基于51單片機的糧倉溫濕度檢測系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 是逐次比較型 ADC。逐次比較型 ADC由一個比較器和 D/A 轉換器構成，通過逐次比較邏輯，從最高位 (MSB)開始，順序地對每一輸入電壓與內置 D/A 轉換器輸出進行比較，經過多次比較，使轉換所得的數字量逐次逼近輸入模擬量對應值。逐次比較型 A/D 轉換器具有速度高，功耗低等優點。 從上圖可以看出，通過模擬多路開關，將通過 ADC0~7 的模擬量輸入送給比較器。用數 /模轉換器 (DAC)轉換的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器進行比較，將比較結果保存到逐次比較器，并通過逐次比較寄存器輸出轉換結果。A/D 轉換結束后，最終的轉換結果保存 到 ADC 轉換結果寄存器 ADC_RES 和ADC_RESL，同時，置位 ADC 控制寄存器 ADC_CONTR 中的 A/D 轉換結束標志位ADC_FLAG,以供程序查詢或發出中斷申請。模擬通道的選擇控制由 ADC 控制寄存 器 ADC_CONTR 中的 CHS2 ~ CHS0 確定。 ADC 的轉換速度由 ADC 控制寄存器中的SPEED1 和 SPEED0 確定。在使用 ADC之前，應先給 ADC上電，也就是置位 ADC控制寄存器中的 ADC_POWER 位。 當 ADRJ=0 時，如果取 10位結果，則按下面公式計算 : 10bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0], ADC_RESL[1:0]) = 1024 x 煙臺大學畢業論文（設計） 9 (Vin/Vcc) 當 ADRJ=0 時，如果取 8位結果，按下面公式計算 : 8bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0])= 256 x (Vin/Vcc) 當 ADRJ=1 時，如果取 10位結果，則按下面公式計算 : 10bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[1:0], ADC_RESL[7:0]) = 1024 x (Vin/Vcc) 式中， Vin 為模擬輸入通道輸入電壓， Vcc 為單片機 實際工作電壓，用單片機工作電壓作為模擬參考電壓。 本次設計將 口作為模擬量的輸入口，進行 A/D 轉換。 、 與 MAX232 芯片相連進行電平轉換，便于和上位機進行通訊。 作為超溫度上限控制輸出口。 作為超溫度下限控制輸出口。 作為超濕度上限控制輸出口。 作為超濕度下限控制輸出口。 溫度 信號采樣電路模塊 采樣電路是控制系統的基礎，系統只有獲取要控制的變量參數，才能對變量運算得出控制作用，因此，傳感器的選型和電路的設計顯得尤為重要。 溫度采樣電路 模塊 現階段溫度傳感器種類繁多，測量精度、信號接口及價格不一而足，因此需要選擇合適的傳感器，根據本系統要求，選擇溫度傳感器 DS18B20 進行測溫。 DS18B20 是數字量的溫度傳感器， 適應電壓范圍寬，支持多點組網功能，不需加任何外圍元件，測溫范圍為 55℃至 +125℃之間，在 10℃ ~+85℃之間精度為℃。 可編程分辨率為 9~12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃。測量結果直接輸出數字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送校驗碼，具有極高的 抗干擾糾錯能力。此外，還具有負壓特性，即使電源接反也不會燒掉芯片。 煙臺大學畢業論文（設計） 10 DS18B20 中有多條指令，包括讀 ROM、匹配 ROM、搜索 ROM、跳過 ROM、告警搜索命令等，在系統使用單個 DS18B20 時，只用跳過 ROM 指令即可進行溫度轉換和讀取操作。 高速 暫存器 RAM 是由九個字節的存儲器構成，第 0~1 個字節顯示是溫度的顯示位，第 2 個和第 3 個字節是復制的 TL 和 TL， 4 是配置寄存器， 5 6 7 三個字節均是保留的下表列出了溫度數據在告訴暫存器上帝 0和第 1個字節中的存儲格式。 DS18B20 在出廠默認設置為 12位，最高 位為符號位，溫度值公 11位。前 5位為讀取溫度值為負值，測得的數據需要取反加 1 再乘以 才得到實際溫度值。 前 5 位為 0時，溫度為正值，只要將測得的數值乘以 即可。下表為溫度數據在告訴暫存器 RAM 中第 0和第 1 的格式。 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 23 22 21 20 21 22 23 24 位 15 位 14 位 13 位 12 位 11 位 10 位 9 位 8 S S S S S 26 25 24 煙臺大學畢業論文（設計） 11 初始化時序： 將數據線置高電平 延時 數據線拉倒低電平 0 延 時 750us 數據線拉倒高電平 1 延時等待，如果初始化成功則在 15~60us 內產生一個由 DS18B20 返回的低電平 ，但是不能無限期的等待，不然程序會進入死循環，所以進行超時判斷。 若 CPU 讀到數據線上的低電平 0 后，還要進行延時，其延時的時間從發出高電平算起，至少需要 480us DS18B20 寫數據： 數據線先置低電平 0 延時確定的時間為 15us 按從低位到高位的順序發送數據。 延時時間為 45us 將數據線拉到 1 重復上述步驟， 直到 發送完整個字節。 最好將數據線拉高到 1。 DS18B20 讀數據： 將數據線拉高到 延時 2us、將數據線拉到 0，延時 6us，將數據線拉高到 1，延時 4us 煙臺大學畢業論文（設計） 12 讀數據線的狀態得到一個狀態位，并進行數據處理。 延時 30us 重復上述步驟，直到 讀取完一整個字節。 濕度采 樣電路模塊 濕度傳感器的選擇 濕度傳感器是指能感受氣體中水蒸氣含量，并轉換成可輸出信號的傳感器。濕敏元件主要有電阻式和電容式兩大類。濕敏電阻的特點就是在基片上覆蓋一層用感濕材料制作成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜時，元件的電阻率和電阻值都會發生變化，利用這一特性可實現 測量濕度。 濕敏電容主要是由高分子薄膜電容制作而成，常用材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。 比之現代濕度傳感器，早起通常使用干濕球濕度表，電子式濕敏傳感器的準確度可達 23%RH，這比干濕球測濕精度高。但濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。 綜合濕度傳感器類型及實際情況，選擇電阻式 濕度傳感器 HR202，模塊在環境濕度達不到設定閾值時， DO 口輸出高電平，當外界環境濕度超過設定閾值時，模塊 D0 輸出低電平，以此也可驅動繼電器模塊，實現對執行機構的直接控制，模塊 A0 輸出濕度值的模擬量，通過 A/D 轉換后轉換為數字量，從而在 CPU 內部進行數據處理。 煙臺大學畢業論文（設計） 13 煙臺大學畢業論文（設計） 14 串口模塊 此次設計需要將測得的濕度和溫度值上傳給上位機，上位機也需要在適當時候對下位機進行控制，這就需要上下位機之間進行通訊，本次通訊選用 USB232轉接線進行通訊，而單片機輸出是 TTL 電平， RS232 通訊用 232電平，故需電平轉換，通常用電平轉換芯片是 MAX232 芯片。 MAX232 芯片是美信（ MAXIM）公司專為 RS232標準串口設計的單電源電平轉換芯片，使用 +5v 單電源供電。 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構成。功能是產生 +12v 和 12v兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道。由 1 1 1 14 腳構成兩個數據通道。其中 13腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數據通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數據通道。 TTL/CMOS 數據從 T1IN、 T2IN 輸入轉換成 RS232數據從T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數據從 R1IN、 R2IN 輸入轉換成 TTL/CMOS 數據后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v）。 MAX232 符合所有的 RS232C 技術標準，只需要單一 +5V 電源供電，片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生 +10V 和 10V電壓 V+、 V，功耗低，典型供電電流 5mA ，內部集成 2 個 RS232C 驅動器，高集成度，片外最低只需 4個電容即可工作。 煙臺大學畢業論文（設計） 15 工業字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32個字符（ 16 列 2行）。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形。目前市面上字符液晶絕大多 數是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。 1602 采用 +5V 電壓，對比度可調 ， 內含復位電路 ， 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能 。 有 80 字節顯示數據存儲器 DDRAM， 內建有 192 個 5X7 點陣的字型的字符發生器 CGROM。 8個可由用戶自定義的 5X7 的字符發生器 CGRAM 管腳功能： 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器 對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1時選擇數據寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器 5 R/W R/W 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能 7 DB0 低 4位三態、 雙向數據總線 0 位（最低位） 8 DB1 低 4位三態、 雙向數據總線 1 位 9 DB2 低 4位三態、 雙向數據總線 2 位 10 DB3 低 4位三態、 雙向數據總線 3 位 11 DB4 低 4位三態、 雙向數據總線 4 位 12 DB5 低 4位三態、 雙向數據總線 5 位 13 DB6 低 4位三態、 雙向數據總線 6 位 14 DB7 低 4位三態、 雙向數據總線 7 位（最高位）（也是 busy flag） 煙臺大學畢業論文（設計） 16 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光 電源負極 控制模塊 在實際應用中，糧倉內部溫度及濕度超出正常值易造成糧食發生霉變等問題，造成重大損失，所以在溫濕度超限時 需要發出超限報警指示， 必須采取相應措施使得溫濕度保持在正常范圍內，通常采取通風 及除濕措施。此次設計的控制模塊 是通過 9012 放大 I/0 口輸出電流控制繼電器吸合開關，控制 LED 報警燈亮滅。 發光二極管 是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為 LED。發光二極管與普通二極管一樣是由一個 PN 結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從 P 區注入到 N區的空穴和由 N 區注入到 P區的電子，在 PN 結附