畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目：糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　作者姓名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　完成日期：</b></p

2、><p>　　信息工程系電氣自動(dòng)化專業(yè)07自動(dòng)化（2）班</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　糧倉(cāng)管理中最重要的問題是監(jiān)測(cè)糧堆中的溫、濕度變化。國(guó)家為糧食儲(chǔ)藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)。在理論研究和實(shí)地考察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了糧食倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度實(shí)時(shí)在線巡回監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。溫

3、度和濕度的檢測(cè)與控制對(duì)防止糧食霉變有著重要的意義，討論糧堆溫度和濕度變化的主要原因以及糧食倉(cāng)庫(kù)中溫度和濕度的允許變化范圍。探討在線測(cè)量，計(jì)算和控制糧食倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度的原理和方法，基本消滅了糧食霉變事故，同時(shí)也節(jié)省了大量人力和物力，減輕了糧倉(cāng)管理的工作強(qiáng)度，提高了糧庫(kù)管理效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。</p><p>　　正目前,糧庫(kù)中的溫濕度檢測(cè),基本上是人工檢測(cè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,繁瑣,由于檢測(cè)報(bào)警不及時(shí),造

4、成庫(kù)儲(chǔ)糧食損失的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,于是,設(shè)計(jì)并研制性能價(jià)格比較高的糧庫(kù)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫。由于大型糧庫(kù)分布廣、儲(chǔ)量大，糧庫(kù)的管理和監(jiān)測(cè)難度大，基于糧庫(kù)糧情檢測(cè)系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)，由每個(gè)糧倉(cāng)中配置的下位機(jī)將糧情數(shù)據(jù)通過無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)以曲線和表格的形式表示出來(lái)，清晰直觀地顯示出各倉(cāng)內(nèi)溫濕度狀況，由上位機(jī)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行監(jiān)視，管理人員在控制室就可以看到實(shí)時(shí)糧情數(shù)據(jù)，對(duì)糧情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)管理自動(dòng)化

5、、智能化。</p><p>　　關(guān)鍵字：溫濕度 糧倉(cāng) 檢測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Barn management of the most important issue is monitoring the grain heap temperature and humidity ch

6、anges. countries for grain storage to pay high fees each year, mainly due to high cost of monitoring equipment, management methods were not advanced enough in the theoretical study and field visits on the basis of experi

7、ments carried out a food storage temperature and humidity, real-time monitoring and control system circuit design and development. the temperature and humidity measurement and cont</p><p>　　Are present, the

8、grain depots in the temperature and humidity testing is basically a manual inspection, labor-intensive, cumbersome, due to not timely detection and alarm, resulting in the loss of library storage of food phenomena have o

9、ccurred, so the design and development of the higher cost performance granary temperature and humidity automatic detection systems is urgent. because large granary widely distributed, large reserves and grain storage man

10、agement and monitoring difficult, based on </p><p>　　KEY WORDS：humiture granary detecing system desing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p>

11、<p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 糧倉(cāng)溫室度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 課題的提出及研究的意義3</p>&l

12、t;p>　　1.3 本文的設(shè)計(jì)思路及預(yù)期結(jié)果3</p><p>　　1.3.1 本文的設(shè)計(jì)思路3</p><p>　　1.3.2 預(yù)期結(jié)果4</p><p>　　第二章 糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)5</p><p>　　2.1 溫濕度檢測(cè)技術(shù)5</p><p>　　2.1.1 濕度的相關(guān)概念5&l

13、t;/p><p>　　2.1.2 濕度傳感器的分類及特點(diǎn)6</p><p>　　2.1.3 溫度的相關(guān)概念8</p><p>　　2.1.4溫度傳感器的分類及特點(diǎn)8</p><p>　　2.2器件及模塊的選擇10</p><p>　　2.2.1處理器10</p><p>　　2.2.2轉(zhuǎn)

14、換器10</p><p>　　2.2.3溫度傳感器11</p><p>　　2.2.4濕度傳感器11</p><p>　　2.2.5測(cè)控模塊12</p><p>　　2.2.6顯示模塊12</p><p>　　2.2.7報(bào)警模塊13</p><p>　　第三章 糧倉(cāng)溫室度檢測(cè)系統(tǒng)的具

15、體設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)15</p><p>　　3.2單片機(jī)在系統(tǒng)中的工作的原理（過程）16</p><p>　　3.3 ATC0809轉(zhuǎn)換器18</p><p>　　3.4熱電偶溫度傳感器19</p><p>　　3.4.1補(bǔ)償電橋19</p><p>　　

16、3.5濕度傳感器20</p><p>　　3.6 系統(tǒng)附帶電路及元件設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6.1系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6.2按鍵與按鈕的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.6.3 電源的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.7系統(tǒng)軟件部分23</p><p&

17、gt;　　3.7.1顯示設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.7.2報(bào)警模塊24</p><p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析25</p><p>　　4.1 軟件調(diào)試25</p><p>　　4.1.1調(diào)試方法25</p><p>　　4.1.2調(diào)試步驟25</p><p>　　4.

18、2系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果26</p><p>　　4.3系統(tǒng)完成26</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　附錄29</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　第一

19、章 引言</b></p><p>　　隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一。單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。溫室、糧庫(kù)等恒溫場(chǎng)所對(duì)于自動(dòng)化的要求也越來(lái)越高，對(duì)室內(nèi)溫濕度的測(cè)量和設(shè)備的控制操作要用自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)完成。我國(guó)是一個(gè)人口眾多的大國(guó), 科學(xué)儲(chǔ)糧是保障人民糧食供應(yīng), 促進(jìn)社會(huì)安定的大事, 糧倉(cāng)溫度的監(jiān)測(cè)在科學(xué)儲(chǔ)糧中占有重要地位[1

20、]。在大多數(shù)糧食存儲(chǔ)企業(yè), 目前仍主要靠人工檢測(cè)糧倉(cāng)溫度。由于糧庫(kù)占地面積大，糧倉(cāng)分散，倉(cāng)內(nèi)溫度測(cè)試點(diǎn)多，因而人工監(jiān)測(cè)工作量大，效率低，檢測(cè)周期長(zhǎng)，容易漏檢，而且測(cè)量器件損壞率高，測(cè)試精度難以保證[2]。 控溫儲(chǔ)糧是使糧食在儲(chǔ)藏期間保持一定的溫度水平，達(dá)到安全儲(chǔ)藏的目的?？販貎?chǔ)糧能保持糧食較好的品質(zhì)，是目前比較先進(jìn)的一種安全、經(jīng)濟(jì)、綠色的儲(chǔ)糧技術(shù)，已成為當(dāng)今科學(xué)儲(chǔ)糧技術(shù)發(fā)展的新方向。低溫儲(chǔ)藏使糧食品質(zhì)提高，溫度對(duì)微生物的生長(zhǎng)、

21、繁殖也有影響，大多數(shù)菌種生長(zhǎng)繁殖的適宜溫度范圍是28℃~30℃，溫度低于15℃這些菌種的活動(dòng)的繁殖就會(huì)受到抑制，低于12℃時(shí)害蟲一般不能繁殖[3]。 當(dāng)糧庫(kù)溫度在20℃~35℃、相對(duì)濕</p><p>　　1.1 糧倉(cāng)溫室度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，倉(cāng)庫(kù)的溫度和濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展

22、。我國(guó)近年引進(jìn)了多達(dá)16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境控制系統(tǒng)，對(duì)吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、 推動(dòng)倉(cāng)庫(kù)溫度濕度自動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)生了積極的作用，但多因能耗過大，造價(jià)高，品種未能配套，未能達(dá)到很好的效果。中國(guó)的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境綜合控制系統(tǒng)必須走適合中國(guó)國(guó)情的發(fā)展道路，在引進(jìn)、消化、 吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和科學(xué)管理的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行總結(jié)提高、集成創(chuàng)新、超前示范，既開發(fā)適宜我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，又能滿足不同氣候條件，接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平的智能化倉(cāng)庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在專用品種、綜合配套技

23、術(shù)、貯運(yùn)營(yíng)銷上，應(yīng)該研制具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控制倉(cāng)庫(kù)環(huán)境。控制系統(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。先編制出倉(cāng)庫(kù)存放糧食最優(yōu)環(huán)境條件的管理程序表，存儲(chǔ)于電子計(jì)算機(jī)的記憶裝置中，電子計(jì)算機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)、修正各倉(cāng)庫(kù)的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測(cè)信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號(hào)，使電器機(jī)械設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)糧食倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境調(diào)節(jié)。該種系統(tǒng)

24、可</p><p>　?。?） 廣泛采用新技術(shù)、新工藝</p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到濕度測(cè)量領(lǐng)域中[4]。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens（Ce-mo-Sens）專利技術(shù)為高精度濕度傳感器系統(tǒng)設(shè)置精度。其特征是將半導(dǎo)體芯片（CMOS）與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、智能化、高精度、高可靠性的濕度檢測(cè)系統(tǒng)提供了解決方案。該項(xiàng)技術(shù)亦稱“Sen

25、smitter”，它代表傳感器（sensor）與變送器（transmitter）的有機(jī)結(jié)合。盡管SHT11/15屬于傳感器范疇，但具有創(chuàng)新性的CMOSens技術(shù)使之兼有變送器的功能，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。Honeywell公司生產(chǎn)的HIH－3610型濕度傳感器，能在高溫，有化學(xué)液體或氣體的環(huán)境下正常工作，例如可以測(cè)量含有氨、苯、甲醛等有害氣體的雞棚或豬舍中的相對(duì)濕度。即使在飽和狀態(tài)下，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來(lái)。HIH－3610芯片

26、上有一層起保護(hù)作用的亞硝酸鹽鈍化層，在安裝過程中不易損壞。</p><p>　?。?） 提高測(cè)量精度和分辨力</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能濕度傳感器，SHT11/15型智能化濕度傳感器系統(tǒng)測(cè)量相對(duì)濕度的范圍是0～100％，分辨力達(dá)0.03％RH，最高精度為±2％RH。測(cè)量露點(diǎn)的精度＜±1℃。在測(cè)量濕度時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)1

27、2位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產(chǎn)品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度／濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。</p><p>　?。?） 增加測(cè)試功能</p><p>　　新型智能濕度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)[5]。例如，DS1629型單線智能濕度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加

28、完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能濕度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良</p><p>　　1.2 課題的提出及研究的意義 </p><p>　　糧食的安全存儲(chǔ)是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的戰(zhàn)略大事，科學(xué)保糧具有重要的社會(huì)意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值糧倉(cāng)管理中最重要的問題是監(jiān)測(cè)糧堆中的溫、濕度變化。國(guó)家為糧食

29、儲(chǔ)藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)。在理論研究和實(shí)地考察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了糧食倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度實(shí)時(shí)在線巡回監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。溫度和濕度的檢測(cè)與控制對(duì)防止糧食霉變有著重要的意義，討論糧堆溫度和濕度變化的主要原因以及糧食倉(cāng)庫(kù)中溫度和濕度的允許變化范圍。探討在線測(cè)量，計(jì)算和控制糧食倉(cāng)庫(kù)溫度和濕度的原理和方法，基本消滅了糧食霉變事故，同時(shí)也節(jié)省了大量人力和物力，減輕了糧倉(cāng)管理的工作強(qiáng)度，提高了糧庫(kù)管理

30、效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。</p><p>　　每到糧食收獲季節(jié)各糧倉(cāng)的糧食收購(gòu)及糧情檢測(cè)工作壓力巨大，如何進(jìn)行糧食的現(xiàn)代化管理也是每一個(gè)儲(chǔ)庫(kù)點(diǎn)的重中之重，若管理不當(dāng)，糧食發(fā)霉或生蟲會(huì)造成極大浪費(fèi)。糧倉(cāng)管理中最重要的問題是監(jiān)測(cè)糧堆中的溫、濕度變化。國(guó)家為糧食儲(chǔ)藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)，于是溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用也日益迫切。糧食溫度是能否保證糧食安全儲(chǔ)存

31、的重要指標(biāo)之一,只有及時(shí),準(zhǔn)確地測(cè)得糧堆各層面的糧溫?cái)?shù)據(jù),并根據(jù)檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)對(duì)糧食儲(chǔ)存情況進(jìn)行分析,作出決策,采取措施,最大限度的減少糧食在儲(chǔ)存過程中的損失。</p><p>　　正目前,糧庫(kù)中的溫濕度檢測(cè),基本上是人工檢測(cè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,繁瑣,由于檢測(cè)報(bào)警不及時(shí),造成庫(kù)儲(chǔ)糧食損失的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,于是,設(shè)計(jì)并研制性能價(jià)格比較高的糧庫(kù)溫濕度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫。由于大型糧庫(kù)分布廣、儲(chǔ)量大，糧庫(kù)的管理和監(jiān)測(cè)難度大，基

32、于糧庫(kù)糧情檢測(cè)系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)，由每個(gè)糧倉(cāng)中配置的下位機(jī)將糧情數(shù)據(jù)通過無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)以曲線和表格的形式表示出來(lái)，清晰直觀地顯示出各倉(cāng)內(nèi)溫濕度狀況，由上位機(jī)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行監(jiān)視，管理人員在控制室就可以看到實(shí)時(shí)糧情數(shù)據(jù)，對(duì)糧情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)管理自動(dòng)化、智能化。</p><p>　　1.3 本文的設(shè)計(jì)思路及預(yù)期結(jié)果</p><p>　　1.3.1 本

33、文的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　充分考慮氣候、環(huán)境因素對(duì)糧食的影響，并根據(jù)糧倉(cāng)內(nèi)糧食保持正常狀態(tài)所需的溫度和濕度設(shè)計(jì)出溫濕度參考值預(yù)先存儲(chǔ)于單片機(jī)中。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分是將溫濕度傳感器置于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部，測(cè)出倉(cāng)內(nèi)的溫濕度值，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之后送入AT89C51單片機(jī)中，然后通過8位LED顯示，單片機(jī)將預(yù)設(shè)的參考值與測(cè)量值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果作出判斷，經(jīng)過程序分析處理發(fā)送相應(yīng)指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，接通或

34、關(guān)閉各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，進(jìn)而控制干燥機(jī)、空調(diào)和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，以此來(lái)調(diào)節(jié)倉(cāng)內(nèi)溫濕度。如此循環(huán)不斷，使溫濕度值與設(shè)定值保持一致。當(dāng)溫濕度值超過允許的誤差范圍，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，如果有必要，倉(cāng)管人員還可以根據(jù)實(shí)際的情況通過鍵盤或按鈕來(lái)人工修改片內(nèi)存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)值。通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的核心單片機(jī)部分的設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化控制溫濕度的目標(biāo)。</p><p>　　（一）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：</p><p>　　◆單片機(jī)

35、芯片：.通過比較，選用AT89C51單片機(jī)來(lái)構(gòu)造本系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，單片機(jī)的P0口用于LED顯示，P1.0-P1.5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，P1.6、P1.7為獨(dú)立式鍵盤接口作為人工按鈕，P2接溫濕度傳感器，P3連接蜂鳴報(bào)警器和發(fā)光二極管等。</p><p>　　◆A/D轉(zhuǎn)換器：A/D轉(zhuǎn)換器采用8位串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器ATC0809。ATC0809是低價(jià)格8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它的特點(diǎn)是：可直接與微處理器相

36、連，不需另加接口邏輯，具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)，可以輸入8個(gè)模擬信號(hào)。</p><p>　　◆ 溫度傳感器 ：由計(jì)算機(jī)采集“電壓-時(shí)間”的數(shù)據(jù)，以發(fā)揮其實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。另外，該器件價(jià)格比較低廉，也完全能滿足糧倉(cāng)內(nèi)糧食監(jiān)測(cè)的需要。 ◆ 濕度傳感器：該器件具有不需校準(zhǔn)的完全互換性、高度可靠性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)和專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，可經(jīng)多

37、路開關(guān)直接輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　?。ǘ┫到y(tǒng)模塊設(shè)計(jì)：</p><p>　　◆測(cè)控模塊：檢測(cè)各分機(jī)所在糧倉(cāng)的溫濕度數(shù)據(jù)</p><p>　　◆顯示模塊：溫度采用四位顯示，濕度也采用四位顯示，使測(cè)量結(jié)果更直觀，便于管理人員做出決策。</p><p>　　◆報(bào)警模塊：系統(tǒng)采用三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴音報(bào)警，當(dāng)溫濕度嚴(yán)重超標(biāo)或出現(xiàn)火情、遇

38、盜時(shí)，系統(tǒng)做出聲光報(bào)警，同時(shí)記錄并打印事故出現(xiàn)的時(shí)間、倉(cāng)號(hào)、控制點(diǎn)等情報(bào)，并能啟動(dòng)適當(dāng)應(yīng)急措施。 </p><p>　　1.3.2 預(yù)期結(jié)果</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案及思路，預(yù)測(cè)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)結(jié)果，當(dāng)系統(tǒng)完好的設(shè)計(jì)完后，連接所有的硬件設(shè)備，運(yùn)行相應(yīng)的軟件設(shè)備</p><p>　　放在某個(gè)采集點(diǎn)的溫濕度傳感器會(huì)感應(yīng)測(cè)出相應(yīng)的模擬溫濕度值，經(jīng)過放大器的放大再經(jīng)過A/

39、D轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)換成成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，信號(hào)經(jīng)編譯連接傳到個(gè)軟件測(cè)試模塊就可以看到相應(yīng)的結(jié)果。</p><p>　　軟硬件連接完好，電路完善的情況下，肉眼能看到的是經(jīng)過一系列的軟硬件編譯過的在LED數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，在預(yù)先假定好的溫度范圍內(nèi)看出數(shù)字的變化，當(dāng)溫濕度數(shù)碼管顯示的溫濕度值超過了預(yù)定的值時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，當(dāng)溫濕度值沒有超過預(yù)定的溫濕度范圍，測(cè)系統(tǒng)接收下一次的溫濕度采集值。</p>

40、<p>　　第二章 糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　2.1 溫濕度檢測(cè)技術(shù)</p><p>　　溫濕度檢測(cè)技術(shù)：溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于特定環(huán)境（或設(shè)備）溫度、濕度、信息的采集和顯示，并通過網(wǎng)絡(luò)將采集信息實(shí)時(shí)傳送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)發(fā)送報(bào)警信息；應(yīng)用場(chǎng)景：* 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)</p><p>　　* 糧倉(cāng)溫室度檢測(cè)

41、* 設(shè)備（冰箱、冰柜、培養(yǎng)箱、烘烤箱等）溫度監(jiān)測(cè)* 樣品存儲(chǔ)環(huán)境</p><p>　　2.1.1 濕度的相關(guān)概念</p><p><b>　　濕度概念：</b></p><p>　　在計(jì)量法中規(guī)定,濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的濕度為相對(duì)濕度，％rh表示?？傃灾礆怏w中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)。</p&

42、gt;<p><b>　　濕度測(cè)量的歷史： </b></p><p>　　濕度和溫度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來(lái)進(jìn)行表示較為困難。濕度計(jì)測(cè)的歷史可以追溯到中國(guó)的天秤型(公元前179年)為最早的濕度計(jì)測(cè)。(溫度計(jì)測(cè)可追溯到記載的希臘時(shí)代的溫度計(jì)。) </p><p>　　絕對(duì)濕度（Absolute humidity） </p>

43、<p>　　單位體積（1m3）的氣體中含有水蒸氣的質(zhì)量（g）。表示∶D=g/m3但是,即使水蒸氣量相同,由于溫度和壓力的變化氣體體積也要發(fā)生變化,即絕對(duì)濕度D發(fā)生變化。D為容積基準(zhǔn)。</p><p>　　相對(duì)濕度（Relative humidity） </p><p>　　氣體中的水蒸氣壓（e）與其氣體的飽和水蒸氣壓（ｅs）的比，用百分比表示。表示∶rh=e/es×1

44、00%。但是,溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣壓的變化,rh也將隨之而變化。</p><p>　　通常在工作和生活中我們使用的濕度即為相對(duì)濕度。</p><p>　　飽和水蒸氣壓（Saturation Vapor Pressure） </p><p>　　氣體中所含水蒸氣的量是有限度的,達(dá)到限度的狀態(tài)即可稱之為飽和,此時(shí)的水蒸氣壓即稱為飽和水蒸氣壓。此物理量亦隨著溫度

45、,壓力的變 化而變化,并且,0℃以下即使同一濕度,與水共存的飽和水蒸氣壓（esw）和與冰共存的飽和水蒸氣壓（esi）的值不同,通常所采用的是與水 共存的飽和水蒸氣壓（esw）。各溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓表JIS-Z-8806在卷末記載。 </p><p>　　露點(diǎn)（Dew Point） </p><p>　　溫度較高的氣體其所含水蒸氣也較多,將此氣冷卻后,其所含水蒸氣的量即使不發(fā)生變化,相對(duì)

46、濕度增加,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)相對(duì)rh達(dá)到100%飽和,此時(shí),繼續(xù)進(jìn)行冷卻的話,其中一部分的水蒸氣將凝聚成露。此時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度（Dew Point Temperature）。露點(diǎn)在0℃以下結(jié)冰時(shí)即為霜點(diǎn)（Frost Point）。 </p><p>　　2.1.2 濕度傳感器的分類及特點(diǎn)</p><p>　　1、 濕度傳感器的分類</p><p>　　濕度傳感器分

47、為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。 </p><p>　　2、 濕度傳感器的特性：</p><p>　　國(guó)內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量?jī)r(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕(1) 精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性<

48、;/p><p>　　濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~±5%RH，達(dá)不到這個(gè)水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測(cè)量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長(zhǎng)期穩(wěn)定性去判斷，一般說來(lái)，長(zhǎng)期穩(wěn)定

49、性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。</p><p>　　(2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) </p><p>　　濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單

50、片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無(wú)溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч蔷€性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會(huì)獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。 </p><p>　　(3) 濕度傳感器的供電 </p><p>　　金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材

51、料施加直流電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。必須是交流電供電。 </p><p><b>　　(4) 互換性 </b></p><p>　　目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效

52、果。</p><p><b>　　(5) 濕度校正 </b></p><p>　　校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見的指針式濕度計(jì)是不能用來(lái)作標(biāo)定的，精度無(wú)法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并

53、測(cè)量其溫度。</p><p>　　3、對(duì)濕度傳感器性能作初步判斷的幾種方法 </p><p>　　在濕度傳感器實(shí)際標(biāo)定困難的情況下，可以通過一些簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。 </p><p><b>　　(1) 一致性判定</b></p><p>　　同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購(gòu)買兩支以上，越

54、多越說明問題，放在一起通電比較檢測(cè)輸出值，在相對(duì)穩(wěn)定的條件下，觀察測(cè)試的一致性。若進(jìn)一步檢測(cè)，可在24h內(nèi)間隔一段時(shí)間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。</p><p>　　(2) 用濕毛巾或利用其它加濕手段對(duì)傳感器加濕，觀察其結(jié)露狀態(tài)下的特性、靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。</p><p&g

55、t;　　(3) 對(duì)產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說明書標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行測(cè)試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。 </p><p>　　產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測(cè)手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對(duì)檢測(cè)，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期使用過程中的長(zhǎng)期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。 </p><p>　　總之，人們使用濕

56、度傳感器的時(shí)間越長(zhǎng)，認(rèn)識(shí)就會(huì)越深入和全面。同時(shí)，也對(duì)產(chǎn)品提出新的要求，這給產(chǎn)品帶來(lái)了新的機(jī)遇，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)不斷向新的高度發(fā)展。我們相信，濕度傳感器產(chǎn)品會(huì)在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。</p><p>　　2.1.3 溫度的相關(guān)概念</p><p><b>　　濕度概念 ：</b></p><p>　　相對(duì)濕度（%RH）：給定的濕空氣中，水汽分

57、壓與同一溫度（T）和壓力（P）下純水表面的飽和水汽壓之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 露點(diǎn)溫度（Dp） ：給定的濕空氣在水汽壓不變的情況下，當(dāng)溫度下降達(dá)到某一溫度時(shí)，濕空氣的水汽壓達(dá)到該溫度下的飽和水汽壓，飽和水汽開始結(jié)露，該溫度稱之為露點(diǎn)溫度；當(dāng)相對(duì)濕度為100%RH時(shí)，周圍環(huán)境的溫度等于露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度越低，濕空氣就越為干燥，結(jié)露的可能性就小。 霜點(diǎn)溫度（Tp）：當(dāng)空氣的溫度低于0℃時(shí)，水汽在平面上凝結(jié)成霜，因此，稱之為霜

58、點(diǎn)。在0℃以下，霜點(diǎn)總是比露點(diǎn)高一點(diǎn)。 絕對(duì)濕度（Dv）：又稱為水汽濃度或者水汽密度。定義為濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總體積之比。單位為  水汽含量（Q）：也稱之為比濕，指濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總質(zhì)量之比。 混合比（R） ：指濕空氣中所含的水汽質(zhì)量與和它共存的干空氣質(zhì)量的比值，單位為g/kg。 混合比的另一種表示方法為，是以“百萬(wàn)分之一"為計(jì)算單位表示的水汽與其共存的干空氣的質(zhì)量

59、之比值，在數(shù)值上。 水汽分壓（E）：濕空氣中水汽所占的壓力。</p><p>　　飽和水汽壓（Ew）：在特定溫度下，水汽達(dá)到飽和時(shí)的最大壓力。焓（H）：是指濕空氣從一特定的溫度和濕度變狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)所需要的能量，通常給出的是0℃和0%RH的干燥氣體達(dá)到特定的溫度和濕度狀態(tài)時(shí)所需的能量。在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下，濕空氣中水汽所占有的體積與其總體積之比，該值與壓力和溫度無(wú)關(guān)。 濕球溫度（Tw）：通

60、風(fēng)干濕表中，由于蒸發(fā)潛熱，濕球的溫度就會(huì)比環(huán)境溫度低，由此換算需相對(duì)濕度。 平衡相對(duì)濕度（ERH）： 是指吸濕物質(zhì)與周圍環(huán)境水汽交換達(dá)到平衡時(shí)的相對(duì)濕度。</p><p>　　溫度傳感器的分類及特點(diǎn)</p><p>　　溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初

61、人們開始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。</p><p>　　兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫

62、度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間。</p><p>　　熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，

63、容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過程。</p><p>　　溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各

64、個(gè)領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無(wú)數(shù)的便利和功能。 </p><p>　　溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。</p><p>　　接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。 </p><p>　　溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直

65、接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國(guó)防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測(cè)量120K以下

66、溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測(cè)量1.6～300K范圍內(nèi)的溫度。</p><p>　　非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物

67、體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見輻射高溫計(jì)）和比色法（見比色溫度計(jì)）。 </p><p>　　非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒有限制。對(duì)于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)

68、展，輻射測(cè)溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。</p><p>　　2.2器件及模塊的選擇</p><p><b>　　2.2.1處理器</b></p><p>　　采用ATMEL的AT89C51微處理器，是基于以下幾個(gè)因素：</p><p>　?。?）89C51為51內(nèi)核，仿真調(diào)試軟

69、硬件資源豐富；</p><p>　?。?）性價(jià)比高，貨源充足；</p><p>　?。?）DIP封裝，體積小，便于產(chǎn)品小型化；</p><p>　?。?）為程序存儲(chǔ)介質(zhì)，1000次以上擦/寫周期，便于程序調(diào)試；</p><p>　?。?）具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式，便于進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?/p>

70、6）工作電壓范圍寬：2.7～6V，便于交直流供電。</p><p><b>　　2.2.2轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　本文采用的轉(zhuǎn)換器是：ATC0809轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　ADC0 8 0 9是一種 8路模擬輸入逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 ,由于價(jià)格適中 ,與單片機(jī)的接口、軟件操作均比較簡(jiǎn)單 ,目前在 8位單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的

71、使用。ADC0 80 9由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位 A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。其主要性能指標(biāo)有：</p><p><b>　　1、分辨率</b></p><p>　　分辨率表示轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量變化的敏感程度，通常用轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示。n位轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量變化范圍為0～2n-1，當(dāng)輸入電壓滿該度為XV時(shí)，則轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入模擬電壓的分

72、辨能力為X/2n-1。如果是8位的轉(zhuǎn)換器，5V滿量程輸入電壓時(shí)，則分辨率為5/28-1=1.22mV。2、精度</p><p>　　精度通常有最小有效位的LSB的分?jǐn)?shù)值表示。目前常用的A/D轉(zhuǎn)換集成芯片精度為1/4～2LSB。3、轉(zhuǎn)換時(shí)間4、溫度系數(shù)和增益系數(shù)5、對(duì)電源電壓變化的抑制比</p><p>　　2.2.3溫度傳感器</p><p>　　本文溫度傳

73、感器采用了接觸式熱電偶溫度傳感器，根據(jù)前文基礎(chǔ)知可以知道接觸式熱電偶溫度傳感器具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　雖然它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，不適合測(cè)量微小的溫度變化，但是，由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過程。

74、非接觸式傳感器其測(cè)溫范圍比較大，糧倉(cāng)測(cè)溫不需要這種值度，所以不宜采用，采用接觸式熱電偶傳感器在糧倉(cāng)中測(cè)溫最適宜。</p><p><b>　　計(jì)算方法有：</b></p><p>　　溫度測(cè)量是建立在熱平衡定律的基礎(chǔ)上的，根據(jù)溫度的不同，可將溫度測(cè)量的方法分為接觸式和非接觸式兩類。由于非接觸式測(cè)溫方法是基于物理的熱輻射能隨溫度變化的原理，用在本系統(tǒng)中不合理，故本系統(tǒng)中

75、我將采用接觸式測(cè)溫計(jì)，其中接觸式測(cè)溫計(jì)熱電偶測(cè)溫計(jì)和熱電阻測(cè)溫計(jì)，由于熱電偶的更適合本系統(tǒng)的應(yīng)用且課本《檢測(cè)技術(shù)及儀表》中關(guān)于這方面的知識(shí)比較熟悉，所以綜上所述，溫度傳感器里將用熱電偶溫度計(jì)。</p><p>　　熱電偶溫度計(jì)的可用冷端溫度補(bǔ)償方法：</p><p>　　（1）0℃恒溫法 </p><p>　?。?）計(jì)算修正法；設(shè)計(jì)計(jì)算公式：</p>

76、<p>　　Eab（t，to）= Eab（t ，th）+ Eab（th，to） （2-1）式</p><p>　?。?）補(bǔ)償電橋法，本文主要采用補(bǔ)償電橋法測(cè)溫。</p><p>　　2.2.4濕度傳感器</p><p>　　采用集成濕度傳感器HS15傳感器，基于以下特點(diǎn)選擇：</p><p>　　(1) 精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性

77、：濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~±5%RH</p><p>　　(2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) ：濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)</p><p>　　(3) 濕度傳感器的供電：金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交

78、流電壓。</p><p>　　(4) 濕度校正：一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時(shí)，通常用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法，并測(cè)量其溫度。</p><p>　　(5) 互換性：目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號(hào)的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。</p>

79、<p><b>　　2.2.5測(cè)控模塊</b></p><p>　　測(cè)控模塊是檢測(cè)各分機(jī)所在糧倉(cāng)的溫濕度數(shù)據(jù)，其中可由兩個(gè)電路組成分為2個(gè)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1. RC復(fù)位電路</p><p>　　按有效電平分，有高電平輸出、低電平輸出兩種；按功能分，有簡(jiǎn)單的電源監(jiān)視復(fù)位電路、帶“看門狗”定時(shí)器（WATCH DOG

80、 Timer,WAT）的監(jiān)控電路等多種類型。</p><p><b>　　圖2-1 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　2.μP監(jiān)控電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的是RC復(fù)位方式。RC復(fù)位電路的實(shí)質(zhì)是一階充放電電路。該電路提供有效的復(fù)位信號(hào)RST（高電平）直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤消復(fù)位信號(hào)（低電平）。&

81、lt;/p><p><b>　　2.2.6顯示模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)顯示采用8位LED共陽(yáng)極數(shù)碼管，其中四位用于顯示溫度數(shù)，四位用于顯示濕度數(shù)，其目的是為了簡(jiǎn)化顯示電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)亮度可調(diào)的要求，該顯示電路采用了與一般的電阻限流方式不同的實(shí)現(xiàn)方式，由此減少了4*8=32個(gè)限流電阻，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)。部分內(nèi)部圖如下：</p><p>

82、　　圖2-2 8個(gè)晶體管的連接示意圖</p><p>　　發(fā)光二極管LED（Light Emitting Doide）是智能化測(cè)量?jī)x器中簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)備，通常用來(lái)指示機(jī)器的狀態(tài)或其他信息。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、壽命長(zhǎng)，對(duì)電壓電流的要求低及容易實(shí)現(xiàn)多路顯示等，因此在智能測(cè)量?jī)x中獲得了廣泛的應(yīng)用[7]。</p><p>　　多個(gè)LED可接成共陽(yáng)極或共陰極形式，通過驅(qū)動(dòng)器接到系統(tǒng)的并行輸出口上

83、，由CPU輸出適當(dāng)?shù)拇a來(lái)點(diǎn)亮或熄滅相應(yīng)的LED。</p><p>　　如下表所示本系統(tǒng)中用到得共陽(yáng)數(shù)碼管顯示器的基本參數(shù)表，由表可知：LED是近似于恒壓的元件，導(dǎo)電時(shí)（發(fā)光）的正向壓降一般約為1.6V或2.4V左右，反向擊穿電壓一般大于等于5V。工作電流通常在10～20mA左右，故電路中需串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?。發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比。發(fā)光 頻率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用綠色或黃色。

84、 </p><p>　　表2.數(shù)碼管基本參數(shù)表</p><p><b>　　2.2.7報(bào)警模塊</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路，其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯

85、示和控制，下面給出了本電路的連接電路。</p><p>　　圖2-3 三極管驅(qū)動(dòng)的峰鳴音報(bào)警電</p><p>　　第三章 糧倉(cāng)溫室度檢測(cè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需求及總體的思路，設(shè)計(jì)出如下總體框圖：</p><p>　　通過

86、溫室度傳感器在糧倉(cāng)內(nèi)部某個(gè)面積采集相關(guān)的溫室度數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)插上電源后就會(huì)開始工作，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯識(shí)別，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后，顯示器將數(shù)字顯示出來(lái)，對(duì)數(shù)字進(jìn)行比較較真，當(dāng)測(cè)得的值大于預(yù)定值則自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警，通知 相關(guān)人員記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　論文設(shè)計(jì)過程：</b></p><p>

87、　　本文設(shè)計(jì)過程可以分為三個(gè)階段，即分析階段，設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段。分析階段。分析階段：為本論文的開始，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提階段，分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總括，初步了解系統(tǒng)硬軟件部分的主要性能，并初步的確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)階段：在已經(jīng)分析好的基礎(chǔ)上開始著手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計(jì)和軟件部分的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)階段：到了此階段說明系統(tǒng)基本上已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，并確定了系統(tǒng)的全部安裝連接工作，這時(shí)只要驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。具體的流程可概括如下：<

88、/p><p>　　了解系統(tǒng)的總體概況，初步確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，主要由兩部分：硬件的設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：對(duì)已設(shè)置連接好的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試制作，確定系統(tǒng)的可行性。</p><p>　　上面為具體的設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　3.2單片機(jī)在系統(tǒng)中的工作的原

89、理（過程）</p><p>　　各功能腳在設(shè)計(jì)中的功能及PI口的連接電路</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，單片機(jī)的P0口用于LED顯示，P1.0-P1.5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，P1.6、P1.7為獨(dú)立式鍵盤接口作為人工按鈕，P2接溫溫濕度傳感器，P3連接蜂鳴報(bào)警器和發(fā)光二極管等。PI口在工作時(shí)連接情況如下：</p><p>　　圖3-1 P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖<

90、/p><p>　　圖3-2 P1口作為I/O口實(shí)驗(yàn)線路圖</p><p><b>　　工作過程：</b></p><p>　　當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定

91、時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。當(dāng)具體工作時(shí)可用圖3-3來(lái)描述。</p><p>　　圖3-3 單片機(jī)系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)圖</p><p>　　P3口在系統(tǒng)中的連接設(shè)計(jì)&l

92、t;/p><p>　　單片機(jī)P3口在系統(tǒng)連接時(shí)接到蜂鳴報(bào)警器和發(fā)光二極管，即顯示部分，P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下列所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3

93、.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　圖3-4 單片機(jī)P3口接顯示模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　注：?jiǎn)?/p>

94、片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯的程序可見附錄。</p><p>　　3.3 ATC0809轉(zhuǎn)換器</p><p>　　8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器 ，直接與微處理器相連，不需另加借口邏輯。A/D轉(zhuǎn)換芯片ATC08091與單片機(jī)采用串行通信方式，它通過一個(gè)三態(tài)輸出端（DATAOUT）和2個(gè)輸入端（包括I/OCLOCK（I/O時(shí)鐘）和（片選）與AT89C51的P1.0～P1.2接口相連，這樣不僅簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)

95、計(jì)，減少了電路板的占用面積，而且提高了可靠性，同時(shí)分辨率也較高。轉(zhuǎn)換器先是接受到溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過它的模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，其中溫度傳送和A/D轉(zhuǎn)換電圖接線圖</p><p><b>　　如圖3-5所示，</b></p><p>　　圖3-5 溫度傳送和A/D轉(zhuǎn)換電圖接線圖</p><p>　　3.4熱電偶溫度傳感器</p>

96、<p><b>　　3.4.1補(bǔ)償電橋</b></p><p>　　補(bǔ)償電橋法：補(bǔ)償電橋是一個(gè)直流不平衡電橋，在它的四個(gè)橋臂中，有一個(gè)銅電阻Rcu，銅的電阻溫度系數(shù)較大，其電阻值隨溫度而變。其余的三個(gè)橋臂由阻值由阻值恒定的錳銅電阻制成，電橋與熱電偶的連接方式如圖3-6所示。</p><p>　　特別要注意的事，橋臂Rcu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一

97、溫度下。設(shè)計(jì)時(shí)使Rcu在0℃時(shí)，熱電勢(shì)將減小。但這是時(shí)Rcu增大，使電橋不平衡，出現(xiàn)Uab>0而且其極性恰好使Uab與熱電勢(shì)Eab（t，to）同向串聯(lián)，使輸出值得到補(bǔ)償。如果電阻Rcu選擇適合，可使得Uab增大的值恰恰等于熱電勢(shì)減小的值，從而完全避免了to的變化對(duì)測(cè)溫的影響</p><p>　　根據(jù)不同熱電偶的熱電特性，設(shè)計(jì)了不同的補(bǔ)償電橋。補(bǔ)償電橋目前已有定型的產(chǎn)品，一般可以在0∽40 0℃的范圍里奇補(bǔ)償

98、作用。只要冷端溫度的波動(dòng)不超過此范圍，由輸出信號(hào)即可直接利用熱電偶的分度表查出被測(cè)溫度。</p><p>　　如果補(bǔ)償電橋是按0℃時(shí)電橋平衡設(shè)計(jì)的，則可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到0℃；若在設(shè)計(jì)時(shí)，令電橋在20 0℃時(shí)達(dá)與平衡，則應(yīng)將顯示儀表的零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到20 0℃。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)注意的是：補(bǔ)償電橋只適用于顯示儀表采用毫伏計(jì)的情況下。當(dāng)選用電子電位差計(jì)時(shí)，因儀表內(nèi)部橋路中設(shè)

99、置有冷端溫度補(bǔ)償電阻Rcu，所以不必再加補(bǔ)償電橋。</p><p>　　圖3-6 冷端溫度補(bǔ)償電橋原理圖</p><p><b>　　3.5濕度傳感器</b></p><p>　　濕度檢測(cè)儀的主電路包括：（1）系統(tǒng)時(shí)鐘電路；（2）系統(tǒng)復(fù)位電路；（3）按鍵電路；（4）顯示電路；（5）電源控制電路；（6）濕度檢測(cè)傳輸及A/D轉(zhuǎn)換電路六部分組成。&

100、lt;/p><p>　　集成濕度傳感器HS15的輸出電壓在1～4V之間隨濕度呈線性變化，設(shè)計(jì)的濕度信號(hào)采集電路如圖2.6所示，該電路測(cè)濕范圍為0%～100%RH。由于該電路中沒有出現(xiàn)負(fù)壓，電路主體采用差分式減法電路，精密電阻2.4KΩ， 2KΩ，用這四個(gè)電阻可調(diào)節(jié)增益。通過HM1500傳感器測(cè)量所得到的濕度電壓信號(hào)從IN輸入。</p><p>　　HS15特別適用使用于10～98%RH環(huán)境的精

101、確測(cè)量，超過上述范圍將不會(huì)對(duì)HS15穩(wěn)定性造成影響。</p><p><b>　　具體的流程圖如下：</b></p><p>　　圖3-7 濕度傳感器在系統(tǒng)中應(yīng)用的主要流程圖</p><p>　　3.6 系統(tǒng)附帶電路及元件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　系

102、統(tǒng)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)如圖3-8所示。對(duì)于時(shí)間精度要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖3-8進(jìn)行設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行，但是由于圖中的C11、C12電容起著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用一定要注意選擇參數(shù)為30pF，并保證電路具有良好的對(duì)稱性。同時(shí)，要保證其溫度系數(shù)要盡可能的低。實(shí)驗(yàn)證明，這兩個(gè)電容元件對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)誤差有較大的關(guān)系。</p><p>　　圖3-8系統(tǒng)時(shí)鐘電路</p>

103、<p>　　3.6.2按鍵與按鈕的設(shè)計(jì)</p><p>　　按鍵與按鈕電路的設(shè)計(jì)見系統(tǒng)原理圖中S1。按鍵與按鈕電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的就是按鍵去抖動(dòng)問題（簡(jiǎn)稱“去抖”）。一般有硬件去抖和軟件去抖兩種方式。過去硬件去抖電路通常采用分立元件或觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，目前時(shí)常上已有硬件去抖專用接口芯片，例如：MAXIM公司MAS6815～1818，均為單電源供電，電壓為2.7～5.5V，分別為單輸入、雙輸入等形式，輸出端

104、具有欠壓鎖定功能。這里考慮到系統(tǒng)的硬件簡(jiǎn)化和成本，沒有采用硬件去抖，而采用軟件去抖。</p><p>　　3.6.3 電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　電源電路是給電子設(shè)備提供必要的電源能力的電路，就輸入和輸出而言，在集成電路中的主要采用的是交流220V，50Hz的市電轉(zhuǎn)換為直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。應(yīng)當(dāng)說明的是，盡管有很多型號(hào)的7805三端穩(wěn)壓集成芯片，其標(biāo)稱最

105、大輸出電流均為1.5A，但是在實(shí)際應(yīng)用中，該最大輸出電流值往往取決于兩個(gè)方面：（1）足夠的散熱面積；（2）不同的生產(chǎn)廠家。按照許多開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)，ST公司的7805三端穩(wěn)壓塊能接近標(biāo)準(zhǔn)稱值。在設(shè)計(jì)中，必須保證7805的輸入電壓和輸出電壓的壓差大于2.5V。否則會(huì)失去穩(wěn)壓能力。同時(shí)考慮到功耗，增加芯片的溫升，不利于安全。因此，選用9V。當(dāng)交流電源失電或撤消試銷時(shí)，電壓為6V的直流電源通過二極管投入作用，硅二極管的導(dǎo)通電壓降約為0.2V，因此

106、滿足系統(tǒng)電源要求。</p><p><b>　　3.7系統(tǒng)軟件部分</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分可以分為三個(gè)大致過程，可用下總體框架圖概括：</p><p><b>　　3.7.1顯示設(shè)計(jì)</b></p><p>　　四位數(shù)碼管顯示電路如圖3-9所示。從圖中可知，該顯示電路采用了與一

107、般的電阻限流方式不同的實(shí)現(xiàn)方式，由此減少了4*8=32個(gè)限流電阻，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)。每筆畫段二極管正常發(fā)光時(shí)的電流一般為10mA左右（當(dāng)然，電流大小取決于選用數(shù)碼管是普亮、高亮還是超高亮類型的不同），其兩端壓降約為2.0V，也就是說只要數(shù)碼管的公共端加上+2.0V以上的電壓，即可滿足每筆畫段發(fā)光二極管的發(fā)光要求，而且適當(dāng)調(diào)節(jié)此電壓值即可改變發(fā)光二極管的電流，從而達(dá)到可調(diào)節(jié)亮度的目的。此電壓采用三端可調(diào)穩(wěn)壓電路LM317來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p

108、><p>　　圖3-9 四位數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　為了節(jié)省CPU的端口數(shù)，顯示電路采用了串行通信口的串行顯示接口方式，利用串口0工作方式， 在發(fā)送TXD端口（P3.1）的時(shí)鐘信號(hào)的作用下，通過接收RXD端口（P3.0）將顯示段碼串行數(shù)據(jù)送入8位并行輸出移位寄存器74LS164，控制響應(yīng)的數(shù)碼管。端口P3.2的作用是通過LM317控制數(shù)碼管顯示的開啟與關(guān)閉，當(dāng)P3.2為低電平時(shí)，Q

109、1關(guān)斷，LM317的輸出電壓低于1.5V，不足以發(fā)光，避免了在顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)顯示的抖動(dòng)現(xiàn)象。</p><p><b>　　3.7.2報(bào)警模塊</b></p><p>　　峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購(gòu)買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MSP430的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也