畢業(yè)設(shè)計--嵌入式糧情檢測系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)</p><p>　　嵌入式糧情檢測系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　Design of Embedded Test System for Grain Situation</p><p>　學(xué) 院：</p><p>　專業(yè)班級：</p><p>　學(xué)生姓名：學(xué)

2、 號：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計中文摘要</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計外文摘要</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b

3、></p><p>　　1.1 課題的研究意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 系統(tǒng)主要的設(shè)計指標(biāo)1</p><p>　　1.4系統(tǒng)所需的支持軟件2</p><p>　　1.5課題的主要內(nèi)容3</p><p><b>　　2

4、 硬件設(shè)計4</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)的設(shè)計方案4</p><p>　　2.2 模塊設(shè)計4</p><p>　　2.3 芯片介紹5</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)——AT89C515</p><p>　　2.3.2LCD1604顯示6</p><p&g

5、t;　　2.3 3DS1302時鐘芯片7</p><p>　　2.3.4溫濕度傳感器SHT118</p><p>　　2.4 模塊介紹10</p><p>　　2.4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)10</p><p>　　2.4.2 DS1302模塊11</p><p>　　2.4.3 SHT11 傳感器模塊11&l

6、t;/p><p>　　2.4.4 LCD1604顯示模塊12</p><p>　　2.4.5聲光報警模塊13</p><p>　　2.4.6 鍵盤模塊13</p><p>　　2.4.7 機(jī)械通風(fēng)執(zhí)行模塊14</p><p>　　2.4.8 電源模塊15</p><p>　　2.5整體電路

7、16</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計17</b></p><p>　　3.1 程序流程圖17</p><p>　　3.1.1 溫濕度采集處理程序流程圖18</p><p>　　3.1.2 LCD顯示流程圖18</p><p>　　3.1.3 報警程序流程圖19</p&g

8、t;<p>　　4 仿真與調(diào)試20</p><p><b>　　結(jié) 論25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)27</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p&g

9、t;　　1.1 課題的研究意義</p><p>　　我國是一個人口眾多的國家，也是一個糧食生產(chǎn)與需求的大國。我國地域廣闊，氣候復(fù)雜，農(nóng)作物種類繁多，所以存在糧食周轉(zhuǎn)調(diào)用問題。這個過程就存在一個糧食的存儲問題，存儲的糧食也可作為戰(zhàn)略物資。影響糧食存儲的因素有很多，溫度和濕度的影響頗大。因為溫、濕度無時無刻不存在于人類的周圍。在工業(yè)生產(chǎn)，氣象監(jiān)測，環(huán)境保護(hù)，國家防務(wù)，科學(xué)研究等部門，常常需要對溫、濕度進(jìn)行監(jiān)測與控制。

10、準(zhǔn)確的溫濕度數(shù)據(jù)在諸多行業(yè)都至關(guān)重要。隨著時代的更進(jìn)，傳統(tǒng)的溫度計已經(jīng)不能顯示人們所要的顯示精度了。人們?yōu)榱烁_的測量溫濕度，人們通過傳感器測出溫濕度，利用單片機(jī)對溫濕度進(jìn)行控制，這樣不僅方便、快捷和簡單等優(yōu)點，并且可以很大幅度提高溫濕度檢測與控制的技術(shù)含量[1]。再通過LCD來顯示溫、濕度的數(shù)值，這樣就會更加直接明了。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　

11、現(xiàn)今，國外的糧食存儲技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，在糧機(jī)專業(yè)設(shè)備、計算機(jī)控制和糧情檢測管理分析等多個方面有了豐富的經(jīng)驗積累。例如日本、瑞典都建造了大量的現(xiàn)代化倉庫，采用計算機(jī)檢測糧食倉庫里的溫濕度，并利用空調(diào)、風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)溫濕度，從而使糧食的存儲日期可以擴(kuò)大數(shù)十年。像泰國、法國就利用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)的方式，讓糧食倉庫維持在恒溫的狀態(tài)，這樣不但可以降溫，還能防止害蟲繁殖，讓糧食能在適宜的環(huán)境下持久保鮮。這其中，加拿大的存儲研究從國際糧食存儲技術(shù)研究中脫穎而出。它

12、首先提出了儲糧生態(tài)，將糧食、害蟲、微生物、糧倉結(jié)構(gòu)結(jié)合為一個生態(tài)系統(tǒng)來全面研究[2]，這是將微生物、物理、化學(xué)等多門學(xué)科的技術(shù)進(jìn)行了一個融合。</p><p>　　國外的糧情檢測系統(tǒng)可以隨時對糧食的溫濕度進(jìn)行檢測，并且對外部環(huán)境的溫濕度也進(jìn)行檢測，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，挑選出最合適的控制方法，進(jìn)行主動的調(diào)節(jié)，用最低的能耗保存糧食。而國內(nèi)的產(chǎn)品，較之相比就有了很大的差距。例如傳感器的精度和靈敏度偏低；傳感器的傳輸，

13、受外界的干擾影響頗重。當(dāng)然，國內(nèi)的電子元件制造技術(shù)不能與國外的元件制造技術(shù)相比。那么我們就要用我們所能利用的技術(shù)手段和已有的硬件設(shè)備做出符合我們自己的糧情檢測系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)主要的設(shè)計指標(biāo)</p><p>　　根據(jù)國家頒發(fā)的相關(guān)條例，再結(jié)合對小型倉庫實際情況的觀察[3]。本文主要對小型的糧食存儲倉庫，制定了一些指標(biāo)。由于設(shè)計應(yīng)考慮的問題諸多，并結(jié)合生活、工作環(huán)境，我

14、所能做到的指標(biāo)為：</p><p>　　(1)溫濕度傳感器的數(shù)目：4個；</p><p>　　(2)溫濕度的測量范圍：+20 ——+80%；30——90%Rh；</p><p>　　(3)溫濕度測量精度為：±0.5%℃；±5%RH；</p><p>　　(4)可以進(jìn)行溫濕度的監(jiān)測，通過屏顯示出來，并對溫度的上限限進(jìn)行設(shè)置。

15、當(dāng)超過限制時，會發(fā)出聲光報警，并激活相應(yīng)的外部設(shè)備進(jìn)行調(diào)控。</p><p>　　(5)電源的工作范圍：DC4.5——5v</p><p>　　1.4系統(tǒng)所需的軟件</p><p>　　1.4.1 KEIL 介紹</p><p>　　Keil C51是一種51系列，能和單片機(jī)相容的一種開發(fā)軟件的系統(tǒng)，它是美國的一家公司生產(chǎn)的，其主要作用是用來

16、對C語言編程實現(xiàn)軟件開發(fā)。它性能簡單，方便好用，容易理解。Keil提供了完備的軟件開發(fā)途徑，如C編譯環(huán)境、連接器以及一個用于仿真的調(diào) 試器等等，它巧妙的將這些個模塊結(jié)合到一起去，讓它們同在一個環(huán)境下。</p><p>　　Keil目前常用的有三個版本：Keil uVersion2、Keil uVersion3、Keil uVersion4。</p><p>　　其中，Keil uVersi

17、on3的界面最友好、簡單、使用。在uVersion3中，可以先編寫程序，再進(jìn)行編譯，然后生成可用于硬件仿真的HEX文件，所以其功能十分完善。其次，在編譯時如果有錯誤，它會自動生成錯誤信息的網(wǎng)絡(luò)表，一般在編譯環(huán)境的下方，只要雙擊一下，就可以確定錯誤所在位置，十分方便更改。另外它還可以在沒有單片機(jī)的情況下，通過選擇單片機(jī)芯片，來編程模擬實現(xiàn)其在硬件電路中的仿真效果。隨著技術(shù)的進(jìn)步，它版本的更新，環(huán)境內(nèi)部所包含的單片機(jī)芯片種類是紛繁多樣，使用

18、也越來越方便，功能也越來越健全。</p><p>　　由于其靈活方便性，以及隨著單片機(jī)更新?lián)Q代，其配套的元件庫也更新的很快，特別適合軟硬件相結(jié)合的仿真，所以適合用于本設(shè)計的軟件編程。</p><p>　　1.4.2 PROTUES的介紹</p><p>　　PROTUES是來自英國的一個公司出版的工具軟件。它功能十分強(qiáng)大，在仿真單片機(jī)芯片的同時，還會連接周圍的非單

19、片機(jī)芯片或者外圍電路一起仿真，不會失去整體電路的功能。PROTUES軟件自1989年問世至今，發(fā)展更新了就差不多有20年了，功能逐漸健全，用戶也因為其性能的良好而普遍接受。擁有PROTUES電子設(shè)計工具，就相當(dāng)于擁有了一個電子設(shè)計和綜合平臺。其特點[2]如下：</p><p>　　⑴它調(diào)試時能單步調(diào)試，也能全速調(diào)試，還可以設(shè)置斷點。</p><p>　　⑵具有模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用

20、系統(tǒng)等各種各樣的復(fù)雜或是簡單系統(tǒng)設(shè)計兼仿真功能。</p><p>　?、羌韴D詳細(xì)設(shè)計、仿真和PCB硬件電路板綜合設(shè)計于一體，著實是從概念設(shè)計逐步深入到產(chǎn)品設(shè)計。</p><p>　?、人С諯EIL C51 的UVERS ION3版本等諸多由第三方開發(fā)的各種調(diào)試仿真環(huán)境等，是目前唯一能仿真微處理器的電子設(shè)計軟件。</p><p>　?、删哂袕?qiáng)大的原理圖到PCB硬

21、件電路板設(shè)計功能，可以得出多種格式的電子設(shè)計報表。</p><p>　　在PROTUES軟件里來繪畫硬件原理圖的步驟如下：</p><p>　　⑴新建設(shè)計文檔：在PROTUES ISIS環(huán)境下選擇“文件”下“新建設(shè)計”命令，在彈出的對話框中選擇適當(dāng)?shù)膱D紙尺寸。</p><p>　?、瓢匆笤O(shè)置自己所需的線寬等工作環(huán)境</p><p>　?、沁x

22、擇、放置元器件：編輯環(huán)境中，先選擇好器件，然后再放置元器件。</p><p>　?、壤L制原理圖：單擊元件引腳或連線，就能進(jìn)行連線；另外也能進(jìn)行自動工具連線。</p><p>　?、山⒕W(wǎng)絡(luò)表：選擇“工具”下“網(wǎng)絡(luò)表編者”命令，然后出現(xiàn)能設(shè)置網(wǎng)絡(luò)表輸出形式、深度及格式。網(wǎng)絡(luò)表是電路板與原理圖之間的紐帶，如果不需要制作電路板，可以不用建立網(wǎng)絡(luò)表。</p><p>　?、?/p>

23、電氣檢查：電路圖繪畫好后，點擊“工具”菜 單下“電氣規(guī) 則檢查”命令，檢測結(jié)果的報告單就會生成。</p><p>　　其目前有三種應(yīng)用較多的版本：PROTUES 7.10、PROTUES 7.9、PROTUES 7.8</p><p>　　故在本設(shè)計中，考慮到需要軟硬件結(jié)合仿真，僅需要PROTUES 7.8版本就能夠完成設(shè)計。</p><p>　　1.5課題的主要內(nèi)

24、容</p><p>　　在糧食的存儲過程中，溫濕度的環(huán)境控制尤為重要，是做好倉儲工作中的一個極為重要的工作。所以極為有效準(zhǔn)確的測得糧倉中多個點的溫濕度的參數(shù)，由單片機(jī)對數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)外圍設(shè)備的控制，是此次設(shè)計的主要任務(wù)。糧情檢測系統(tǒng)是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)，對系統(tǒng)的檢測是否及時，各類器件的靈敏性的要求頗高，所以系統(tǒng)要多經(jīng)得起一定的環(huán)境的考驗。</p><p>　　本系統(tǒng)的主要任務(wù)是利用多個傳感器

25、測的糧倉內(nèi)的溫濕度，及時有效的對環(huán)境實現(xiàn)有效的控制。所以一般應(yīng)具備溫濕度的顯示、分析、聲光報警、機(jī)械通風(fēng)控制等功能。</p><p>　　根據(jù)本次設(shè)計的要求，我選用SHT11傳感器作為溫濕度的測量，用1604液晶屏作為顯示模塊，用DS1302作為時鐘模塊，并用蜂鳴器、二極管做了超限模塊，利用光電耦合電路設(shè)計了機(jī)械通風(fēng)模塊的設(shè)計，復(fù)位電路模塊的設(shè)計。</p><p><b>　　2

26、 硬件設(shè)計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)的設(shè)計方案</p><p>　　方案一：起初本次設(shè)計是采用多個單總線式溫度傳感器的DS18B20與濕度傳感器HS110與單片機(jī)形成一個多點循環(huán)的檢測系統(tǒng)，并利用單片機(jī)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理與功能控制。</p><p>　　方案二：采用4個溫濕度高集成、穩(wěn)定的傳感器SHT11與單片機(jī)構(gòu)成一個定點檢測，循環(huán)顯示

27、的系統(tǒng)，讓單片機(jī)做數(shù)據(jù)處理和功能控制。</p><p>　　以前大多數(shù)的開發(fā)都是采用單總線的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS110來進(jìn)行相關(guān)的溫濕度檢測的設(shè)計。但是這種過于傳統(tǒng)，想這兩種傳感器一般都需要調(diào)理電路來進(jìn)行調(diào)理、校準(zhǔn)、標(biāo)定，以達(dá)到測量的說要精度。因為大部分設(shè)計都是多點，所以要采用的傳感器就很多，這樣很大程度浪費(fèi)了單片機(jī)管腳，而且這樣的測量電路極度復(fù)雜。方案一里所提到SHT11從一定程序上解決了這

28、種問題，并做出相應(yīng)的改進(jìn)。SHT11是溫濕度一體的傳感器芯片，它穩(wěn)定、可靠特性決定了它的地位。它自帶放大器、校驗存儲器等處理器件，它很大程度上的解決調(diào)理電路的問題。因此我采用了方案二。</p><p><b>　　2.2 模塊設(shè)計</b></p><p>　　此次設(shè)計是以AT89C51單片機(jī)為核心[4]，數(shù)據(jù)采集與處理部分是由多個SHT11構(gòu)成，然后通過單片機(jī)的處理后

29、，由LCD1604顯示溫濕度，顯示4行，每行16個字符。為了能更具實行性，采用了DS1302時鐘芯片，并在同一片LCD1602上顯示具體的時間日期，通過同一片LCD1604顯示[5]。設(shè)計中有4個按鍵，一個按鍵用做復(fù)位開關(guān)，他三個按鍵用做設(shè)置溫度和濕度的上限和下限。當(dāng)測量的溫濕度超過設(shè)定的上下限范圍時，會通過多個二極管和蜂鳴器報警及顯示。本設(shè)計加入了機(jī)械通風(fēng)設(shè)備來進(jìn)行調(diào)控，當(dāng)溫濕度超限時，單片機(jī)發(fā)出信號結(jié)合光電耦合電路，來控制大功率電機(jī)

30、來進(jìn)行環(huán)境調(diào)控。</p><p>　　此次設(shè)計的硬件電路有：單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫濕度傳感器SHT11采集模塊、時鐘DS1302模塊、LCD1604顯示模塊、超限模塊、機(jī)械通風(fēng)模塊。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　2.3 芯片介紹</b></p><p>

31、　　2.3.1 單片機(jī)——AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)為4 KB的閃存可編程可擦除只讀存儲器（PEROM）[6]。片內(nèi)有通用的8位中央處理器和Flash存儲單元，ATMEL公司的AT89C51是一個功能強(qiáng)大的單片機(jī)，可為你提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種領(lǐng)域[7][8]。</p><p><b>　　性能參

32、數(shù):</b></p><p>　　①與MCS-51?產(chǎn)品兼容 </p><p>　?、?K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存耐力</p><p>　?、?,000次/寫擦除周期</p><p><b>　　④全靜態(tài)操作</b></p><p>　?、? Hz至24 MHz的三級程序存儲器鎖定12

33、8×8位內(nèi)部RAM</p><p>　?、?2個可編程I / O線</p><p>　?、邇蓚€16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　⑧6個中斷源</b></p><p><b>　?、峥删幊檀型ǖ?lt;/b></p><p>　　⑩低功耗空閑和掉電模式&l

34、t;/p><p><b>　?。?）單片機(jī)引腳</b></p><p>　　圖2.2 單片機(jī)封裝圖</p><p>　　VCC（40腳）：電源端</p><p>　　VSS（20腳）：接地端</p><p>　　XTAL1(19腳)：輸入到反相振蕩放大器和標(biāo)明內(nèi)時鐘操作電路的輸入。</p>

35、<p>　　XTAL2(18腳)：從反相振蕩放大器的輸出</p><p>　　RST（9腳）：復(fù)位輸入。該引腳上保持兩個機(jī)器周期以上的高電平，完成復(fù)位。</p><p>　　2.3.2LCD1604顯示</p><p><b>　　（1）LCD管腳</b></p><p>　　圖2.3 LCD管腳圖<

36、;/p><p>　　PIN1  GND 接0V  </p><p>　　PIN2  VCC 接4.8V-5V PIN3 V0 對地接電阻470-2K PIN4 RS RS=0，指令寄存器；RS=1，數(shù)據(jù)寄存器 PIN5 R/W R/W=0，寫；R/W=1，讀 PIN6 E 允許信號 PIN7 D0 數(shù)據(jù)0

37、 PIN8 D1 數(shù)據(jù)1 PIN9 D2 數(shù)據(jù)2 PIN10 D3 數(shù)據(jù)3 PIN11 D4 數(shù)據(jù)4 PIN12 D5 數(shù)據(jù)5 PIN13 D6 數(shù)據(jù)6 PIN14  D7 數(shù)據(jù)7 PIN15 LED+ 背光正極，接4.8V - 5V PIN16 LED- 背光負(fù)極，接0V</p><p>　?。?/p>

38、2）性能參數(shù) ①驅(qū)動芯片： KS0066（兼容HD44780） ②背光 ：黃光 / 藍(lán)光 ③字色： 黑色 / 白色 ④字庫 ：ASCII碼字庫（英文，數(shù)字，基本符號） ⑤類型 ：STN ⑥液晶模塊尺寸(mm) ：87*60*13.5</p><p>　　2.3 3DS1302時鐘芯片</p><p>　　DS1302是

39、由美國公司生產(chǎn)的具有涓流充電、高性能、低功耗、自帶RAM等性質(zhì)的一款實時時鐘顯示的芯片[9]。它能準(zhǔn)確的對年月日、時分秒進(jìn)行計算，在閏年問題上做了一定的功能補(bǔ)償。此芯片可由雙電源供電，一主一備，備電可利用芯片的涓流成電能力進(jìn)行充電。它的數(shù)據(jù)傳輸是串行傳輸。本次設(shè)計采用此芯片的理由是因為這種芯片接口簡單、價格合理、方便運(yùn)用，在日常的生產(chǎn)、生活中被大量地采用[10][11]。</p><p><b>　?。?/p>

40、1）性能參數(shù):</b></p><p>　?、?可以對2100年之前的時分秒、年月日進(jìn)行計數(shù)</p><p>　?、?具備31*8的額外數(shù)據(jù)存儲RAM</p><p>　?、?I/O口傳輸管腳最少</p><p>　　④ 電壓范圍：2.0-5.5v</p><p>　?、?電流在2v電壓供給下，不會超過32

41、0nA</p><p>　?、?讀取暫存時使用單字節(jié)和突發(fā)模式</p><p><b>　　⑦ 兼容TTL</b></p><p>　?、?可以有效工作的環(huán)境溫度范圍在-40——85℃</p><p>　　⑨ DS1302是由DS1202改進(jìn)的，所以它增加了雙電源，備電可編程式充電功能。</p><p

42、>　?。?）引腳及其結(jié)構(gòu)DS1302管腳排列如下圖2.4所示</p><p>　　圖2.4 DS1302引腳圖</p><p><b>　　引腳介紹</b></p><p>　　Vcc1：主電源 Vcc2：備用電源</p><p>　　SCLK：串行時鐘、數(shù)據(jù)輸入與輸出

43、 I/O口：雙向數(shù)據(jù)傳輸口</p><p>　　X1、X2：接晶振 RST：復(fù)位管腳</p><p><b>　　GND：接地端</b></p><p>　　DS1302的讀寫時序</p><p>　　DS1302是總線驅(qū)動方式。它既向寄存器寫入控制字，還向寄存器讀取相應(yīng)的

44、數(shù)據(jù)[12]。了解了DS1302的控制字，才能與DS1302通信。下面是DS1302的控制字，如表2.1所示。</p><p><b>　　表2.1 控制字</b></p><p>　　我們從位7開始介紹，位7必須是處于邏輯1，一般是不可能為0的，如果為0了，就不能把數(shù)據(jù)寫入芯片中。</p><p>　　位6端為1或為0時起不同的作用，為1時存

45、取RAM中的數(shù)據(jù)，為0時存取時鐘數(shù)據(jù)。</p><p>　　位5到位1為操作單元地址。</p><p>　　位0端為0時則進(jìn)行寫操作，為1則進(jìn)行讀操作。控制字必是開始從最低位輸出的。</p><p>　　2.3.4溫濕度傳感器SHT11</p><p>　　SHT11是集溫濕度為一體的，高集成的芯片[13]。較于其他的同類產(chǎn)品，它測量精度準(zhǔn)

46、確，有很快的響應(yīng)速度，有很高的抗干擾能力，性價比較高等優(yōu)越的特點。它將溫度、濕度檢測，A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理等功能集合在一起。它有二線串行接口，有很高的傳輸性。它的測量精度可由編程進(jìn)行調(diào)控，還可以進(jìn)行溫濕度的自動補(bǔ)償。所以此款傳感器在各個行業(yè)中發(fā)揮著作用，被廣泛應(yīng)用[14]。</p><p>　?。ㄒ唬┧奶匦匀缦拢?lt;/p><p>　　1、溫濕度的相對測量與計算</p>&l

47、t;p><b>　　2、露點檢測</b></p><p>　　3、全標(biāo)定、校準(zhǔn)，數(shù)字輸出</p><p><b>　　4、穩(wěn)定性高</b></p><p>　　5、外部不需其他部件</p><p><b>　　6、能耗低</b></p><p>&

48、lt;b>　　7、體積小</b></p><p>　　8、可以自主的進(jìn)入休眠</p><p>　　9、貼片與引腳都可以互換</p><p>　?。ǘ﹕ht11的管腳</p><p>　　Sht11的管腳如圖2.5所示</p><p>　　圖2.5 SHT11管腳圖</p><p&

49、gt;　　1、GND/VDD為芯片接地端和電源端</p><p>　　2、NC端不進(jìn)行連接</p><p>　　3、SCK端為串行時鐘輸入</p><p>　　4、DATA端為串行數(shù)據(jù)端</p><p>　?。ㄈ㏒HT11時序</p><p>　　單片機(jī)與SHT11傳感器相連是采用二線串行模式相接的，通過時鐘線SCK

50、、數(shù)據(jù)線DATA與單片機(jī)通信。系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，程序開始。這時需要啟動指令，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這是通過一組時序表示的，如圖2.6所示；</p><p><b>　　DATA </b></p><p><b>　　SCK </b></p><p>　　圖2.6 數(shù)據(jù)傳輸啟動時序</p><p&

51、gt;　　從圖上我們可以知道，給SCK時鐘一個高電平時，數(shù)據(jù)口DATA這時會是低電平。這時時鐘SCK會先變成低電平，再變?yōu)楦唠娖?。?dāng)時鐘SCK在變?yōu)楦唠娖綍r，DATA會變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p>　?。ㄋ模㏒HT11的通訊方式</p><p>　　通信是由二線串行數(shù)字接口與SHT11之間的進(jìn)行。SHT11的控制是由5個5位命令代碼實現(xiàn)的，命令代碼如表2.2所示：</p>&

52、lt;p>　　表2.2 SHT11控制命令代碼</p><p>　?。ㄎ澹貪穸鹊挠嬎愎?lt;/p><p>　　PTAT能隙材料制成的溫度敏感元件SHT11,輸出的數(shù)據(jù)是很好的線性關(guān)系。溫度的計算公式；Temperature=d1+d2×SOT。</p><p>　　濕度值是由數(shù)據(jù)線DATA直接輸出的，所有測得是“相對濕度”。需要進(jìn)行一定的修正，修正

53、的公式：＋×＋×。</p><p><b>　　2.4 模塊介紹</b></p><p>　　2.4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)中包含復(fù)位電路和晶振電路[15]，如圖2.7所示。單片機(jī)的31號管腳是要接高電平的，這樣單片機(jī)才能正常運(yùn)行，如果此管腳不是高電平，單片機(jī)將不進(jìn)行運(yùn)作。此管腳的作用是讀取外

54、部的程序儲存器的，然而此次設(shè)計是沒有外部存儲器的。其中復(fù)位電路的起主要作用，它的工作原理是：單片機(jī)通電之后，電容兩端起初是沒有電的，可是慢慢電源給電容充電，電容兩端就有了高電壓，此時rst端為高電平，內(nèi)部電路進(jìn)行了復(fù)位操作：電容本身可以充電，也可放電，當(dāng)電容兩端放電至低電平時，內(nèi)部電路進(jìn)行正常工作。這里設(shè)置的按鍵就是為了快速的對電容的放電過程，這樣電路有可以正常的工作，等于又進(jìn)行了一次復(fù)位。</p><p>　　

55、圖2.7手動復(fù)位和振蕩電路</p><p>　　2.4.2 DS1302模塊</p><p>　　此模塊是進(jìn)行時間設(shè)定的，它的主要構(gòu)成部分是DS1302和一個32.768HZ的晶振。</p><p>　　接晶振的目的是為了精確的計算時間，進(jìn)行年月日、時分秒的計時。這其中時鐘芯片起作用的管腳只有三個，RST、SCLK、I/O分別于單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2口

56、相接。因為現(xiàn)實中為了記錄實時的溫濕度，我們需要一個參照，我在這里加了此模塊。模塊如圖2.8所示；</p><p>　　圖2.8 DS1302時鐘模塊</p><p>　　2.4.3 SHT11 傳感器模塊</p><p>　　此模塊是對溫濕度的一個采集模塊，對溫濕度進(jìn)行修正處理，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)[16]。這里我用了4塊SHT11，模擬一個多點環(huán)境監(jiān)測。這里我用了

57、一個三極管連接在傳感器上，因為4個SHT11傳感器同時接入單片機(jī)時，會產(chǎn)一定的干擾。我為了讓SHT11輸入數(shù)據(jù)到單片機(jī)時不會有干擾時，加入此電路，保證信號不會丟失或沖突。此芯片的特性，我在上文中已經(jīng)進(jìn)行了介紹，在這里就不具體介紹了。傳感器模塊如圖2.9所示：</p><p>　　圖2.9 SHT11傳感器模塊</p><p>　　2.4.4 LCD1604顯示模塊</p>&

58、lt;p>　　此模塊是為了對溫濕度采集后的一個顯示，并顯示實時的時間。因為此次設(shè)計采用的是多通道，所以要考慮到一個采集點的顯示，所以我采用LCD1604液晶屏，它更好的顯示出所要的結(jié)果，數(shù)碼管顯示太單一，功能有限。LCD每行能顯示16個字符，共4行。它的D0-D7口是數(shù)據(jù)傳輸口，分別于單片機(jī)的P0口相接，起控制作用的是RS、RW、E三個端口，分別于P2.5、P2.6、P2.7相連接。顯示模塊電路如圖2.10所示：</p>

59、;<p>　　圖2.10顯示模塊電路</p><p>　　2.4.5聲光報警模塊</p><p>　　這部分我用了5個發(fā)光二極管和一個蜂鳴報警器，分別接在單片機(jī)的P1.0-P1.5口上。此部分的電路圖如圖2.10所示。D1表示干燥，D2表示加濕，D3表示報警發(fā)光，D4表示降溫，D5表示加熱，當(dāng)溫度或濕度超過我們自己設(shè)定的上下限時會產(chǎn)生相應(yīng)的顯示，起到警示作用。蜂鳴器只要超過設(shè)

60、定的限額時，就會發(fā)出短促的聲音提示。</p><p>　　圖2.11 聲光報警模塊</p><p>　　2.4.6 鍵盤模塊</p><p>　　此模塊是由三個鍵盤按鍵構(gòu)成，因為考慮到實際設(shè)計時管腳緊張的問題，我這里只用三個鍵盤。他們分別與單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2三個端口相接。它們的加入是我們可以根據(jù)自己的所需，設(shè)定溫濕度的上下限。這樣在正常的環(huán)境因素下

61、，可以更好的保證糧食的存儲。如果不加入此模塊，此系統(tǒng)就有了很大的局限性，沒有多少實際可行性。鍵盤模塊如圖2.12所示。按鍵1為設(shè)定值的減少，按鍵2為設(shè)定值的加，按鍵3為設(shè)定溫濕度上下限的選定。</p><p>　　圖2.12 按鍵模塊</p><p>　　2.4.7 機(jī)械通風(fēng)執(zhí)行模塊</p><p>　　考慮到現(xiàn)實的糧倉中要用通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行溫濕度的調(diào)控，這里我為了更形

62、象的模擬現(xiàn)實中的情景，加入這里模塊。此模塊由一個光電耦合器、繼電器、12v電機(jī)組成。12v的電機(jī)可能不符合現(xiàn)實中的工業(yè)用電220v或380v，但因為軟件的原因，這里我只能使用12v的電機(jī)模擬真實的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此模塊的原理圖如圖2.13所示。它的工作原理是，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定的上下限時，產(chǎn)生報警，這時單片會給光電耦合器的2管腳一個低電平，使得電路中的繼電器工作，吸合開關(guān)，使得電機(jī)電路導(dǎo)通，從而電機(jī)工作[17]。</p><

63、p>　　圖2.13 機(jī)械通風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　2.4.8 電源模塊</p><p>　　電源模塊是為了給現(xiàn)實中的單片機(jī)、lcd1604等需要直流電壓的器件供電的。因為此次設(shè)計中需要用到5v電壓，電路如圖2.14所示。因為在輸出端需要輸出+5V的電壓，由式U0=1.2U2，得到變壓器副邊電壓有效值U2約為4V，而每個整流二極管承受的最大反壓UR= U2=6V。又輸出電流最

64、好控制在200mA以內(nèi)，所以由ID=0.5IO得到流過二極管的直流電流為100mA，所以應(yīng)該選擇最大電流IF大于100mA,最大反向電壓大于6V的整流二極管。經(jīng)查手冊選用1N4001較為合適（IF=1A；UR=50V）。</p><p>　　又因為原邊電壓頻率為50Hz，所以，周期T=1/f=0.02s，理想負(fù)載電阻約為RL=U0/T0=25歐姆，再由RLC≧(3～5)T/2,故得到濾波電容為C≧4*T/2RL=

65、1600uF。由上述計算，可選用標(biāo)稱值C=2200 uF/50V。</p><p>　　由于變壓器次級電流I2除了供給負(fù)載需要的電流I0外，還要向電容C充電，所以應(yīng)該有I2＞I0，工程上一般選擇I2≈（1.2～3）I0=0.4A，本設(shè)計中取I2=2I0,求得變壓器次級線圈功率為P2=U2*I2=4*0.4=1.6W,所以可以選擇功率為2W,輸出電壓為5V的變壓器。</p><p>　　圖2

66、.14 電源模塊</p><p><b>　　2.5整體電路</b></p><p>　　圖2.15 整體電路圖</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計</b></p><p>　　此次利用編程的軟件為KEIL UVISION4軟件，編程的語言為c語言[18]。軟件模塊由各個模塊的主程序和子程序

67、組合而成。</p><p><b>　　3.1 程序流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)開機(jī)后，單片機(jī)會開始初始化，LCD/DS1302/SHT11初始化，系統(tǒng)開始運(yùn)作，DS1302進(jìn)行時間的確定將數(shù)值在LCD上顯示，SHT11同時也在進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測與采集，同時在LCD上顯示，這是進(jìn)行一個循環(huán)的檢測和判斷，當(dāng)溫濕度值超出時會啟動機(jī)械通風(fēng)設(shè)備。</p>

68、<p>　　圖3.1 主程序流程圖</p><p>　　3.1.1 溫濕度采集處理程序流程圖</p><p>　　SHT11的采集流程，當(dāng)開機(jī)時，SHT11進(jìn)行了初始化，開啟SHT11數(shù)據(jù)傳輸，等待上級微處理器發(fā)出測量指令，將測得指令進(jìn)行計算，將計算的值發(fā)送到微處理器。</p><p>　　圖3.2 溫濕度采集處理流程圖</p><p

69、>　　3.1.2 LCD顯示流程圖</p><p>　　首先對LCD進(jìn)行初始化，設(shè)置顯示的時間，溫濕度的位置。LCD是16位的，所以要進(jìn)行字符的設(shè)定。</p><p>　　圖3.3 LCD1604顯示流程圖</p><p>　　3.1.3 報警程序流程圖</p><p>　　報警需要設(shè)定一個報警標(biāo)準(zhǔn)，將報警的持續(xù)計數(shù)器置變?yōu)槌踔?，啟動?/p>

70、警。</p><p>　　圖3.4 報警程序框圖</p><p><b>　　4 仿真與調(diào)試</b></p><p>　　本次軟件的設(shè)計是在KEIL UVISION4的開發(fā)軟件平臺下操作的，主要用的單片機(jī)方面的C語言設(shè)計而成[19]。在此軟件下，進(jìn)行了編譯、調(diào)試，調(diào)試多次至最終成功后生成hex文件。最后通過PROTUES這一單片機(jī)仿真軟件，進(jìn)行

71、仿真。具體過程介紹：</p><p>　　打開KEIL軟件，找到工程欄，新建一個工程項目，再建一個文件保存。在文件下編輯，然后把文件加入到工程中[20]。</p><p><b>　　創(chuàng)建一個c項目：</b></p><p>　?。?）點擊PROJECT欄，選著菜單欄里的NEW UVISIONPROTECT，保存項目文件為text1.asm，然

72、后選擇自己所用的單片機(jī)，這里我們選擇AT89C51，如圖顯示：</p><p><b>　　圖4.1項目的建立</b></p><p>　?。?）在項目工程中創(chuàng)建一個新的文件，保存為text1.c，然后在此文件中進(jìn)行編譯。打開file欄，選中下拉欄中的new按鍵，建立一個新文件，然后編程，并保存。</p><p>　　（3）將上面的mian.c

73、進(jìn)行加入到項目中，點擊source groue1，右擊點擊下拉欄中的“Add File to Group ‘Source Group 1’”這是會跳出一個文件欄，選中上面的TEXT1.c文件，點擊ADD鍵加入到項目中，這時在左邊的項目欄中source group1下面會有一個‘+’號，點擊會出現(xiàn)你所編譯的文件名。這時說明你添加成功。如圖顯示：</p><p><b>　　圖4.2文件的添加</b&

74、gt;</p><p>　　文件添加成功后，我們要進(jìn)行生成.HEX文件的操作，因為這一文件不但在仿真中要用到，而且也是一個自我監(jiān)測錯誤的過程。如圖所示：</p><p>　　圖4.3hex文件的生成</p><p>　　（5）編譯成功的文件，生成.HEX文件時是沒有錯誤的，系統(tǒng)會很順利的生成HEX文件。</p><p>　　KEIL 軟件本身

75、是可以進(jìn)行仿真的，仿真圖如下：</p><p>　　圖4.4 keil仿真</p><p>　　接下來我們?yōu)榱烁蜗蟮目闯鰧嶋H的設(shè)計效果，我們要把.HEX文件加入到PROTUES仿真軟件中[21]。我們要在PROTUES中畫好系統(tǒng)的硬件圖，再在單片機(jī)中植入.HEX文件，進(jìn)行仿真。如圖顯示：</p><p>　　圖4.5植入hex文件</p><p

76、>　　下面的表為中通道2顯示的溫度為39.5、濕度為65.7，通道4的溫度為58.9、濕度為79.4，與實際中模擬的相仿，實際中的顯示溫度、濕度在相應(yīng)的誤差范圍內(nèi)。,所以說明此次設(shè)計是成功的。</p><p>　　表4.1 實時溫濕度與顯示溫濕度對比</p><p>　　圖4.6 實際效果圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b>&

77、lt;/p><p>　　此次設(shè)計在研究了市場需求和國內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的小型糧倉檢測系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了一定的改進(jìn)，設(shè)計出一個能針對糧倉溫濕度檢測的糧情檢測系統(tǒng)并加以實現(xiàn)。經(jīng)過一個多月的調(diào)試和改進(jìn)，從多次實驗的數(shù)據(jù)中看出，此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有一定的抗干擾能力，布局較為合理，系統(tǒng)的維護(hù)能較強(qiáng)。在整個設(shè)計的過程中，我做了以下幾個工作；</p><p>　　根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，借鑒了國家對糧

78、情檢測系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定，明確了本次設(shè)計的相關(guān)指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計所要的指標(biāo)，提出了兩種方案，選了較為簡單的多個溫濕度一體傳感器與微處理器相連接的設(shè)計方案。</p><p>　　因為要考慮到環(huán)境帶來的諸多因素，所以對此次設(shè)計所需要的器件，進(jìn)行了嚴(yán)格的選擇 ，并設(shè)計了相對嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪K電路。通過一定的外圍電路使得傳感器的信號更加穩(wěn)定，使得系統(tǒng)增強(qiáng)了穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　為了能更直接形象地看

79、出本次設(shè)計的可行性，我做了一定的仿真，利用PROTUES這一仿真軟件進(jìn)行了此次設(shè)計的功能仿真。為了讓此次設(shè)計更符合實際情況我做了時鐘模塊、控制模塊、顯示模塊等模塊，這是讓此次設(shè)計的系統(tǒng)更加嚴(yán)謹(jǐn)，符合實際情況。</p><p>　　本文對溫濕度采集、顯示的軟硬件設(shè)計有了詳細(xì)的說明，對具體軟件沒有做太多詳解。本文雖然對糧情檢測系統(tǒng)的設(shè)計，做了寫基本功能的實現(xiàn)，可是相對于大中型糧倉來說，就有點不夠完善。離真正的實行和運(yùn)

80、用有很大一段差距。比如糧倉中的氣體成分濃度分析，糧倉的是否有蟲害等等因素，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)功能的實現(xiàn)。但此次設(shè)計就基本功能有了很好的改進(jìn)，能實時的檢測糧倉的溫濕度，報警，并控制通風(fēng)設(shè)備調(diào)控。所以此次設(shè)計是較為圓滿的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成了，這也意味著我即將畢業(yè)，離開我生活了四年的大學(xué)，借著畢業(yè)之際我在此表達(dá)表達(dá)

81、我心中的感謝。首先，我要感謝我的母校，轉(zhuǎn)眼之間四年的大學(xué)生活就過去了，回首過去，進(jìn)入大學(xué)就仿佛是昨天。四年來，大學(xué)的生活并不是一番順利，它伴我經(jīng)歷了許許多多的風(fēng)雨和坎坷，也讓我體驗了多姿多彩的生活和學(xué)習(xí)，讓我哭過，笑過，失敗過，也成功過，它在我人生歷程中留下了濃重的一筆。然后，我還要感謝四年以來所有的教導(dǎo)過我的老師們，感謝他們這幾年來對我的教導(dǎo)和幫助。他們用辛苦的汗水來澆灌我們，讓我們不斷地學(xué)習(xí)新知識，不斷地向著目標(biāo)前進(jìn)。也許老師們教導(dǎo)

82、我的知識我沒有完全掌握透徹，但我仍從中受益頗多，這為我以后的人生道路奠定了夯實的基礎(chǔ)。我還要感謝我的父母，使他們養(yǎng)育了我，把我撫養(yǎng)成人，教導(dǎo)我做人的準(zhǔn)則。在我上學(xué)期間，他們總是默默的支持我，鼓勵我，正是因為他們對我期望，才會讓我時時刻刻保持著奮進(jìn)的動力。最后我要鄭重的首先向我的指導(dǎo)老師宗榮芳老師致以最衷心的感謝！從論文的選題到最后的完成，全部都離不開宗老師的精心的指導(dǎo)與幫助。她平易近人，知識淵博，治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，讓我終身難忘，更讓我受益終

83、生。大學(xué)的生活就快要離我而去</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 佟玲，楊玉芬，張本華．智能溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的組成與發(fā)展[J]．沈陽 農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院學(xué)報．2006，23（4）；25-30</p><p>　　[2] 王若蘭，中國和加拿大糧食儲藏技術(shù)的比較分析。糧食科技與經(jīng)濟(jì)，20

84、02, （6）：36-39</p><p>　　[3] 賀克軍，饒如勇。OPI糧情檢測系統(tǒng)在新倉型中的應(yīng)用。倉儲科技通信， 2004，（4）：8-11</p><p>　　[4] 李鴻等．單片機(jī)原理及應(yīng)用．長沙：湖南大學(xué)出版社，2005：120．134 齊志高，李塹．國家糧食儲備倉庫電氣設(shè)計的幾個問題．糧食流通技術(shù)， 2001，(6)：34—

85、40</p><p>　　[5] 佟玲，楊玉芬，張本華．智能溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的組成與發(fā)展[J]．沈陽農(nóng) 業(yè)大學(xué)工程學(xué)院學(xué)報．2006，23（4）；25-30</p><p>　　[6] 孫余凱，吳鳴山，項綺明.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出 版社，2008.3</p><p>　　[7] 劉文濤.單片機(jī)語言C51典型應(yīng)

86、用設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2001， 12：25-29</p><p>　　[8] 張毅剛主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2009</p><p>　　[9] 李光飛，樓然苗，胡佳文等.單片機(jī)課程設(shè)計實例指導(dǎo)[M].北京：北京航 空航天大學(xué)出版社,2004，105-125</p><p>　　[10] 凌玉華

87、.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2006， 222-228</p><p>　　[11] 錢顯毅.傳感器原理與應(yīng)用[M].東南大學(xué)出版社,2008.7</p><p>　　[12] 馮建華，趙亮.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)[M].北京：人民郵電出 版社, 2004.11</p><p>　　[13] 常

88、喜茂，孔英會，付小寧.C51基礎(chǔ)與應(yīng)用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社 2009.</p><p>　　[14] 孫余凱，吳鳴山，項綺明.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出版 社，2008.3</p><p>　　[15] 康華光，陳大欽.模擬電子電路［M］．北京：高教育出版社，2004：335-336.</p><p>　　[16] 趙

89、茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2006：130-132.</p><p>　　[17] 李光飛，樓然苗，胡佳文等.單片機(jī)課程設(shè)計實例指導(dǎo)[M].北京：北京航空 航天大學(xué)出版社,2004，105-125</p><p>　　[18] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計[M]. 北京：清華大學(xué)出版社,2005.7</p><p>　　[19] 江世明.基

90、于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009.6</p><p>　　[20] 周靈彬.基于Proteus的電路與PCB設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.8</p><p>　　[21] hnson D E, Johnson J R. Moore H P.A handbook of active filters[M].New Jers