粮仓温度巡检系统的设计

《粮仓温度巡检系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粮仓温度巡检系统的设计（35页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、粮仓温度巡检系统的设计 The Design of Granary Temperature Detecting System学生姓名：学生学号：专业名称：电子信息科学与技术指导教师：计算机与信息工程学院2013 年 6 月 17 日独创性声明本人声明所呈交的毕业设计是本人在指导教师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以引用标注之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，没有伪造数据的行为。毕业设计作者签名： 签字日期： 年 月 日毕业设计版权使用授权书本毕业设计作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定。同意学校保留并向有关管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论

2、文被查阅和借阅。本人授权天津城市建设学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。（保密的毕业设计在解密后适用本授权说明）毕业设计作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要 本文设计了一个基于热敏电阻测温，通过总线传输的粮仓温度巡检系统硬件设计分三个部分：下位机检测部分，总线部分和上位机部分。下位机检测模块通过铂电阻（PT100）对温度进行检测。测量的数据通过带有非线性校正的运算放大器进行放大，然后把数据传输到下位机单片机内。单片机通过数据总线 RS485 把测量数据传送到上位机处的 485 接收器

3、。使用 RS485/RS232 转换器，把测量数据输入到 PC 机。为了防止在雷暴天气产生的过压影响，485 发送器和 RS485/RS232 转换器采用光电隔离技术。软件部分采用上位机软件 Visual Basic6.0。通过该软件，把测量的数据以图表的形式显示出来，当温度超过合理范围时，上位机发出警报。这种温度巡检系统可以实时测量粮仓的温度，上位机用图形表达直观有效。关键词：粮仓；温度采集；总线传输；单片机；ABSTRACT Here is a writings about temperature measurement，which is based on thermistors and

4、transmitted through the bus. The hardware design can be divided into three parts: the lower machine parts, bus parts and PC parts.The lower machine survey temperature by platinum resistance (PT100) .After measuring,the data is transported to the microcontroller by amplifying circuit which have nonli

5、near correction. And then,the data is transported from microcontroller to the receptor through the RS485 bus.At last，the data is put into the computer by using RS485/RS232 converter. In order to protect the electric circuit when voltage is larger, 485 transmitter and RS485/RS232 converter should be

6、made by optical coupler.We use Visual Basic6.0 to collect data and process data,and the computer show the data by graph.It warning when the temperature above a stationary numerical. We can survey temperature in real time .We can know the temperature diversification easily. In short,the machine is up

7、-to-date. Key words：Granary; temperature collector; bus transfer; microcontroller;目 录第一章 绪论.11.1 粮仓温度巡检仪的课题背景.11.2 温度测量技术的发展趋势 .11.3 课题研究的意义 .2第二章 设计方案.32.1 方案一.32.2 方案二.3第三章 主要器件介绍.53.1 单片机 STC12C5A60S2 .53.1.1 总体介绍.53.1.2 引脚介绍.53.2 数据收发器 MAX487.83.2.1 芯片总体介绍.83.2.2 芯片管脚介绍.83.3 数据收发器 SP3232E.93.3.1

8、 SP3232E 管脚介绍.93.4 光电耦合器 TLP113 .103.5 LM324 .103.6 78L05.11第四章 设计原理.124.1 总体阐述.124.2 温度测量模块 .124.3 下位机模块.134.3.1 共模干扰问题.134.3.2 光电隔离设计.144.3.3 单片机系统电路.154.4 上位机光电隔离模块 .164.4.1 RS232/485 转换电路.164.4.2 带光电隔离的 RS232/RS485 转换器 RE-500 .164.5 电源模块.174.5.1 +5V 电源产生.174.5.2 -5V 电源产生.174.6 PCB 模块.184.6.1 设置要

9、点.184.6.2 元器件的布局.18第五章 系统软件设计.195.1 VISUAL BASIC 6.0 功能模块.195.2 关键技术.195.2.1 通信模块.195.2.2 数据库管理.205.2.3 安全保护.205.3 程序总流程图.21第六章 总结与展望.226.1 总结.226.2 展望.22致 谢.24参考文献.25附 录.26第一章 绪论1第一章 绪论1.1 粮仓温度巡检仪的课题背景 粮食是人类赖以生存的基本必需品，是关系国计民生的重要因素，也是国家战略性准备的重要物资。中国有句古话“人是铁，饭是钢” ，只有满足了人民的粮食需求，社会才会安定，国家才会繁荣。同时，粮食也是战略

10、储备的重要物资。在出现突发性的自然灾害，或者不可避免的军事情况时，粮食供应显得格外的重要。所以在每个城市都会有大型的隶属政府的粮仓。我国经济快速的发展，导致人们对于粮食的需求也日益增长。从 2003 年到 2012，我国粮食总产量连续实现了丰收，而在上一年全国粮食总产量高达 58957 万吨。同时，我国在粮食产量质量方面取得了技术性的进展，所以现代粮仓的科学储备和流通显得至关重要。 粮食的储存跟温度有直接的关系，不适当的仓内温度会导致粮食的发霉腐烂。而从化学的角度上看，粮仓内存在大量的颗粒物，温度过高会引起粮仓的爆炸。当然，粮食的储存还与湿度，粉尘有关。稍有不慎，这些因素都会导致粮食的损坏，对

11、社会和国家造成巨大经济损失。这一方面与管理人员的失责有关。另一方面也与粮仓内的检测设备老旧，损坏有关。所以说，可靠的粮仓温度巡检系统有助于现代粮仓的发展。 1.2 温度测量技术的发展趋势 在生活中，工业生产中，温度是一种很重要的指数，温度是基本物理参量之一，表述了物体冷热大小的物理量，它影响着人类的生活，机器的运行，甚至是科学的成果。所以温度测量技术是一门重要课题。 最早的温度计是由著名物理学家伽利略发明的。在普通老百姓的生活中，测量温度最直观，最实用的是液体温度计，例如水银温度计、酒精温度计等等。常见的还有气体温度计和固体温度计，其原理都是根据物体遇热膨胀遇冷收缩的物理现象，以物体形变的形式

12、表现出来。这种温度测量法比较实用直观，而且通常价廉物美，但是缺点是温度测量精度低，不能满足一些对温度精度要求较高的工业生产和科学研究。 随着科技的进步和发展，在近代陆续出现了用热电偶、热电阻测量温度的方法。其原理是格局温度的变化引起热敏器件的物理特性变化，从而通过电流的变化显示出来的。这种测量方法比传统的测量方法更加追准确，能大量应用第一章 绪论2在工业、科技、军事等方面。在未来，其应用领域会更加宽广，测量的方式会更加多种多样。1.3 课题研究的意义 温度对于粮食的储存具有重要的影响。通常情况下，过高的温度会直接导致食物的腐烂，从而导致不可估量的损失，所以粮仓需要精准的温度测量技术。 而在测量

13、监控温度的同时，也要兼顾环境的影响。若是遇到了雷暴天气，测量器件遭遇雷击等意外情况，测量器必遭损坏，如何尽量减少测量部件的损坏也是个重要的课题，这直接影响器件维修的时间。损坏的测量部件越少，维修的时间就会越短，难度就会越低，粮仓的损失就会越少。 现代计算机技术发展迅猛，网络发达开放，要捉着这样的机会来发展现代粮仓技术。粮食的储存数字化，粮食的调配智能化，粮仓的管理现代化，这就是现代型粮仓的趋势。第一章 绪论3第二章 设计方案4第二章 设计方案2.1 方案一 温度巡检仪有些共同的特点：测量点多、布线分散。由于检测环境复杂、测量点多，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。 本方案的温度传感器采用负温

14、度系数热敏电阻，每个粮仓内检测八个温度量，每个测量通道上有热敏电阻非线性校正电路。每个测量点的数据经过 A/D转换后，然后通过 485 总线传输到上位机，有上位机完成监控。 该设计主要采用的芯片为 AD 公司的 AD7705 芯片，这是一款双通道 16 位AD 转换器。 其缺点是：对测量线路的布局要求高，而且线路的数目多，建设的工程量大，工程预算大。另外，对温度测量的数据管理不够方便。2.2 方案二 由于一个粮仓内通常包含多个小粮仓，所以本方案的设计思想是在每个小粮仓放置多个温度检测器，由同一单片机管理。每一个下位机通过数据总线把数据传送到上位机，最后由上位机完成监控。 本设计分三个部分：下位

15、机检测模块，总线传输模块，上位机控制模块。 下位机检测模块的职责就是对温度的检测。该设计是通过铂电阻（PT100）测量温度的。每个铂电阻测量的温度通过运算放大器，把测量的变化量传送到下位机单片机。每一个单片机通过数据总线 RS485 把测量数据传送到上位机（PC） 。测量的数据通过上位机软件进行整合，并显示出来。当温度超过合理范时，上位机发出警报，操控者通过上位机对温度进行监督。 下位机检测部分采用 STC12C5A60S2 单片机，其生产厂家为宏晶科技公司。温度传感器热敏电阻将温度的变化转换为电阻的变化，由电桥转换为电压的变化经测量放大器变换为标准 0-5V 的电压信号经滤波输入到 STC1

16、2C5A60S2 单片机。 RS-485 接口均采用差分方式传输信号。485 收发器是有一定的共模电压范围，而我们常常把他忘记了。整个网络要正常工作，那么 RS-485 收发器就得正常工作，7V 到正 12V 的范围之间是它的共模电压范围的满足条件。要是共模电压不在负 7 伏至正 12 伏的范围内，那么通信系统就不再稳定可靠，更甚者会损坏接口。所以本方案采用了比较常用的浮地隔离技术，引入干扰的节点把系统第二章 设计方案5电路浮置起来，相当于系统本身的地与机壳和大地隔离开，那么接地环路就断开了，在电路系统内就不会突然形成大环路电流。系统组成如图 2-1 所示：上 位 机RE541 光电隔离通讯转

17、换器MAX487光电隔离STC12C5A60S2RS-485RS-232温度变换模块PT100温度变换模块PT100N个图 2-1 集中式温度检测 本方案能够把各个粮仓的温度集中起来监控，同时通过浮地隔离技术把上位机、下位机和传输总线隔离开，符合了在过压情况下尽可能减少设备损坏的初衷。通过上位机软件对测量温度进行线性的显示，对温度变化情况有着直观的表达，由此可以简便地找出粮仓内温度的峰值和谷值。通过研究不同月份、不同季度的温度线形图，对科学管理粮仓温度有着重要的作用。第三章 主要器件介绍6第三章 主要器件介绍3.1 单片机 STC12C5A60S23.1.1 总体介绍 宏晶科技是一家位于深圳的

18、单片机设计公司，其设计制造的 51 单片机在全球范围内具有较大的份额。STC 其中的一款单片机 STC12C5A60S2 具有很高的性价比。传统 8051 指令、管脚完全适用于 STC12C5A60S2 单片机。片内的大容量程序存储器是 FLASH 工艺的，STC12C5A60S2 单片机内部自带有 60K 大小的FLASH ROM，编程员可以用电的方式瞬间擦除、改写，这是这种存储器的特点。很容易得知，这种单片机对开发设备的要求很低，开发的过程简便了许多，开发时间也缩短了许多。你还可以对写入的程序进行加密，保护了你的研究成果。STC12C5A60S2 的售价比传统 51 贵不到哪里去，在市场上

19、也很容易买到。3.1.2 引脚介绍STC12C5A60S2 的双列直插式封装图：图 3-1 STC12C5A60S2 引脚图CLKOUT2/ADC0/P1.0ADC1/P1.1INTO/P3.2P4.7/RSTSCLK/ADC7/P1.7SS/CPP1/ADC4/P1.4MISO/ADC6/P1.6MOSI/ADC5/P1.5RxD2/ECI/ADC2/P1.2INT/RxD/P3.0VccGNDXTAL1XTAL2RD/P3.7WR/P3.6CLKOUT1/INT/T1/P3.5CLKOUT0/INT/T0/P3.4INT1/P3.3TxD/P3.1TxD2/CPP0/ADC3/P1.3P2

20、.1/A9P0.0P0.1P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15NA/P4.4ALE/P4.5EX_LVD/P4.6/RST2P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P2.0/A813637201918171615141312383940111098765432262728293031323334352122232425第三章 主要器件介绍7表 3-1 STC12C5A60S2 引脚介绍引脚引脚名称名称引脚功能概述引脚功能概述1CLKOUT2/ADC0/P1.0CLKOUT2:独立波特率发生器的时钟输出可通过设置 WAKE_CL

21、KO2位/BRTCLKO 将该管脚配置为 CLKOUT22ADC1/P1.13RxD2/ECI/ADC2/P1.2ECI：PCA 计数器的外部脉冲输入脚；RxD2：第二串口数据接收端4TxD2/CPP0/ADC3/P1.3CCP0：外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出；TxD2：第二串口数据发送端5SS/CPPI/ADC4/P1.4CCP1：外部信号捕获(频率测量或当外部中断使用）、高速脉冲输出及脉宽调制输出；SS：SPI 同步串行接口的从机选择信号6MOSI/ADC5/P1.5MOSI：SPI 同步串行接口的主出从入(主器件的输出和从器件的输入)7MISO/A

22、DC6/P1.6MISO：SPI 同步串行接口的主入从出(主器件的输入和从器件的输出)8SCLK/ADC7/P1.7SCLK：SPI 同步串行接口的时钟信号9P4.7/RSTP1.0-P1.7：标准I/O 口 PORT10-PORT17；ADC0-ADC7：输入通道-0 至-7P4.7：标准 I/O 口 PORT47；RST：复位脚10INT/RxD/P3.0RxD：串口 1 数据接收端11TxD/P3.1TxD：串口 1 数据发送端12INT0/P3.2INT0：外部中断 0,下降沿中断或低电平中断13INT1/P3.3INT1：外部中断 1,下降沿中断或低电平中断14CLKOUT0/INT

23、/T0/P3.4P3.0-P3.7：标准I/O 口 PORT30-T0：定时器/计数器 0 的外部输入；第三章 主要器件介绍8INT：定时器 0 下降沿中断；CLKOUT0：定时器/计数器 0 的时钟输出可通过设 WAKE_CLKO0位/T0CLKO 将该管脚配置为 CLKOUT015CLKOUT1/INT/T1/P3.5T1：定时器/计数器 1 的外部输入；INT：定时器 1 下降沿中断CLKOUT1：定时器/计数器 1 的时钟输出可通过设 WAKE_CLKO1位/T1CLKO 将该管脚配置为 CLKOUT116WR/P3.6WR 外部数据存储器写脉冲17RD/P3.7PORT7；RD 外部

24、数据存储器读脉冲18XTAL2内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端。19XTAL1内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时 XTAL2 实际将 XTAL1 输入的时钟进行输出。20Gnd接地21-28P2.0-P2.7P2 口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高 8 位地址总线使用(A8 A15)。当 P2 口作为输入/输出口时，P2 是一个 8 位准双向口。29NA/P4.430ALE/P4.5ALE:地址锁存允许31EX_LVD/P4.6/RST2P4.4-P

25、4.6：标准 I/O口 PORT44-PORT6EX_LVD:外部低压检测中断/比较器;RST2:第二复位功能脚32-39P0.7-P0.0P0 : P0 口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当 P0 口作为输入/输出口时，P0 是一个 8 位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当 P0 作为地址/数据复用总线使用时，是低 8 位地址线A0A7，数据线的D0D7。40Vcc电源第三章 主要器件介绍93.2 数据收发器 MAX4873.2.1 芯片总体介绍 本设计的数据收发器采用美信公司的 MAX487 芯片。美信（MAXIM）公司于1983 年在美国的加利福利亚洲

26、创办。MAX487 是一款低功率收发器，用于 RS-485 总线通信，每个 MAX487 都带有驱动器和接收器。MAX487 可以实现最高250kbps 的无差错数据传输。3.2.2 芯片管脚介绍 MAX487 的双列直插式封装图：图 3-2 MAX487 引脚图表 3-2 MAX487 引脚功能引脚引脚名称名称引脚功能引脚功能1RO接收器的输出。 （当 A 大于 B 200mV 时，RO 为高电平；否则相反）2RE接收器的输出使能。 （当 RE 为低电平时，RO 有效；当 RE 为高电平时，RO 处于高阻状态）3DE驱动器的输出使能。 （当 DE 为高电平时，驱动器输出 Y 和驱动器输出 Z

27、 有效；当 DE 为低电平时，驱动器输出处于高阻状态。当驱动器输出有效时，器件被用作先驱动器。而高阻状态下，若 RE 为低电平，则器件被用作先接受器。 ）4DI驱动器输入。 （DI 上的低电平强制输出 Y 为低电平，而输出 Z 为高电平。DI 上的高电平强制输出 Y 为高电平，而输出 Z 为低电平。 ）5GND接地。RDRODIDEREGNDABVcc18765432第三章 主要器件介绍106A接收器同相输入端和驱动的器同相输出端。7B接收器反相输入端和驱动器的反相输出端。8Vcc正电源。工作电压：4.75V VCC5.25V3.3 数据收发器 SP3232E3.3.1 SP3232E 管脚介

28、绍 Sipex 是一家集设计、生成和销售的半导体公司。图 3-3 SP3232E 引脚图表 3-3 SP3232E 引脚功能介绍引脚名称引脚功能介绍1C1+倍压电荷泵电容的正极2V+电荷泵产生的+5.5V 电容3C1-倍压电荷泵电容的负极4C2+反相电荷泵电容的正极5C2-反相电荷泵电容的负极6V-电荷泵产生的-5.5V 电压7T2OUTRS-232 驱动器输出8R2INRS-232 接收器输入9R2OUTTTL/CMOS 接收器输出10T2INTTL/CMOS 驱动器输入11T1INTTL/CMOS 驱动器输入12R1OUTTTL/CMOS 接收器输出13R1INRS-232 接收器输入SP

29、3232DIP/SOC1+VccGNDT1OUTR1INRIOUTT1INT2INR2OUTR2INT2OUTV-C2-C2+C1-V+11615141312111098765432第三章 主要器件介绍1114T1OUTRS-232 驱动器输出15GND接地16Vcc工作电压为：+3.0+5.5V3.4 光电耦合器 TLP113 TLP113 是由日本东芝生产的一款小外形光电耦合器，比较适用于表面的贴装。 其引脚配置如下： 图 3-4 TLP113 引脚配置顶视图 脚 1 和脚 3 分别为阳极和阴极。脚 4 接地。脚 5 为输出端，集电极开路。脚 6 为工作电压，工作电压为 5V。3.5 LM

30、324 在LM324的内部有两个互不干扰的、增益很大的、可以频率补偿的运算放大器，适合电源电压范围大的单个电源使用, 也适用于两个电源一起工作的模式，在正常的工作条件下，电源电流与电源电压互不相干。它的使用范围适用于所有通过单电源供电的运算放大器的场合，就好像传感放大器、直流增益模块等等。 其引脚排列如下图所示：VccGNDOUTPUT45631LM3241914131211108765432Out1Out3Input3Vee/GndInput4Out4Out1Input2VccInput1-+1432第三章 主要器件介绍12图 3-5 LM324 引脚配置顶视图3.6 78L05 78L05

31、 是一种三端集成稳压器，固定电压为 5V。其适用于很多应用场合，就好像说单点稳压场合需要限制噪声和解决分布的问题。除此之外，78L05 还可以和别的功率转移器一起构建大电流的稳压电源，例如可驱动输出高值电流的稳压器.。由于器件内部有着优秀的电流限制和热关断特性，所以它特别适合运用到过载的情况。 综上所述，78L05 具有以下特点：1、输入电压可达 30-35V2、 输出电流可达到 100mA3、 不需要外接元件4、 具有热过载保护功能5、 具有限制短路电流功能6、 有着封装形式，而且都是无铅封装产品。第四章 设计原理13第四章 设计原理4.1 总体阐述 设计主要由三部分组成：下位机检测部分，总

32、线传输部分，上位机控制部分。下位机检测模块的职责就是对温度的检测。该设计是通过铂电阻（PT100）测量温度的。每个铂电阻测量的温度通过运算放大器，把测量的变化量传送到下位机单片机。每一个单片机通过数据总线 RS485 把测量数据传送到上位机，数据总线采用光电隔离技术。测量的数据通过上位机软件进行整合，并显示出来。当温度超过合理范时，上位机发出警报，操控者通过上位机对温度进行监督。4.2 温度测量模块 铂电阻温度传感器是利用铂电阻随着温度升高而组织变大的函数关系而制成的温度传感器，铂金属温度传感器是利用 PT100 的电阻和温度成一定函数关系。采用铂金属温度传感器来检测温度的变化，铂电阻值会随着

33、外界温度的升高而变大，这是因为当温度升高时，铂电阻内的物质分子结构无序地剧烈运动导致阻值升高。这种温度跟电阻阻值的关系并非呈规律的线性关系，需要通过电路的调整才能达到规律线性关系。利用这种线性关系，可以组成温度测量电路。这个电路设计可以把随外界温度变化而变化的电压信号显示出来，这样的数据还具有实时特征。 铂电阻通过电路模块整合后输出的电压值通常来说是很小的，要想传输到后续电路模块中，铂电阻电路输出的电压必须得符合后续电路的输入大小要求。因此，我们在铂电阻电路模块后面加上一个电压放大器，将铂电阻电路输出电压信号进行放大，这样一来，最后输出的电压值就达到了可以输入后续电路模块的要求。 温度测量电路

34、图如图 4-1 所示：第四章 设计原理14图 4-1 温度测量电路图 图 4-1 中最后输出的 Port 将被作为 STC12C5A60S2 的输入信号。通过对温度测量电路的数学分析可以得出, Port 和 Rx 是完全成正比的。调节滑动变阻器 WR1 与滑动变阻器 WR2 是改变 Port 和 Rx 的正比关系系数，Port 作为STC12C5A60S2 的输入。 电路分析：(1)R2=100 欧姆：主要是因为 PT100 在 0时电阻值为 100，Rx= R2=100，R6=5.1k 此时 WR1 调到 5.1 时，Port0，便于系统调零；(2)WR2 为 20k 的滑动变阻器：主要是为

35、了调节电路的放大倍数，使其满足Port 和 Rx 的正比关系与 PT100 的温度与阻值的正比关系相同。4.3 下位机模块4.3.1 共模干扰问题 RS-485 接口均采用差分方式传输信号，我们只需检测两线之间的电位差就可以了。其实收发器是有一定的共模电压范围，而我们常常把他忘记了。整个网络要正常工作，那么 RS-485 收发器就得正常工作，它的共模电压范围的满足负 7V 到正 12V 的范围之间。要是共模电压不在负 7 伏至正 12 伏的范围内，那么通信系统就不再稳定可靠，更甚者会损坏接口。当发送驱动器 A 向接收器 B发送数据时，假设发送驱动器 A 的输出共模电压为 V1，由于两个系统各自

36、接的567U1BLM3241098U1CLM324121314U1DLM324R810KR510KPortR710KR610KR10100KR45VR110KR2100WR115KWR220kR3100K第四章 设计原理15地是不一样的，所以用 Vg 表示它们之间地电位差值。综上所述，接收器输入端的共模电压 V 总满足下面的关系：V 总=V1+Vg 当 V13V，致使接收器端的共模输入电压“V 总”超出合理范围，并在传输线路上产生严重的干扰电流，对信号有着强烈的干扰，总线通信必受影响，严重的话还损坏通信接口电路，使其报废，造成经济损失。 在通讯线路中，通常有两根作为往返线路输送 RS485 信

37、号的导线。除了这两根导线之外，地线通常作为第三导体存在。当两根导线分别做为往返线路传输电压电流的变化时，我们将这种传输模式称为“共模传输” 。而当两根导线被用作去路，地线做作返回路传输时，这种传输模式叫做“差模传输” 。 由于上述原因， 485 总线多数采用的是差分传输方式，在整个 RS-485 网络中，就必须有一条阻值较低的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压 Vg 被短路。 需要说明的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效。这是因为共模干扰源的内阻阻值相当大，即使是短接后也不会形成大的接地环路电流，不会影响通信。当遗憾的是，如果共模干扰源内阻阻值偏小时，接地线上就会形成较大的环路电

38、流，影响正常通信。这种方法存在失效的情况，故不予以考虑。 还有一种方法是浮地隔离技术，从外面引入干扰节点从而把系统电路浮置起来，相当于系统本身的地与机壳和大地隔离开，那么接地环路就断开了，在电路系统内就形成不了大的环路电流。 4.3.2 光电隔离设计 选用 3 个光电耦合电阻，放置于单片机与 MAX487 相连处，而 MAX487 总线的接地、U3、U4 的接地应该与下位机的接地分开，这样实现浮地的效果，隔断了接地环路。 这里要特别慎重地选用电阻 R22、R17，如果取值取大了，将会使光耦电阻的发光管从截止状态进入饱和状态的速度变的缓慢；如果取值取小了，电阻离开饱和状态时速度就会慢下来，所以这

39、两只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦电阻或者不同设计的驱动电路都会使这两个电阻的数值略有差异。电阻阻值通常由实验测试来决定。第四章 设计原理16 在现实情况下，总线通信是使用双绞线来通信的，它的阻值大约为 120左右。所以我在 MAX487 的 A、B 传输端并联了 1 只 120 的匹配电阻（图 4-2中的 R16），用它来代替了双绞线的组织，以减少传输线路上信号的反射。图 4-2 带光电隔离的 MAX487 电路图4.3.3 单片机系统电路 此部分包括晶振电路和复位电路RXD1CS12CS23TXD4VCC8A7B6GND5U5MAX487VCC5V5VR161205V+1-3VCC6

40、Vo5GND4U3TLP113+1-3VCC6Vo5GND4U2TLP113R21470VCCR17470R20 470R18 4705V+1-3VCC6Vo5GND4U4TLP113R22470VCCR19 470C40.01uFC50.01uFRTCSRXDTXD5V12Y112M30pC130pC2P1.0/CLKOUT21P1.12P1.2/BCI3P1.3/CCP04P1.4/CCP1/SS5P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCLK8P4.7/RESET9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/

41、T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.0/A821P2.1/A722P2.2/A623P2.3/A524P2.4/A425P2.5/A326P2.6/A227P2.7/A128ALE/P4.530RST2/P4.631P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD335P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40NA/P4.429STC12C5A60S210KR1510uFC35VPort1Port2Port3Port4Port5Port6第四章 设计原理17图 4-3

42、单片机系统电路 晶振是为电路提供频率基准的元器件。Y1 是一个两脚的无源晶振，12MHZ振荡频率，由于无源晶振通常信号质量和精度较差，在外围电路匹配两个 30P的电容。 复位电路采用上电复位，是通过外部复位电路的电容来充电来实现的。当电源接通时只要 VCC 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。4.4 上位机光电隔离模块4.4.1 RS232/485 转换电路 通常 RS232 转换 485 电路主要包括了电源、232 电平转换、485 电路三部分。 下图为 RS232 转换 485 的电路图：图 4-4 RS232/485 转换电路104C8104C6104C9104C105VR

43、XD1CS12CS23TXD4VCC8A7B6GND5U10MAX4875VR29120C110.01uFC120.01uF10KR3012KR28Q390145VV+2V-6T1OUT14T2OUT7R1IN13R2IN8GND15R2OUT9R1OUT12T2IN10T1IN11C2-5C2+4C1-3C1+1VCC16SP3232ESP3232E32第四章 设计原理184.4.2 带光电隔离的 RS232/RS485 转换器 RE-500 本模块采用 ABB 公司的 RE-500 转换器，该款 RS232/RS485 转换器采用了串口窃电技术，无需外用电源。 连接如下图示意：图 4-5

44、RE-500 连接示意图4.5 电源模块4.5.1 +5V 电源产生 78L05 为三端稳压电源调整器，是单片双极型线性集成电路，它有一系列固定的电压输出，它提供二个数量级的有效的产品改善阻抗,低静态电流。这些特性使稳压器可以给本机或板卡稳压提供一个很好的解决噪声干扰问题的方案。图 4-6 +5V 电源设计电路4.5.2 -5V 电源产生Vin1GND2+5V3U6VC1C150.1ufRV120KT1220VC13470uf/25VC1410uf/16V+12V+5VVCCLN78L05Q29014Q39012Q19014C80.1uFD2DIODEE510uFR647KR5100K+12-

45、VCCP2.0-5VD1DIODE第四章 设计原理19图 4-7 -5V 电源设计电路4.6 PCB 模块 除了完成电路图设计，印刷电路板的设计也十分重要。 PCB 板可以通过软件 PROTEL99SE 进行设计，由于电路原理也是在PROTEL99SE 上设计的，所以可以自动生成 PCB 板图。4.6.1 设置要点 在进行 PCB 板软件设计时，需要注意几个设置要点： 1、安全距离。PCB 板上不同的走线、过孔等不能重叠，否则会产生短路，所以应当保持适当的距离。低于四层的设计中（如本设计） ，安全距离应设置在10 到 12 密耳之间。适当的安全距离可以另电路板美观，而且节省材料。需要注意的是，

46、电解电容不能靠近热敏电阻、大功率电阻等，它们之间距离应不小于一厘米。2、过孔设置。过孔连通着 PVB 两面的电路，外径应设置在 40 密耳至 60 密耳之间；内径应则置在 20 密耳到 30 密耳间。3、焊盘设置。焊盘是电子元件与电路板的焊接部位。一般来说，双面板中焊盘的直径至少为一点五毫米,而单面板为两毫米。对于部分元件，可使用腰圆形焊盘。4.6.2 元器件的布局 PCB 的布局应当合理。从器件的角度来说，布局不能破坏元器件的电气特征；从安装工序来说，器件之间的疏密要适当，方便焊接；从美学的角度来说，布局应当尽量包保持对称，排列整齐。第四章 设计原理20 设计完成后要检查 PCB，首先要看看

47、元器件在二维、三维空间上有没有冲突，其次要看设计的电路板是否整齐有序，信号的链路是否最短热，敏器件是否远离发热的元件，需要更换的器件（如铂电阻）的位置是否在处在一个能方便更换的位置，再者就是印制板尺寸有没有在加工图纸尺寸的范围之内。 另外，三端稳压器 78L05、贴片的光电器 TLP113 可以焊接在反面，这样美观很多。第五章 系统软件设计21第五章 系统软件设计5.1 Visual Basic 6.0 功能模块 本设计的上位机部分采用 Visual Basic6.0 软件进行编制。Visual Basic是微软公司推出的一种常用编程开发工具。它的编程基础是 Basic 或者 VB 语言。 监

48、控软件主要实现以下功能模块:1、界面设计模块。2、串行通信模块。完成上位机的通信配置, 实现上位机与中继器、下位机之间通信帧的传送。3、温度转换模块。将从下位机接收到的数据转换为带正负符号的温度值, 并计算平均温度值。4、数据显示模块。提供三维立体图、曲线走势图和表格三种显示方式。5、数据存储模块。对实时数据(包括最大值、最小值、平均值) 按用户要求存储到数据库的一张历史数据表中; 也可导出数据到文件,以文本方式保存到一个文件中。6、数据查询模块。允许用户根据粮仓号、货位号、温度值、状态情况等对实时数据、历史数据进行查询。7、走势曲线分析模块。对平均温度值或某一点的温度值进行走势曲线分析。数据

49、打印模块。根据用户要求, 以表格方式打印实时数据和历史数据, 亦可打印走势曲线图。8、异常报警模块。当实时温度数据超越设定的上下限温度数值时, 报警铃响。9、安全保护模块。设置整个检测系统和数据库的安全性保护措施。10、系统设置模块。允许工程师对测量时间间隔、温度上下限、存盘时间间隔等参数进行设置。5.2 关键技术5.2.1 通信传输 Visual Basic 中的 MSCOMM 32 通信控件, 提供了标准的事件处理函数和过程, 并通过属性的方法, 设置串行口参数。根据本系统的结构特点, 在上位机与下位机通信线路中,每个下位机都设有一个地址。当上位机更新实时温度数据时,直接呼叫下位机, 并发

50、送上传数据的命令; 而接受呼叫的下位机收到此命令后,将采集到的温度数据上传给上位机。然后再呼叫下位机 2,依此类推。第五章 系统软件设计225.2.2 数据库管理 由于本系统的测温点数较多,加上测温时间间隔一般为 30s, 所以数据的存储量非常大。本系统采用 Access 数据库,上位机将各下位机上传的温度数据经过转换、符号处理及计算后,先放入 Access 数据库的一张表中暂存。数据库则以共享的方式为所有对象共用,可进行各项实时数据和历史数据的管理。5.2.3 安全保护 考虑到测量时间间隔、温度设定值等参数不能随意修改, 系统将用户按权限的不同分为工程师和操作员两个等级, 以达到保护系统和数

51、据库的目的, 工程师不仅可以观察、查询、打印数据, 还可以更改系统的设置, 如修改密码、更改测量时间间隔、启动和终止系统等操作,而操作员只能观察、查询、打印数据。第五章 系统软件设计235.3 程序总流程图图 5-1 程序总流程图开始发下位机地址超时否?收到数据？数据=下位机地址？发数据上传命令超时否？收到30个数据？建传送成功标志返回N建传送失败标志YNNNYYYYN第六章 总结与展望24第六章 总结与展望6.1 总结 传统的分散式温度检测，每一个粮仓都有各自的温度检测系统。透过温度检测电路测量粮仓温度，然后通过液晶显示屏、蜂鸣警报器来显示和监控该粮仓的温度。随着社会的发展，人民生活的提高，

52、粮仓的分类不断的完善、规模也不断的增长。很多时候，一个粮仓内分布着许多具有不同功能的小粮仓。由此，传统的分散式温度检测系统不再能满足现代粮仓的需求。 本设计在保持精确的测量要求的情况下，通过数据总线把下位机测量的数据传输到上位机，最后由上位机完成显示、监控、警报等功能。相比于传统的温度测量系统，该设计改变了测量结果的处理方法。此方法的好处是，能够在电脑上直观的看出粮仓温度变化情况。通过上位机软件的设置，能分别显示各个粮仓的温度。再者，由于现代网络技术的快速发展，地方之间的粮仓数据交流也显得尤其重要。各个地方的粮仓管理者可以通过网络交流，讨论粮仓管理的技巧，透过数据的交流分析粮仓存在的问题等等。

53、本设计则符合了现代粮仓发展的趋势。 测量模块使用了传统的热敏电阻测量方法。该测量技术已经相当成熟，而且测量精准、成本不高，所以不需要二次研发。而在传输方面侧选用了 485 总线传输。为了解决总线的共模干扰问题，我采用了光电隔离技术，隔断接地环路。是遇到了雷暴天气，测量器件遭遇雷击等意外情况，测量器必遭损坏，如何尽量减少测量部件的损坏也是个重要的课题，这直接影响器件维修的时间。损坏的测量部件越少，维修的时间就会越短，难度就会越低，粮仓的损失就会越少。通过引入干扰的节点使系统电路与大地浮置起来，这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流。所以，在检测芯片与 485 总线连接处和总线485 转换

54、232 接口处，都设置有光电隔离模块，把可能发生的损害减少到最低。最后用上位机实现监控功能，不仅使检测更加方便，还可以通过网络实现数据的共享和研究，促进了现代粮仓的发展。6.2 展望 今年 5 月 31 日，中国储备粮总公司林甸直属库发生了火灾，直接损失近亿元。有报告显示，发生火灾时林甸直属库库存是 15 万吨，而在每年它的理论库存是 3 万吨到 4 万吨，此次意外属于超负荷运转，而导致失火的原因是电箱的第六章 总结与展望25着火和管理人员的失职。当然坊间有许多传言，在此就不做详细讨论了。但是，粮仓着火是不争的事实。随着我国粮食连续增产，外国粮食的引入，推进了粮仓现代化储备和管理的发展。展望未

55、来，粮仓的数量将更多，种类将分得更细。传统的管理是由人整理和复核仓库每日的粮食进仓量、库存量、出仓量，但是由于数量巨大，笔数太多，稍有不慎就会算错，然后就得从头再来。传统方法工作效率低，人力资源也相当耗费。通过数字化的管理，可以高速有效地管理粮仓。比如进仓时，只需要同过地磅称重系统，称量出运粮车卸载前后的重量就可以知道运送粮食的重量，记录到电脑上。在温度监控方面可以使用本设计方案，实现了“足不出户，快准有效管理粮仓”的效果。在技术的支持下，粮仓管理更需要规范化，要不断地培养优秀的管理人员，更重要的是要让他们有一种管理粮仓的使命感。 在更远的未来，粮仓将实现全智能化的管理，进仓、统计、销仓全部由

56、电脑控制，这不仅高效，而且精确。而全国的粮仓将通过网络联系在一起，形成功能强大的粮仓管理网络，国家的调控将更加高效。第六章 总结与展望26致 谢27致 谢 毕业设计是我大学时光最后的一门课，也是对自己大学四年专业知识一个总结。对此我为毕业生设计付出过汗水，同时也得到老师同学的热心帮助。 首先，我要感谢刁寅午老师。刚开始设计时，因为有多种方案可以选择，我犹豫不决。在刁老师的关心和督促下，我很快明确了设计的方向。在我遇到设计上的困难时，他都能认真悉心地指导我，我也一步一步地跨过设计上的坎坷。而老师也不时地询问我右手骨折的康愈情况，令我深为感动。刁老师严谨治学的态度、渊博的学术知识和对学生的关怀，让

57、我受益匪浅。 我还要感谢班里同学的热心帮助，当我遇到软件设计的问题时，他们能够帮助我，和我一起去解决它，这种同学之间的友爱我深受感动。 在最后，感谢各位专家审阅我的论文并对我的论文提出宝贵的意见。参考文献28参考文献1 何缓.射频电路 PCB 设计中应注意的有关问题 J.电力系统通信,2003 年 2 李泉.RS-232 收发器接口芯片 SP3223E/3243E 的原理及应用J.国外电子元器,2004 年3 张传东.舰载平衡串行通信接口接地需求研究J.舰船科学技术,2007 年 4 管占明.串口 RS-485 网络设计及应用J.情报指挥控制系统与仿真技术,2004 年5 陈红波.大型桥梁健康

58、监测分布式数据采集系统的设计与实现D.兰州理工大学,2006 年6 常晓玮.温室大棚多路温度测量系统的研究与设计D.山东大学,2010 年7 林萍福.果园防灾减灾自动化检测控制系统D.建农林大学,2007 年 8 石伟华.粮库温度智能检测系统研究D.中科技大学,2004 年9 王向文.多单片机并行分布式仿真系统的研究D.大连海事大学,2010 年10 贾永利.推行全面预算管理创新铁路企业运行机制J.黑龙江交通科技,2011 年11 胡彦玲.高校多媒体教室中央控制系统的研究与设计D.华东师范大学,2010 年12 任海军.基于给定干燥曲线的干燥设备微机控制系统的设计研究D.西南大学,2006 年

59、13 高静敏.数字通讯在铁路信号智能电源屏系统中的应用D.天津大学,2007 年14 王建楹.基于总线技术的智能建筑系统研究D.西北工业大学,2004 年附 录29附 录1. 总程序设计图567U1BLM3241098U1CLM324121314U1DLM324R810KR510KR710KR610KR10100KR45VR110KR2100WR115KWR220kR3100K5V12Y112M30pC130pC2P1.0/CLKOUT21P1.12P1.2/BCI3P1.3/CCP04P1.4/CCP1/SS5P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCLK8P4.7/RESET9

60、P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.0/A821P2.1/A722P2.2/A623P2.3/A524P2.4/A425P2.5/A326P2.6/A227P2.7/A128ALE/P4.530RST2/P4.631P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD335P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40NA/P4.429STC12C5A60S210KR

61、1510uFC35VPort104C8104C6104C9104C105VRXD1CS12CS23TXD4VCC8A7B6GND5U10MAX4875VR29120C110.01uFC120.01uF10KR3012KR28Q390145VV+2V-6T1OUT14T2OUT7R1IN13R2IN8GND15R2OUT9R1OUT12T2IN10T1IN11C2-5C2+4C1-3C1+1VCC16SP3232ESP3232E32RXD1CS12CS23TXD4VCC8A7B6GND5U5MAX485VCC5V5VR161205V+1-3VCC6Vo5GND4U3TLP113+1-3VCC6Vo5GND4U2TLP113R21470VCCR17470R20470R184705V+1-3VCC6Vo5GND4U4TLP113R22470VCCR19470C40.01uFC50.01uFRTCSRXDTXDVin1GND2+5V3U6VC1C150.1ufRV120KT1220VC13470uf/25VC1410uf/16V+12V+5VVCCN78L05Q29014Q39012Q19014C80.1uFD2DIODEE510uFR647KR5100K+12-VCCP2.0-5VD1DIODE