基于can的糧倉溫濕度監控系統的設計-免費閱讀

　　

【正文】 WP：當該引腳連接到VCC時，所有的內容都被寫保護，只能讀；當WP管腳連接到GND或懸空時，允許器件進行正常的讀/寫操作。前面提到 DS1302 的 RAM 可以當作外部存儲器來用，但是由于數據采集 是實時進行的，那么相應時間也是實時記錄的，考慮到系統工作效率，系統采用了 AT24C02A 芯片組成的掉電保護電路，如 所示。bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit01RAM / CKA4A3A2A1A0RD / WR DS1302的控制字位 7（最高有效位）：必須是邏輯 1，如果它為 0，則禁止寫 DS1302。當為高 時，選擇 12 小時模式。該 芯片的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛應用于電話、傳真、便攜式儀器以及電 池供電的儀器儀表等領域。自建字模區 CGRAM，是留給用戶自己定義字符的字模組的。指令寄存器 IR，內部存儲 DDRAM 和 CGRAM 中的數據顯示的指令代碼和地址信東北大學秦皇島分校畢業設計（論文）第 23 頁數據寄存器 DR，內部暫時存儲單片機與模塊內部 DDRAM 和 CGRAM 之間的傳送數據，內部操作使 DR 與 DDRAM 或者 CGRAM 之間的數據傳送自動進行。鍵盤電路原理圖如圖 所示。矩陣鍵盤用于按鍵數 量較多的場合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行線、列線分別連 接到按鍵開關的兩端，按鍵個數等于行數乘以列數，所以可大大節省 I/O 口的使用。圖 開始數據傳送時信號高電平后就是數據位，每1bit數據都是由一個低電平時隙和一個高電平組成。DATA引腳是串行數據接口，用于微處理器與 DHT21之間的通訊和同步，采用單 總線數據格式，一次通訊時間5ms左右，具體格式在下面說明，當前數據傳輸為40bit， 高位先出。5%RH互換性可完全互換響應時間1/e(63%)2S遲滯177。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機 相連接，無需額外部件。開始初始化讀取溫濕度標值向CGRAM寫字符設定狀態？ 否是清看門狗寄存器否 上位機允許？是 發送到can總線設定并顯示設定值聲光報警處理存儲溫濕度設定值PWM控制輸出數字濾波接收can總線數據顯示前數據處理否 發向本節點？否顯示溫濕度？是算出溫濕度設定值是 顯示實時溫濕度存儲溫濕度設定值讀取實時時間讀取實時溫濕度顯示實時時間圖 下位機主程序流程圖3 系統硬件設計 STC89C52 簡介STC89C52 是 STC 公司推出的 8 位單片機，與 MCS51 單片機產品兼容，超強的加 密功能，極高的擦寫次數（大于 100000）。作為信號傳輸層的 USB 轉 CAN 總線模塊是連接 上位監控機和智能節點的橋梁，上位監控機發出的控制信號，以及智能節點的反饋信號 都是通過它傳遞的。 查詢、打印溫濕度數據的歷史曲線；216。 顯示當前的溫濕度測量值、設定值、實時時間；216?，F場控制器只有在接收到上位主控計算機的指令時才進行其相應操 作，其他時間單獨工作，并不斷向上位機發送測量數據，其特點如下：178。傳統的現場溫濕度檢測大都采用模擬溫濕度傳感器經前端放大、信號調理、A/D 變 換和數據線性修正等過程來完成。相對濕度測量主要用于要求保持一定濕度氣氛的紡織、薄膜生產等行業，武器 裝備封存、倉儲等場所，防止材料的腐蝕、霉變主要依賴于相對濕度控制。接觸式測溫法的特點是測溫元件直接與被測對象接觸，兩者之間進行充分的 熱交換，最后達到熱平衡，這時感溫元件的某一物理參數的量值就代表了被測對 象的溫度值。100% =e 絕對濕度 只有與溫度一起才有意義，因為空氣中能夠含有的水蒸氣的量隨溫度的變化而變 化。C）、熱力學溫標(K)和 國際實用溫標。 本文的研究內容本文對所設計的系統進行了介紹和總結，具體安排如下： 第一章為緒論，主要介紹了本系統的研究意義，研究現狀，發展方向以及本設計主要內容； 第二章為方案選擇和總體設計，主要介紹了溫濕度的基本概念和測量方法，及由此確定的本系統方案，并對系統總體設計進行了簡要介紹； 第三章為系統硬件設計，主要對系統中各模塊的硬件電路結構，主要功能及相關性能進行了介紹； 第四章為系統軟件設計，主要對系統運行時，對應功能實現所用程序進行了介紹，并對軟件設計中應當注意的問題進行了總結； 第五章為系統抗干擾技術，主要對系統運行時所受的主要干擾，以及在硬件和軟件方面的抗干擾措施進行了介紹； 第六章為總結，則是對本次畢業設計的設計和仿真及畢業論文的撰寫過程進行了總結，并對系統完成的功能和存在的問題進行了分析，還對下一步（如果繼續做下去）的 工作內容進行了陳述。該糧倉溫濕度監控系統，用單片機作為前沿機（或叫下位機）對現場進行數據采集、 分析和控制，用 PC 機作為監控機（或叫上位機）對糧倉進行監控，通過 CAN 總線實 現下位機與上位機聯網通信，從而實現即時遙測遙控功能。目前研制高精度，高性能，多功能的 溫濕度監控系統是主流，提高可靠性、靈活性和降低成本也是其考慮的重點，并且系統 在報警、記錄、控制、通信等方面的自動化和智能化也將逐步完善。廣大科技工作者近 30 年的共同努力下，糧情檢 測技術不斷完善、提高、并日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的糧情檢測系統，為安全、 科學儲糧起到了積極作用。而對糧食利用機械制冷方法進 行降溫，使得糧食在高于安全水分時儲藏成為可能，因此可以提高儲糧和加工單位的效 益。運用該技術可使糧食的低溫儲藏不受氣候條件的影響，即使在炎 熱的夏季或雨季都可實現。一般來說，糧食存放在糧倉中，大型的糧倉可存放數以萬計的糧食，而且這些糧食 存放的時間有長有短。該系統采用單片機自動檢測糧倉溫濕度信息，并通過CAN總線與上位機進行通信， 來解決糧倉內溫度和濕度的實時檢測和可靠控制的問題。因此設計智能糧 倉溫濕度監控系統，提高了工作效率，實現糧倉溫濕度的實時監控，是倉儲單位亟待解 決的重要問題。最后，對論文工作進行了總結，并說明了進一步開發和研究的方向。影響儲糧安全的最主要因素是糧堆內的大氣條件，即溫度和相對濕度的日變化和季 節變化，而溫度和濕度兩者之間又是相互關聯的。在一些西歐國家，低溫儲糧已 不需要進行化學藥劑熏蒸殺蟲，從而改善了糧倉工人的工作環境，避免殘留藥劑對人們 身體健康的危害。 糧溫為10℃時糧食水分與安全儲藏期的關系糧食水分(%)糧食安全儲藏期(月)12. 0 15. 58 1215. 5 17. 56 1017. 5 18. 54 618. 5 20. 01 420. 0 23. 00. 5 223. 0 25. 00. 25 0. 5 國內外研究現狀與發展趨勢隨著傳感器技術、計算機應用技術、超大規模集成電路技術和網絡通信技術的發展， 監控系統廣泛應用于工農業生產等領域，在此同時，糧倉溫濕度監控技術的研究在軟、 硬件等方面都有了一定的進展。（2）構成系統整體的測控技術和管理，無論是硬件還是軟件，都已普遍采用相應 的標準模塊集成，并且早已實現組態。影響儲糧安全的最主要因素是糧堆內的溫度和濕度，因此這就要求有一種經濟實用 的糧倉溫濕度監控系統能夠及時監測糧倉溫度和濕度分布，準確分析糧倉溫濕度變化， 并及時采取相應控制措施，使得管理人員能夠方便有效地進行監控操作。 (2) 設計溫濕度測量系統，使之具有多點測量及實時顯示的功能。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度 數值的標尺叫溫標?？諝獾母蓾癯潭冉凶觥皾穸取?，在 此意義下，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來 表示。相對濕度是 0%的空氣不含水蒸氣，相對濕度 為 100%的空氣是飽和的空氣，相對濕度超過 100%的空氣中的水蒸氣一般凝結出 來。而濕度與溫度息息相關，所以我們也要關心糧倉的溫度高低。u 濕度的測量方法 濕度測量技術中最準確的方法是絕對濕度測量的稱重法，國際上普遍使用該法作為濕度基準，其次是作為二級檢定標準的阿斯曼通風干濕計。傳感器的具體指標有靈敏度，頻率響應特性，線性范圍，穩定性，精度等。采用該款傳感器避免了模擬傳感器帶來的共地干擾和線路干擾問題， 簡化了系統復雜度，提高了系統測量的準確程度和智能化程度，并在一定程度上降低了 系統成本。按照目標 要求，現場控制器完成的功能如下：216。 采集、儲存溫濕度值，繪制、打印實時曲線；216。根據系統的目標任務及總體設計方案，繪制系統的總體框圖如圖 所示。為了達到很快的控制速度，很高的控制精度，取 得令人滿意的控制效果，再結合糧倉溫濕度這一被控對象的特點，系統中，對傳統的 PWM 控制又做了一些改進。圖 單片機最小系統 數據采集電路本設計中的數據采集電路是由多路模擬開關和一系列的數字溫濕度傳感器DHT21 構成的，每個傳感器都有特定的編號，在特定的位置測量，其電源一直供電，通過單片 機控制多路模擬開關的導通，選擇性讀取具體的某一個DHT21的測量結果，多路模擬開 關逐個導通就實現了循環數據采集。 傳感器性能說明（響應時間的測量條件25℃，1m/s 空氣）參數條件MinTypMax單位供電電流測量mA待機mA采樣周期12S濕度分辨率%RH16Bit重復性177。建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據實際情況使用合適的上拉電阻。例如：℃表示為1000 0000 0110 0101 DHT21 時序用戶主機（MCU）發送一次開始信號后，DHT21從低功耗模式轉換到高速模式， 等待主機開始信號結束后，DHT21發送響應信號，送出40bit的數據，并觸發一次信號采 集。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關或開關矩陣，它是一種廉價而常用的輸入設備。在本系統中，由于不需要很多按鍵，I/O 口又有大量剩余，系統采用了一個撥碼開 關 K1 和四個獨立按鍵開關 KKKK5。通過這些接口， 單片機控制著 LCD1602 的工作。字符顯示緩沖區 DDRAM，存儲顯示字符的字符碼，直接和屏幕上的點相對應，屏 幕上的一個點和 DDRAM 中的一個位對應，共 80 個字節。該芯片是 DS1202 的升級產品，與 DS1202 兼容，內含有一個實時時鐘/ 日歷和 31 個字節靜態 RAM，能提供 2100 年之前的年、月、日、時、分、秒及星期的 信息，每月的天數和閏年的天數可自動調整。 DS1302有關日歷、時間的寄存器讀地址寫地址bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0數據范圍81h80hCH10秒秒005983h82h10分分005985h84hTT0AP時時112/02387h86h0010日日13189h88h00010月月1128Bh8Ah00000周日178Dh8Ch10年年00998Fh8EhWP0000000注 1：秒寄存器（81h、80h）的位 7 定義為時鐘暫停標志（CH）。當 WP 位為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 DS1302 時序進行單字節傳送時，控制字總是從最低位開始輸出，在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 脈沖的上升沿，寫入數據，數據輸入是從最低位（0 位）開始。 AT24C02A引腳描述引腳名稱A0A1A2GNDSDASCLWPVCC功能器件地址選擇地串行數據/地址串行時鐘寫保護工作電壓A0、AA2 ：這些輸入引腳用于多個器件級聯時設置器件地址，當被懸空時默認 值為0，使用時最大可級聯8個器件，如果只有一個器件被總線尋址，這三個地址輸入腳 A0、AA2可懸空或連接到GND。② 數據傳送過程中當時鐘線為高電平時數據線必須保持穩定狀態不允許有跳變（因 為在時鐘線保持高電平期間，數據線電平從高到低的跳變為起始信號，從低到高的跳變 為停止信號）。圖 AT24C02A 電路原理圖AT24C02A 是 Atmel 公司生產的 2K 位串行 CMOS EEPROM，內部含有 256 個 8