基于單片機的糧庫溫濕度控制系統的設計-資料下載頁

【導讀】技術及醫療衛生等事業的發展。特別是近10多年來，微處理機與微型計算機的發。人類社會生活的各個領域，有利推動了人類社會的進步。為適應社會發展需要，微型計算機不斷地更新換代，新產品層出不窮。計算機的大家族中，近年來單片微型計算機異軍突起，發展極為迅速。小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發展。其中，由單片機組成。控制系統，已成為單片機應用的發展趨勢。證糧庫儲糧的安全。糧庫溫濕度控制系統是以MCS-51系列單片機為核心構成控制。本課題完成了整個系統的硬件設計，提出了一種可以應用于中小型糧庫的溫。豐富的I/O功能大大。理較簡單，片內RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大于4KB。單片機推出階段。近年來，各個計算機生產廠家已進入更高性能的32位單片機研制和。運行速度均高于同一檔次的微機。安裝在系統的某些節點上，對現場信息進行實時的測量和控制。方法以及相應的智能控制一直是糧食保存的一個重要問題。

　　

【正文】 因此溫度測量通道無需線性處理。 溫度檢測電路如圖 51 所示，測溫傳感器采用集成溫度傳感器 AD590，其電源電壓為 4～ 30V，測溫范圍 55～ 150℃ 。 整個測溫范圍內精度可達 177。0 .5℃ ，且線性度好，直接輸出為電流（ 1μA/K） ，經運放 LM358 進行 I/V 轉化后，可得到電壓 輸出，輸出的電壓 Uout 為 100mV/℃ ，最后由 A/D 轉換電路的通道 0 送給 8051 微處理器。圖中 R R R2 用于相互配合調節溫度測量的滿刻度值。由于采用了線性度良好的 AD590 進行溫度測量，故測出的溫度值不需要進行線性校正，軟件編程簡單。如圖 51。 圖 51 溫度檢測電路圖 濕度檢測電路 濕度檢測電路由濕敏傳感器、多諧振蕩器和單穩態觸發器等組成，采用 C/V 變換完成濕度檢測，電路如圖 52 所示。濕敏傳感器采用電容式濕敏元件 HS1101，這種元件有響應快，線性度和可靠性高 ，長時間工作穩定性好，長時間飽和下快速脫36 濕等特點。因而采用一般處理可達到精度為 177。5%RH 的要求。 IC1a 與 R1， R2， C1組成多諧振蕩器，其振蕩頻率 f=（ R1+2R2） C1，在本設計的參數下振蕩頻率約為 50 Hz，其輸出脈沖觸發單穩態觸發器。單穩態觸發器由 IC1b、 R3 以及 HS1101組成，輸出脈寬取決于充電時間常數 R3（ C2+Cx）的值，即 t=（ C2+Cx）。此輸出脈沖經過 R C3 濾波后，經 IC2（ OP07）放大后輸入到 ADC0809 的模擬電壓輸入通道 1 端。圖 52 中， Rp1 用來 調零， Rp2 用來調滿刻。 圖 52 濕度檢測電路 糧庫加溫加濕電路的設計 固態繼電器控溫電路的設計 固態繼電器 SSR 是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出端。 SSR 分為單向直流固態繼電器（ DCSSR）和雙向交流固態繼電器（ ACSSR）。ACSSR 又有過零觸發器（ Z 型）和調相型（ P 型）之分。通常采用光電耦合器來實現輸入和輸出之間的電氣隔離。其中，過零型具有零電壓開啟，零電流關斷特性 ；隨機開啟型具有快速開啟特性。 SSR 組成如圖 53 所示。 對于隨機開啟型交流固態繼電器 ，在輸入端施加合適的控制信號 Vi 時，輸出端立即導通，只有在 Vi 撤銷后，當負載電流低于雙向可控硅維持電流時輸出才關斷。而過零型 SSR 的輸入端施加控制電壓后，要等交流電壓過零時才能導通，所以可能造成延遲。隨機開啟型 SSR 組成如下： 37 圖 53 SSR組成框圖 （ 1） 驅動電路 采用開關控制電路圖如圖 54 所示 圖 54 開關控制電路圖 （ 2） 輸出負載 小容量負載，如圖 55 所示。 圖 55 小容量負載結構圖 用于低容量負載時要注意固定繼電器的兩個特點 ： （ 1） 最小負載電流。 （ 2） 關斷 狀態下的電流。 一般來說，固態繼電器的開啟電流至少是關斷狀態電流的 10 倍，如果負載電38 流低于這個值，負載需要并聯一個電阻，以提高繼電器的開啟電流，見圖 55 所示。 （ 3） 尖峰電壓保護 電壓尖峰加在 SSR 上時會使 SSR 在沒有選通的情況下開啟，因此尖峰電壓超過了 SSR 的阻斷電壓或 SSR 在關閉狀態下的 dv/dt 特性，因此，應在 SSR 上并聯一個壓敏電阻以消除尖峰電壓。其電路圖如圖 56 所示。 圖 56 帶有尖峰電壓保護的小容量負載 當電磁閥或繼電器的電流小于所用的 SSR 額定負載電流的最小值時，必須在負載 上并聯一個電阻。 74LS273 八 D 觸發器 74LS273 是帶有清除端的 8D 觸發器，只有在清除端保持高電平時，才具有鎖存功能，鎖存控制端為 11 腳 CLK，采用上升沿鎖存，其結構圖如圖 57 所示。 圖 57 74LS273引腳結構圖 8051 的控制信號到 74LS138 譯碼后與寫控制信號或非后使 74LS273 導通，74LS273 的輸出控制固態繼電器工作，從而實現了對 電阻絲和排風扇 功率的控制。 加溫加濕電路 工作原理如下：當設備內部的溫度低于設定值的下限或設備內部的濕度大于設定值的上限時，單片機將輸出低電平，起動加熱電路使電加熱元件開始工作，加熱39 或干燥糧庫內部；當設備內部溫度大于低溫加熱設定上限時且濕度值小于過濕加熱設定的下限時，單片機輸出高電平停止加熱；當糧庫內部溫度值超過糧庫設定標準上限時，單片機輸出低電平，使排風扇控制電路工作，開始排風散熱；當糧庫內部溫度值小于排風降溫設定下限時，單片機輸出高電平，使排風扇控制電路停止工作。 該溫濕度控制結構緊湊，調試安裝方便，應用到某糧庫之中。經長期使用，性能穩定可靠。該溫濕控制不僅可應用于糧庫內的溫濕度檢測與控制，也可應用于圖書館、 檔案館、軍需物資庫等對溫濕度有要求的場合。 圖 58 加溫加濕電路圖 看門狗電路的設計 X25045 是帶有串行 E2PROM 的 CPU 專用監控器。 X25045 芯片的功能包括以下 4 點 ： （ 1）上電復位控制：在對 X25045 通電時， RESET 引腳輸出高電平復位信號，并至少保持 20ms，使 CPU 有效復位。由于 RESET 采用漏極開路輸出，因此該輸出端必須接一個上拉電阻。 （ 2）電源電壓監控：當檢測到電源電壓低于內部門檻電壓 VTRIP 時， RESET輸出復位信號，直到電源電壓高于 VTRIP 并至少保持 20ms，復位信號 才被撤消。VTRIP 的出廠值根據芯片型號不同共有 5 個級別。 （ 3）串行 E2PROM 芯片內含 512 字節的存儲單元， 10 萬次可靠操作，數據保持時間 100 年。 40 表 51 X25045 狀態寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 表 52 看門狗定時值設置 WD1 WD0 定時值的設置 0 0 0 1 600ms 1 0 200ms 1 1 禁止看門狗工作 （ 4）看門狗定時器： X25045 內置的看門狗定時器共有 4 種工作狀態。由表 51所示 狀態寄存器中的 WD1， WD0 位控制，表 52 列出了 WD1， WD0 組合的含義。用狀態寄存器寫指令可對 WD1， WD0 進行設置。圖 59 是 X25045 與 8051 的一種接口方式，通過四根口線 CS， SCK， SI 和 SO 完成對 X25045 的操作。 X25045 內部操作的時序符合 SPI 總線接口協議的標準。對看門狗的復位由 CS 輸入電平的下降沿完成， SCK 是外部輸入的同步時鐘信號。在對芯片發出指令或輸入數據時，時鐘前沿將 SI 引腳信號輸入 ； 在讀取數據時，時鐘后沿將數據位輸出到 SO 引腳上。數據不管輸入 /輸出都是高位在先。 圖 59 外接 X25045看門狗電路 41 報警電路的設計 本設計是由單片機通過接口電路來控制報警電路的，圖 510 為發光二極管報警電路圖。 8D 觸發器 74LS377 的使能端（ G ）接 8051 的 ，使當 輸出 “ 0” 時，74LS377 處于可接收數據的狀態。 74LS377 的觸發時鐘 CP 和 8051 的 WR 相接，74LS377 的輸入線接 8051 的 P0 口。這樣， 74LS377 可看作 8051 的一個地址為 7FFFH的 只能寫入的外部存儲單元。 74LS377 的輸出線通過限流電阻接到各個發光二極管的負端，發光二極管的正端接 +5V 電源。限流電阻阻值的選擇要同時考慮發光二極管的驅動電流和 74LS377 的負載能力，一般可選 330? 或 360? 。這里發光二極管之所以反向連接，是因為 TTL 型 74LS377 在低電平輸出時的輸出電流較高電平輸出時大。這樣欲使某發光二極管點亮，就需要向相應的輸出線輸出低電平。 圖 510 報警電路圖 糧庫溫濕度控 制總圖 糧庫溫濕度控制總體設計思想為：以 MCS51 單片機為核心， 擴展了外部存儲器，通過 8255A 外擴鍵盤輸入和 LED 顯示。糧庫內的實際溫度由 AD590 測得并轉換成電壓信號， 實際濕度由 電容式濕敏元件 HS1101 測得并轉換成電壓信號，由 A/D轉換 器 ADC0809 轉換 成數字量。一方面通過 LED 將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與被控溫度值進行比較，濕度也是同樣道理。根據其偏差值的大小，從而控制電阻絲和排風扇的工作。如圖 511 所示 。 42 圖 511 糧庫溫濕度控制總圖 43 結 論 單片機技術在各個領域正得到越來 越廣泛的應用，尤其 MCS51 系列單片機，迅速占領了工業測控和自動化工程應用的主要市場，并取得了令人矚目的成果，展現出了廣闊的應用前景。 糧庫溫濕度控制系統，采用先進的 MCS51 系列單片機和溫濕度傳感器 ，實現了對糧庫內溫濕度的自動測量和調節， 8051 單片機因其指令系統豐富、小巧、低價、靈活易擴展等獨特的優點，在所設計的 糧庫 溫濕度控制系統中使整個系統的性價比得以大幅度的提高。將 8051 單片機成功應用于溫濕度測控系統，所研發產品可靠性和擴充性較強，能廣泛應用于糧庫、物流倉儲、 檔案館 、農業大棚等對溫濕度要求較高 的場所，具有較大的市場推廣前景。 在高新技術的推動下，作為測控的工具正逐步跨入真正的微型化、數字化、智能化、網絡化和多功能化的時代。 通過設計使我對單片機有了深刻的了解，以單片機為核心的控制技術 將來 全面地滲透到 我從事的電力行業 及我生活的各個領域，它的運用必將大大促進了各行各業的飛速發展 。 44 參考文獻 [1] 梅麗鳳 ， 王艷秋 ， 張軍 .單片機原理及接口技術 .清華大學出版社 .1991： 9— 32 [2] 李玉梅 .單片機原理的應用設計 .國防工業出版社 .2021： 56— 144 [3] 張友德 .單片機原理應用與實驗 .復旦大學出版社 .1995： 159— 163 [4] 吳永生 ， 方可人 .熱工測量及儀表 .第二版 .中國電力出版社 .1995： 50— 74 [5] 閻石 .數字電子技術基礎 .第四版 .高等教育出版社 .1997： 102— 119 [6] 楊素行 .模擬電子技術基礎 .第二版 .高等教育出版社 .1997： 80— 90 [7] 鄭學堅 ， 周斌 .微型計算機原理及運用 .第三版 .清華大學出版社 .2021： 49— 80 [8] 楊明欣 .溫度測量處理變送器設計 .國防工業出版社 .2021： 31— 33 [9] 李標榮，張緒里 .電子傳 感器 .國防工業出版社 .1993： 69— 73 [10] 趙保京 .中國集成電路大全 .國防工業出版社 .1996： 154— 177 [11] 袁希光 .傳感器技術手冊 .國防工業出版社 .1995： 97— 106 [12] 張毅剛，彭喜源 .單片機應用設計 .哈爾濱工業大學出版社 .2021： 225— 229 [13] 萬福君 .單片微機原理系統設計與開發應用 .中國科學技術大學出版社 .2021：128— 135 [14] Mitra S Signal York： . [15] Harold of . Addison . [16] Linda on the Book . 45 謝 辭 經過幾個月的查資料、整理材料、寫說明書，今天終于可以順利的完成設計的最后的謝辭了，四年多的努力與付出，隨著設 計的完成，終于讓學生在大學的生活，得以劃下了完美的句號。 設計得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感謝我的導師 馮永祥 老師，因為設計是在馮老師的悉心指導下完成的。馮老師淵博的專業知識，嚴謹的治學態度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，平易近人的人格魅力對我影響深遠。本設計從選題到完成，每一步都是在馮老師的指導下完成的，傾注了馮老師大量的心血。 馮老師指引我的設計的方向和思路，并對本設計初稿進行逐字批閱，指正出其中不合理的地方，使我有了思考的方向，他的循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。一 次次的回稿中，精確到每一個字的的批改給了我深刻的印象，使我在設計之外明白了做學問所應有的態度。 同時，設計的順利完成，離不開其它各位老師、同學和朋友的關心和幫助。在整個的論文寫作中，各位老師、同學和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于設計的建議和意見，在 他 們的幫助下，設計得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個設計。 另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我有了良好的專業課知識，這也是設計得以完成的基礎。 在此，謹向馮老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！謝謝馮老師在我做設計的過程中給與我 的極大地幫助。