基于單片機控制的倉庫溫度監測系統畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，8 位單片機先天不足。五、單片機技術的發展從 20 年來單片機發展歷程可以看出，單片機技術的發展以微處理器(MPU)技術及超大規模集成電路技術的發展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現出以下技術特點。 （一）單片機壽命長:這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發的產品可以穩定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。MPU 更新換代的速度越來越快，以 3848586 為代表的 MPU，幾年內就被淘汰出局，而傳統的單片機如 80568HC05 等年齡已有近二十歲，產量仍是上升的。一些成功上市的相對年輕的 CPU核心，也會隨著 I/O 功能模塊的不斷豐富，有著相當長的生存周期。 （二）8 位、32 位單片機共同發展:這是當前單片機技術發展的另一動向。長期以來，單片機技術的發展是以 8 位機為主的。隨著移動通訊、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭，32 位單片機應用得到了長足、迅猛的發展。 （三）單片機速度越來越快:為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發展之追求。一些 8051 單片機兼容廠商改善了單片機的內部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多，Motorola 單片機則使用了鎖相環技術或內部倍頻技術使內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率。68HC08 單片機使用 外部振蕩器而內部時鐘達 32MHz。三星電子新近推出了 的 ARM處理器內核 Halla。 （四）低電壓與低功耗:幾乎所有的單片機都有 Wait、Stop 等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機都能在 3 到 6V 范圍內工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由 降至、 供電的單片機已經問世。 （五）低噪聲與高可靠性技術:為提高單片機系統的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片機商家在單片機內部電路中采取了一些新的技術措施。如 ST 公司的 μPSD 系列單片機片內增加了看門狗定時器，NS 的 COP8 單片機內部增加了抗 EMI 電路，增強了“看門狗”的性能。 （六）ISP 及 IAP 在片編程技術(In System Programming)及在應用中編程(In Application Programming)通過單片機上引出的編程線、串行數據、時鐘線等對單片機編程，編程線與 I/O 線共用，不增加單片機的額外引腳。ISP 為開發調試提供了方便，并使單片機系統遠程調試、升級成為現實。第三節 國內糧情測控系統的現狀及發展趨勢糧情測控技術是科學保糧的關鍵技術之一，目前國內已有數十家企業生產糧情測控系統產品，品種繁多，系統結構各異，但其基本功能無外乎糧倉內外溫濕度檢測、糧食內部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項，鑒于糧食儲藏的特殊性，系統功能的重點放在了儲糧內部溫度的檢測和分析上。糧情測控系統可以根據采用的溫度傳感器和通信方式的不同進行如下分類：一、按溫度傳感器分類 通常糧情測控系統主要選用熱敏電阻、數字式溫度傳感器作為溫度傳感器，也有選用其它溫度傳感器例如 PN 結型溫度傳感器的糧情測控系統。 （一）熱敏電阻 以溫度變化導致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、響應速度快、容易使用等特點，在多項溫度測量應用中受到廣泛歡迎，同樣也是國內糧情測控系統采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數較高，室溫電阻通常也較高，因此其自身發熱較小，信號調節較為簡單。熱敏電阻的缺點是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關系。熱敏電阻分為正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻兩種，但在溫度測量應用中，正溫度系數熱敏電阻較少得到采用，更多采用的是負溫度系數熱敏電阻。以下提及的熱敏電阻均指負溫度系數熱敏電阻。 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統的硬件由上位機、通信接口電路、智能分機、溫度分線器、測溫電纜、濕度分線器、測濕探頭和通風控制器組成。在上位機上運行糧情測控系統軟件，對檢測到的溫、濕度數據進行分析，根據糧倉內外溫、濕度條件判斷是否可以進行通風，手動或自動控制通風機械的啟動和停止。 通信轉換電路分為內置式和外掛式兩種，主要完成兩種通信協議之間的銜接轉換功能。智能分機是由微處理器、A/D 轉換電路和通信電路等組成，主要功能包括接收上位機下達的指令、將現場采集上來的模擬信號數字化、向上位機傳送數字化的溫、濕度值、向通風控制器下達啟動或停止指令等。溫、濕度分線器主要完成接收智能分機下達的指令、將模擬開關切換到指定的溫、濕度測量點等功能。通風控制器主要功能是根據智能分機下達的指令控制通風機械的啟動和停止。智能分機與溫、濕度分線器和通風控制器之間均采用單根多芯電纜連接，具有結構簡潔、維護方便、成本低等諸多優點。 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的測溫電纜是糧情測控系統的重要組成部分，它是將多個熱敏電阻置入一根測溫電纜之中，電纜內加細鋼絲繩提高抗拉強度、外加絕緣護套密封防腐。采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統的溫度檢測范圍一般在－40℃～＋50℃之間，檢測精度為177。1℃，完全滿足糧情溫度檢測的需要。根據其系統結構的特點，一般在單根測溫電纜上置入 3～4 個熱敏電阻，特別適合房式倉儲糧環境。 （二）數字式溫度傳感器 數字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測控系統的溫度傳感器主要是 Dallas的 DS18x20 系列溫度傳感器，其溫度檢測范圍為－55℃～＋125℃，檢測精度為177。℃。DS18x20 采用 1－WireTM 接口，封裝形式有 PR－35 和 SSOP－16 兩種，糧情測控系統中采用的是 PR－35 封裝。 DS18x20 采用 9 個位表示測溫點的溫度值，每個 DS18x20 內部都設置有一個單一的序列號，因此可以使多個 DS18x20 共存于同一根數據傳輸線上。DS18x20 內部分為 4 個部分：64 位序列號；保存臨時數據的 8 字節片內RAM；保存永久數據的 2 字節 EEPROM；溫度傳感器。 采用數字式溫度傳感器糧情測控系統的結構與采用熱敏電阻糧情測控系統的結構大致相同，只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區別在于沒有用于將溫度信號數字化的 A/D 轉換電路，取而代之的是1－WireTM 總線與上層通信總線之間的通信轉換電路，如果系統選用了數字式濕度傳感器則測控單元將完全由數字電路組成，而智能分機是由數字電路和模擬電路兩部分構成的，這將使測控單元的電路設計更為容易。 采用 DS18x20 溫度傳感器的糧情測控系統的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需 3 根導線即可連接多個 DS18x20 溫度傳感器。最為簡潔的結構是利用 DS18x20 可以通過數據線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即可連接多個 DS18x20 溫度傳感器，這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用 DS18x20 溫度傳感器的糧情測控系統更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應用環境，可以解決高大糧倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多，所以 DS18x20溫度傳感器糧情測控系統在房式倉中應用時不如熱敏電阻糧情測控系統更具有性能價格比的優勢。二、按通信方式分類國內糧情測控系統的通信方式主要采用 RS485 總線技術和現場總線技術兩種。 （一）RS485 總線技術 RS485 是使用較為廣泛的雙向有補償傳輸線標準，其最大每段總線長度為 1200 米，每段最多支持 32 個節點，采用單組雙絞線雙向主從通信。當總線加長或節點增多時需要使用中繼器連接，全網絡支持最多 256 個節點。 RS485 通信技術應用時間較長，軟硬件實現較為容易，因此是國內糧情測控系統采用較多的通信方式。由于 RS485 總線技術不支持多主結構，系統容量、通訊距離等方面具有很大的局限性，所以隨著現代化大型糧食儲備庫的逐年增多，RS485 通訊方式顯得愈來愈力不從心。 （二）現場總線技術 現場總線技術是一個全新的總線技術，是一種互連現場自動化設備及其控制系統的雙向數字通訊協議，它的出現為自動化控制和儀器儀表工業帶來了巨大的變革，它代表著未來發展的方向。目前國內糧情測控系統采用了兩種現場總線：LONWORKS 總線技術和 CAN 總線技術。 LONWORKS 的技術特點是總線開放、互操作性強、可靠性高、通信速度最高可達，最大通信距離可達 2700 米，最多節點數為 32022 個。由此可以看出它在性能上要比 RS485 總線好的多。 CAN 總線技術在糧情測控系統中的應用比 LONWORKS 總線技術更為廣泛。CAN 總線技術具有先進的多主網絡結構、通訊距離遠、價位低、可靠性高、系統容量大等優點，CAN 總線技術廢除了傳統的站地址編碼，取而代之的是對通信數據塊進行編碼，使得網絡中的節點數在理論上不受限制，從而大大增加了系統的容量，使得大型現代化儲備糧庫的糧情檢測控制在同一系統下得以實現。先進的多主結構不僅使得系統內可以有多臺上位機存在，以適應不同操作人員和管理人員的多種需要，而且使得網絡中智能分機擺脫了只能被動受控狀況，整個系統高度智能化，從而大大提高了系統運行的可靠性。CAN 總線最大通訊距離可達 10 公里，這對庫區較大、糧倉分布較分散的大型儲備糧庫是非常適用的。現場總線技術的另一個優點是可以大大節約連接導線以及安裝維護費用，使得整個系統在大大提高系統整體性能的同時具有很高的性能價格比。三、未來發展趨勢隨著大型國家糧食儲備庫的日益增多和更多新技術的不斷涌現，預計未來國內糧情測控系統將在以下幾個方面得到進一步的發展： 首先，熱敏電阻和數字溫度傳感器在同一糧情測控系統中使用。根據以上分析，熱敏電阻和數字溫度傳感器在房式倉和高大倉房兩個不同場合各自具有優勢，隨著大型國家糧食儲備庫的增多，在同一儲備庫中將存在不同的倉型，而現存的糧情測控系統中只能選擇熱敏電阻或數字溫度傳感器二者之一作為溫度檢測元件。為了更好地發揮熱敏電阻和數字溫度傳感器各自的優勢，在同一糧情測控系統中選用這兩種傳感器是未來市場發展的需求之一。 其次，現場總線技術的應用將更為廣泛。現場總線技術是一個全新的通信技術，它代表著控制系統未來的發展方向，未來的糧情測控系統將不可避免地放棄 RS485 通信方式轉而采用新型的現場總線技術，這將使系統的可靠性、性能價格比大大提高。 再者，系統功能的進一步完善。目前糧情測控系統僅局限與溫、濕度的檢測和通風控制，諸如糧食儲藏過程中倍受關注的水分檢測和蟲害檢測均未得到解決，預計未來的糧情測控系統將會把更多種類的糧情檢測綜合數據采集上來，與糧情專家分析軟件密切配合，共同保障糧食的儲藏安全。綜上所述，本系統采用凌陽公司生產的 SPCE061A 單片機來控制糧庫的溫、濕度，采用美國 DALLAS 公司的 DS18B20 數字式溫度傳感器、HUMIREL 公司的 HM1500 精密濕度傳感器分別檢測糧庫的溫、濕度。（一）系統主要性能如下：1．儲糧物理量檢測功能：具有自動檢測溫度、濕度、水分、倉蟲、氧氣、二氧化碳等功能，可根據需要進行定時檢測、選點檢測、巡回檢測。2．智能分析功能系統：根據采集的數據進行自動分析處理，自動控制調節通風降溫時間，自動將采集到的數據與測量到的糧情歷史數據進行比較，自動判斷糧食是否異常并根據需要做出預警提示。3．數據存儲與檢測：自動記錄檢測到的糧情數據并進行存檔、備份，以擴充現有的數據庫或備查歷史數據。4．實時報警功能：根據溫度等實測值與人工設定的超限值或相關數據模型進行對比分析，若實測值超過設定的范圍，則語音報警。5．機械通風控制功能：根據已設定的溫度、濕度數學模型分析通風參數，自動計算和控制空調器、風機、除濕機等設備進行降溫、除濕，也可以根據人工設定的超限值定時控制通風或根據需要進行人工操作。（二）主要技術參數：1．檢測范圍測溫范圍：55℃～+125℃ 測濕范圍：5%～99%RH2．檢測誤差溫度誤差：≤177。℃濕度誤差：177。3%RH第二章 凌陽 SPCE061A 單片機簡介第一節 凌陽 16 位單片機隨著單片機功能集成化的發展，其應用領域也逐漸地由傳統的控制擴展為控制處理、數據處理以及數字信號處理（DSP，Digital Signal Processing）等領域。凌陽的 16 位單片機就是為適應這種發展而設計的。它的 CPU 內核采用凌陽最新推出的 181。’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16 位微處理器芯片（以下簡稱 181。’nSP?） 。圍繞 181。’nSP?所形成的 16 位 181。’nSP?系列單片機（以下簡稱 181。’nSP?家族）采用的是模塊式集成結構，它以 181。’nSP?內核為中心,集成不同規格的 ROM、RAM 和各種功能豐富的外設與接口部件，如圖 所示。 DAC amp。 PWM RAM amp。 ROM T/C WatchD