拟的优点，优化现场作业，提高生产效率，增强粮食储备安全水平。本文介绍了该小型粮仓测温仪的设计过程，包括硬件电路及其配套的应用软件，其主要内容如下：1).介绍了国内外温度检测技术的发展；2).根据实际测量要求制定出了所需元器件的选择使用和连接方案；3).根据实际使用要求设计了相应的基于单片机的硬件系统，该系统能够实现温度数据采集、温度值的实时显示；4).设计了和硬件配套的软件流程。参考文献1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学出版社2009.72 赵晶 主编 Prote199高级应用 人民邮电出版社，2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社2

26、003.44 . 王俊杰 曹卫锋. DS18B20在粮仓测温系统上的应用J . 郑州轻工业学院学报(自然科学版) 第22卷第五期1004-1478(2007)05-0083-03.5 . 韩焕平,刘艳君. 一种实用的粮仓测温仪J. 仪表技术 2001年第3期.6 . 余永权. 单片机原理及应用. 北京:电子工业出版社, 1997.7 . 曲喜贵.电子元件材料手册 M . 北京:电子工业出版社,1989.422-430.8 . 黄贤武,郑筱霞,曲波等. 传感器实际应用电路设计M . 成都:电子科技大学出版社,1997.4-10.9 . 刘君华. 智能传感器系统 M . 西安：西安电子科技大学出版

27、社,1999.10 .郭天祥. 新概念51单片机C语言教程M . 北京:电子工业出版社,2009.11 .黄贤武. 传感器的原理与应用M. 成都:电子科技大学出版社,1999:56-57.12.李东生等.protel DXP电路设计教程M.北京:电子工业出版社,2003.9:20-180.13 .DS18B20中文资料手册.14 . LCD12764 中文资料手册.15 .全国大学生电子设计竞赛组委会编. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2005） M .北京:电子工业出版社,2007. 16 孙家广. 计算机图像学M.3版.北京:清华大学出版社,2005.17 .刘彩.一种快速有效的画线

28、算法J.现代机械,2001(2):3-5.附录总程序#include<reg51.h>#include"yejing.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include <intrins.h>sbit DQ = P07; /数据口define interfacesbit baojing=P14 /报警口signed char shangxian=15;  /上限报警温度，默认值为15signed char xiaxian=0;  

29、0;/下限报警温度，默认值为0uchar uint temp; /温度值 variable of temperaturevoid delay2(unsigned char i) /延时函数while(-i); void Init_Ds18b20(void) /DS18B20初始化send reset and initialization commandDQ = 1; /DQ复位,不要也可行。delay2(1); /稍做延时DQ = 0; /单片机拉低总线delay2(250); /精确延时，维持至少480usDQ = 1; /释放总线，即拉高了总线delay2(100); /此处延时有足够,确

30、保能让DS18B20发出存在脉冲。uchar Read_One_Byte() /读取一个字节的数据read a byte date /读数据时,数据以字节的最低有效位先从总线移出uchar i = 0;uchar dat = 0;for(i=8;i>0;i-) DQ = 0; /将总线拉低，要在1us之后释放总线 /单片机要在此下降沿后的15us内读数据才会有效。 _nop_(); /至少维持了1us,表示读时序开始 dat >>= 1; /让从总线上读到的位数据，依次从高位移动到低位。 DQ = 1; /释放总线，此后DS18B20会控制总线,把数据传输到总线上 delay

31、2(1); /延时7us,此处参照推荐的读时序图，尽量把控制器采样时间放到读时序后的15us内的最后部分 if(DQ) /控制器进行采样 dat |= 0x80; /总线为1, DQ为1,那就把dat的最高位置1;若为0,不处理,保持0 delay2(10); /此延时不能少，确保读时序的长度60us。return (dat);void Write_One_Byte(uchar dat)uchar i = 0;for(i=8;i>0;i-) DQ = 0; /拉低总线 _nop_(); /至少维持了1us,表示写时序(包括写0时序或写1时序)开始 DQ = dat&0x01; /

32、从字节的最低位开始传输 /指令dat的最低位赋予给总线,必须在拉低总线后的15us内, /因为15us后DS18B20会对总线采样。 delay2(10); /必须让写时序持续至少60us DQ = 1; /写完后,必须释放总线, dat >>= 1; delay2(1);uint Get_Tmp() /获取温度get the temperaturefloat tt;uchar a,b;Init_Ds18b20(); /初始化Write_One_Byte(0xcc); /忽略ROM指令Write_One_Byte(0x44); /温度转换指令Init_Ds18b20(); /初始化

33、Write_One_Byte(0xcc); /忽略ROM指令Write_One_Byte(0xbe); /读暂存器指令a = Read_One_Byte(); /读取到的第一个字节为温度LSBb = Read_One_Byte(); /读取到的第一个字节为温度MSBtemp = b; /先把高八位有效数据赋于temptemp <<= 8; /把以上8位数据从temp低八位移到高八位temp = temp|a; /两字节合成一个整型变量tt = temp*0.0625; /得到真实十进制温度值，DS18B20可以精确到0.0625度 /所以读回数据的最低位代表的是0.0625度tem

34、p =(uint)( tt*10+0.5); /放大十倍，目的是将小数点后第一位也转换为可显示数字 return temp;void main()P0=0;delay(50);init();delay(10);show();while(1)display(Get_Tmp();2. 液晶头文件#ifndef _yejing_H_#define _yejing_H_#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar CMDAddress;sbit RS=P25;sbit RW=P21;sbit EN=P22;void delay(uchar t) /延时函数 uint x,y;for(x=t;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);bit busy() /判忙标志位bit flag;RS=0;RW=1;EN=1;flag=(bit)(P0&0x80);EN=0;return flag; void write_cmd(uchar cmd) /写命令字while(busy();RW=0;RS=0;delay(5);P0=cmd;EN=1;delay(5);EN=0;delay(5);void write_date(uchar dat) /写数