智能化粮仓控制系统的设计

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1、黄山学院毕业(设计)论文 本科毕业论文（设计）( 2013届 ) 题 目： 智能化粮仓控制系统的设计 学 院： 信息工程学院 专 业： 自动化 学生姓名： 高飞 学号： 20906061008 指导教师： 钱庆文 职称（学位）： 讲师 合作导师： 职称（学位）： 完成时间： 201 年 月 日 成 绩： 黄山学院教务处制 学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。 声明人（签名）： 年 月 日目录摘要1英文摘要21 引言31.1 选题目的及意

2、义31.2 国内外研究状况及发展趋势31.3 本设计的结论42 设计要求和设计方案选择42.1 设计要求42.2 系统的设计方案与组成42.2.1 设计思路42.2.2 本设计的结构框图52.3 传感器的选择52.3.1 温度传感器的选择52.3.2 湿度传感器的选择62.4 信号采集通道的选择72.5 系统总体设计83.1 信号采集83.1.1 温度传感器电路83.1.2 湿度传感器103.1.3 多路开关123.2 信号分析电路133.2.1 A/D转换电路133.2.2 单片机8031基本电路163.2.3 单片机外围的设计203.3 显示与报警的设计213.3.1 显示键盘接口电路21

3、3.3.2 报警电路214 软件设计234.1 模块组成234.2 标度变换234.3 流程图235 总 结29致 谢30参 考 文 献31附录A硬件设计总图32附录B源程序33 智能化粮仓控制系统的设计 黄山学院信息工程学院 自动化专业 高飞（20906061008） 指导老师：钱庆文（讲师） 摘要：本设计控制系统采用8031单片机为核心，利用AD590温度传感器和HS1100/HS1101湿度传感器进行采样、放大，通过MC14433进行模数转换，通过单片机对信号进行控制，从而实现对温度和湿度的检测和控制。通过数码显示电路能显示当前的温湿度和预设温湿度。用传感器对现场的（温度湿度体，）进行采

4、集；同时电路报警。本系统特别适合于仓库等无人监控等场所。使设计出的系统具有可操作性更强，性价比更高，功能更强大的优点。为人们的生产和生活带来了巨大的意义。 关键词：传感器；温湿度；电路；A/D转换；单片机Design of intelligent warehouse control systemDirector：Qian Qingwen(Dept.of Information &Engineering，HuangShan University )Abstract: The design of control system uses 8031 microcontroller as the cor

5、e, sampling, amplifying by AD590 HS1100/HS1101 humidity sensor and temperature sensor, analog to digital conversion through MC14433, through the microcontroller to control signal, so as to realize the detection and control of temperature and humidity. Through the digital display circuit can display

6、the temperature and humidity of the current and preset temperature and humidity. With sensors on the site (temperature and humidity,) were collected and the alarm circuit. This system is especially suitable for warehouses and other unmanned monitoring etc. The designed system has the maneuverability

7、 is stronger, more cost-effective advantages, more powerful. Great significance to the production and life of the people. Key Words： Sensor; temperature and humidity; circuit; A/D conversion; MCU 1 1 引言1.1 选题目的及意义粮食安全存储是关系到有利于民生的战略事件，具有重要的社会意义和经济价值的科学储粮保护。管理粮仓的最重要的问题是粮堆的变化，温度，湿度监控。国家粮食储存，每年支付高额费用，主要

8、是因为成本高，监控设备，先进的管理方法是不够的。基于理论研究和现场实验，中储粮温度和湿度的在线监测和控制系统的设计和开发。检测和控制温度和湿度，防止粮食霉变，讨论粮和粮食仓库的温度和湿度的变化主要是由于温度和湿度范围内具有重要的意义。上线的仓库的温度和湿度的测量，计算和控制的原则和方法的讨论，基本上消除了粮食霉变事故，而且还节省了大量的人力和物力资源，减少粮仓管理人员的工作强度，提高粮食管理，粮食管理的效率，安全和可靠的保证。管理粮仓的最重要的问题是粮堆的变化，温度，湿度监控。目前，粮库的温度和湿度检测，基本上是人工检测，劳动强度高，单调乏味，因为报警不及时，导致粮库亏损，因此不时发生的粮库温

9、度和湿度，高性价比的价格和自动检测系统的设计和制造已是迫在眉睫。由于粮库大，分布广，储量大，粮库管理和监控是很难的，粮库检测系统基于计算机管理软件的设计，清楚地表明，仓库的温度和湿度条件由上位机对粮仓进行监视，管理人员在控制室就可以看到实时粮库数据，对粮库数据进行分析，实现粮仓管理自动化、智能化。1.2 国内外研究状况及发展趋势 粮仓的温度和湿度的测量方法和相应的智能控制是一个重要的问题。目前市场上的各种温度控制装置，可以根据温度的变化，发展的控制算法简单，农业种子，粮食仓储和自动化程度低的状态，是不是方便大面积管理，系统的可扩展性是粮库差管理技术的飞速发展，中国的科学技术和农业自动化程度的提

10、高，也将进一步提高。食物一般较大，粮仓，数百个测量点的数目。对于温度测量和控制技术在我国，上世纪80年代开始。我们的工程技术人员在发达国家，温度测量和控制技术，控制室内温度的微电脑控制技术，控制技术仅限于一个单一的环境因素温度。温度测量和控制设备，计算机应用，一般从消化和吸收，相变的简单应用和发展之实，全面应用阶段。在技术方面，大多是单回路系统由单片机控制，没有真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，也有很大的差距。温度测量和控制形势依然远未实现厂级，在生产过程中仍存在许多问题，我们有能力，形成了一套完整的设备差，程度低，产业，环境控制，软件和硬件资源不能共享，可靠性差的缺陷。目前粮食

11、，实施，智能温湿度控制，稳定性高，成本低的温度和湿度智能控制系统，控制结构和较低的地方机，粮库管理控制系统，实现了全系列智能。微控制器经常被用来作为该系统中的终端，安装系统的测量和控制的实时信息的场景中的某些节点。高可靠性和较强的抗干扰能力，因此，它可以工作在恶劣的环境面前。1.3 本设计的结论考虑气候、环境因素对粮食的影响，以单片机8031为控制模块，并通过由传感器组成的数据采集系统将仓内的温湿度进行采集，经过放大、MC14433A/D转换，并送入单片机，与预先存储于单片机中预先确定的粮仓中粮食保持正常所需的温湿度进行比较，通过单片机对粮仓的温湿度进行监测和控制，并通过报警装置对超过规定值进

12、行报警，还可以通过实际情况通过键盘来人工修改片内存储的预设值。本设计造价低廉、使用方便且测量准确。2 设计要求和设计方案选择2.1 设计要求设计一温湿度检测系统：(1)基本功能：l 检测温度、湿度；l 显示温度、湿度；l 过限报警；(2)主要技术参数 l 温度检测范围 ：l 测量精度 ：l 湿度检测范围 ：l 检测精度 ：l 显示方式 ：四位显示 2.2 系统的设计方案与组成 2.2.1 设计思路本系统被测量的是粮仓的温湿度，通过采样及A/D转换，将所测量的模拟信号转换为数学信号和键盘所设定的温湿度值一起送入单片机中，通过单片机对温湿度进行监测和控制，并通过报警装置对超过规定值进行报警。2.2

13、.2 本设计的结构框图通过分析可得本系统的总体框图如图2-1所示。图2-1系统总体框图 2.3 传感器的选择2.3.1 温度传感器的选择传感器 是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节，是测控系统的关键部件.方案一：采用热电阻温度传感器电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行热测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量-200+850C范围内的温度，少数情

14、况下，低温可测至1K，高温达1000C。热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出最好呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，但价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200650；铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温

15、。方案二：采用集成芯片AD590集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-55150之间的温度测量。温敏晶体管在管子的集电极电流恒定时，其基极发射极电压与温度成线性关系，为克服温敏晶体管vb电压产生时的离散性，采用了特殊的差分电路。集成温度传感器具有电压型和电流型两种，电流输出型集成温度传感器在一定的温度T时相当于一个恒流源。因此，它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪音的干扰，具有很好的线性特性。本实验采用国产的AD590，它只需要一种电源（4.524V）即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻，即可实现电流到

16、电压的转换。它使用方便，并且电流型比电压型的测量精度高。综合比较方案一与方案二，本设计系统温度传感器采用方案二。2.3.2 湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。方案一：采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050。这种传感器原是用于开关的

17、传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HS1100）和侧面接触（HS1101）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16

18、pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求，因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。2.4 信号采集通道的选择 在本设计系统中，温度输入信号假设为8路的模拟信号，需要多通道结构。方案一：采用多路并行模拟量输入通道。结构框图如图2-2所示。图2-2多路并行模拟量输入通道这种结构的模拟量通道特点为：(1) 可以根据各输入量测量的饿要求选择不同性能档次的器

19、件。总体成本可以做得较低。(2) 硬件复杂，故障率高。(3) 软件简单，各通道可以独立编程。方案二：采用多路分时的模拟量输入通道。结构框图如图2-3所示。这种结构的模拟量通道特点为：(1) 对ADC、S/H要求高。(2) 处理速度慢。(3) 硬件简单，成本低。(4) 软件比较复杂。图2-3 多路分时的模拟量输入通道综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。2.5 系统总体设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，以80

20、31基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。结构框图如图2-4所示。图2-4系统总体框图3 硬件电路的设计3.1 信号采集信号采集系统包括温度传感器电路、湿度传感器电路和多路开关组成。3.1.1 温度传感器电路集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流型温度传感器。一、AD590主要特性AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。1、AD590主要特性(1)流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： (3-1)式中：IT 流过器件（A

21、D590）的电流，单位A。T热力学温度，单位K。(2)AD590的测温范围-55 +150；(3)AD590的电源电压范围为4V30V；(4)电源电压可在4V-6V范围变化，电流变化，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。(5)输出电阻为710M；(6)精度高，AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线形误差0.3。2、AD590的工作原理AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值，直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号。除此之外,AD5

22、90还具有测温不需要参考点、抗干扰能力强、互换性好等优点。二、摄氏温度测量电路摄氏温度测量电路如图3-1所示。图3-1 AD590构成温度测量电路电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下：在0时调整R2，使输出V0=0，然后在100时调整R4使V0=100mV。如此反复调整多次，直至0时，V0=0mV，100时V0=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25，那么V0应为25mV。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。3.1.2 湿度传感器湿度传感器采用HS1100/HS1101。一、HS1100/HS1101特点HS11001101采用具有专利权的

23、固态聚合物结构，它具有全互换性，在标准环境下不需要校正，长时间饱和下快速脱湿，高可靠性等特点，可用于作业环境湿度自动化及工业控制系统。二、湿度测量电路HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运方与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。555测量振荡电路如图3-2所示。图3-2 频率输出的5

24、55振荡电路集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1用于平衡温度系数。该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vs通过R4、R2 向C充电，经t充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，约0.67Vs，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，约0.33Vs。空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表3-

25、1给出了其中的一组典型测试值。表3-1 空气湿度与电压频率的典型值3.1.3 多路开关本系统设计的温度信号采集和湿度信号采集为八路，而A/D转换仅为一路输入，因此需要采用由CD4051组成的多路分时的模拟信号采集电路。CD4051多路开关相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定 ，CD4051导通电阻小，CD4051在常温下的导通电阻为几百欧姆.供电电压范围较宽，速度相对较快，控制简单，适合作为量程转换模块中选择放大反馈回路的开关。 一、温度多路检测信号的实现电路其电路结构如图3-3所示。图3-3多路温度检测的电路每路温度检测电路的输出接入模拟开关CD4051的

26、S0S7，而模拟开关CD4051的选通地址A、B、C由单片机8031的P3口的低位地址P3.0P3.2控制，而CD4051的片选信号 INH由单片机8031 P2口P2.5来控制。二、湿度多路检测信号的实现电路其电路结构如图3-4所示。图3-4多路湿度检测的电路每路温度检测电路的输出接入模拟开关CD4051的S0S7，而模拟开关CD4051的选通地址A、B、C由单片机8031的P3口的低位地址P3.3P3.5控制，而CD4051的片选信号INH由8031的P2口P2.5来控制。3.2 信号分析电路信号分析电路由A/D转换器和单片机的基本系统组成3.2.1 A/D转换电路为了把温度、湿度检测电路

27、测出的模拟信号转换成数字量送CPU处理，本系统选用了双积分A/D转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。由于MC14433只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，故选用多路选择电子开关，可输入多路模拟量。一、MC14433 A/D 转换器特点MC14433是一种双积分式AlD转换器，属于大规模CMOS集成电路，具有功耗低、精度高、功能完善、使用简便以及可以和数字电路和微机兼容等优点。MC14433常用于数字电压表及数字检测电路中。 例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。MC14433A/D转换器组成电压表时的量程可达1.999V和199.9mV两挡 。转换结果输出为

28、BCD码，并有多路调制选通脉冲输出，通过外接译码电路，可实现LED动态扫描显示或LCD显示 。其管脚如图3-6所示，各引脚的功能见表3-2所示。 图3-6MC14433引脚图 表3-2MC14433各引脚的功能管脚号名称功能24VDD主工作电源+5V12VEE模拟部分的负电源端，接-5V1VAG模拟地端13VSS数字地端2VR基准电压4R1积分电阻输入端6C1积分电容输入端7、8C01、C02外界补偿电容端，电容取值约0.1F5R1/C1R1与C1的公共端10、11CLKI、CLKO外界振荡器时钟14EOC转换结束信号输出端，正脉冲有效9DU启动新的转换15/OR过量程信号输出端16-19DS

29、1-DS4选择个、十、百、千位，正脉冲有效20-23Q0-Q3BCD码输出线DS1对应千位，DS4对应个位。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。见图3-7所示。图3-7 MC14433选通脉冲时序图Q0-Q3中Q0为最低位，Q3 为最高位。当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在DS1选通期间，输出端Q0-Q3 除了表示个位的0或1外，还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程其含意见表3-2 表3-3 DS1选通时Q3Q0表示的结果由表可知：（1）Q3表示1/2位，Q3=“0”对应1，反之对应0；（2）Q2表示极性，Q2=“1”为正极

30、性，反之为负极性；（3）Q0=“1”表示超量程：当Q3=“0”时，表示过量程；（4）当Q3=“1”时，表示欠量程。二、MC14433与8031单片机的接口电路由于MC14433的A/D转换的结果是动态分时输出的BCD码，Q0Q3和DS1DS4不是总线式的，因此MCS-51系列的单片机只能通过并行I/O接口或者扩展I/O接口与其相连。对8031单片机应用系统来说，MC14433可以直接和其P1口或者扩展I/O口8155/8255相连。经分析，本系统中MC14433与单片机8031的P1口直接相连，其电路结构如图3-8所示。图3-8 MC14433与8031单片机的接口电路3.2.2 单片机803

31、1基本电路为了设计此系统，本系统采用了8031单片机作为控制芯片，在前向通道中是一个非电信号的电量采集过程。它由传感器采集非电信号，从传感器出来经过放大过程，使信号放大，再经过模/数转换成为计算机能识别的数字信号，再送入计算机系统的相应端口。一、8031的概述8031是有8个部件组成，即CPU、时钟电路、数据存储器、并行口（P0P3）、串行口、定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，其基本组成见图3-9所示。8031就是MCS-51系列单片机中的一种。 8031的引脚图见图3-9所示。 图3-9 8031引脚图各引脚说明如下：（1）VCC（40引脚）：+5V电源电

32、压。（2）VSS（20引脚）：电路接地端。XTAL1（19引脚）：内部振荡器外接晶振的另一个输入端，HMOS芯片使用外部振荡器（3）XTAL2（18引脚）：内部振荡器外接晶振的一个输入端，HMOS芯片使用外部振荡源时，此端必须接地。（4）RST/VPD（9引脚）：复位输入信号，振荡器工作时，该引脚上个机器周期的高电平可以实现复位操作，在掉电情况下（Vcc降到操作允许限度以下）， 后备电源加到此引脚，将只给片内RAM供电。（5）ALE/PROG（30引脚）：地址锁存有效信号， 其主要作用是提供一个适当的定时信号，在它的下降沿用于外部程序存储器或外部数据存贮器的低位地址锁存，使总线 P0输出/输入

33、口分时用作地址总线（低位）和数据总线， 此信号每个机器出现次，只是在访问外部数据存储器期间才不输出ALE。所以， 在任何不使用外部数据存贮器的系统中，ALE以/振荡频率的固定速率输出，因而它能用作外部时钟或定时，8751内的EPROM编程时，此端输编程脉冲信号。（6）（29引脚）：程序选通有效信号，当从外部程序存贮器读取指令时产生， 低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上。（7）（31引脚）：当保持高电平时，单片机访问内部存电平时，则只访问外部程序存储器，对8031而言，此脚必须接地。（8）P0，P1，P2，P3：8031有四个并行口，在这四个并行口中，可以在任何一个输出数据，又可以从它们那

34、得到数据，故它们都是双向的，每一个I/O口内部都有一个8位数据输出锁存器和一个8位数据输入缓冲器，各成为SFR中的一个。P0口通常用做通用I/O口为CPU传送数据，P2口除了可以用做通用口以外，还具有第一功能，除P0口以外其余三个都是准双向口。二、单片机复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 根据

35、应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常运行 ，如图 (3-10a)中所示。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如图 (3-10b)所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，

36、从而实现上电或开关复位的操作。图3-10 单片机的复位电路三、系统时钟的设计时钟电路是用来产生单片机工作时所必须的时钟信号，在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求

37、。 我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。8031内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。电路如图3-11所示。图3-11时钟电路电路中的C1、C2的选择在30PF左右，晶振频率为在12MHZ。3.2.3 单片机外围的设计在8031芯片的外围电路中必须对其进行程序存储器的扩展，和根据系统的需要对其进行数据存储器的扩展。8031对程序存储器和数据存储器均可进行0000HFFFFH的64K字节地址内容的有效寻址。由1片2764EPROM、1片6264RAM。1片74LS138

38、译码器及一些必要的逻辑器件构成。其框图如图3-12所示。由于检测系统需要对检测的温度数据进行记录保存，因此，在单片机的外围电路中设计了RAM掉电保护电路，保证存在6264RAM内的检测结果在断电后不丢失。8031的P1.0P1.1作为位选信号使用，控制对应的2片多路模拟开关CD4051的选通。74LS373译码器的输出Y7用于A/D转换器的口地址，去控制74LS244缓冲器输出允许端。图3-12单片机外围电路由于8031无内部ROM，故扩展的程序存储器地址为0000HFFFFH，考虑系统的需要，我们将8031的程序存储器扩展为4KEPROM，采用2764作为ROM芯片。程序存储器扩展的容量大于

39、256字节，故EPROM片内地址线除了由P0口经地址存储器提供低8位地址外，还需要由P2口提供若干条地址线，我们选用8K的2764EPROM，故地址线应该是13条，因为系统中只扩展一片EPROM，所以不用片选信号，即EPROM 的接地。在程序扩展中，我们选用的地址锁存器是74LS373。3.3 显示与报警的设计3.3.1 显示键盘接口电路在单片机应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑。本设计是利用8031的串行口实现键盘/显示器接口。当8031的串行口未作它用时，使用8031的串行口来外扩键盘/显示器。应用8031的串行口方式0的输出方式，在串行口外接移位寄存器74HC573，构成

40、键盘/显示器接口，其硬件接口电路如图3-14所示：图3-14显示键盘接口电路3.3.2 报警电路报警器(alarm) ，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。 本设计采用峰鸣音报警电路。峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过MCS-51的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407

41、低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。在图中，P3.2接晶体管基极输入端。当P3.2输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.2输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图3-15是一个简单的使用三极管驱动的峰鸣音报警电路：图3-15三极管驱动的峰鸣音报警电路本设计是为在温湿度测量中对温湿度的上下限超出是的提示报警，接口位于单片机0831的P3.2口，当温湿度过限时，P3.2口被置0，本系统开始工作。 4 软件设计系统软件设计采用模块化结构。整个程序由主程序、显示、键盘扫描、A/D 转换等子程序。4.1 模块组成温度控制主程序的设计应考虑以下问题：(

42、1) 键盘扫描、键码识别和温度显示；(2) 温湿度采样，数字滤波；(3) 越限报警和处理；(4) 温度标度转换。通常，符合上述功能的温度控制程序由主程序和T0中断服务程序两部分组成。(5) 这里所需要注意的是标度变换，下面简单的介绍一下标度变换：4.2 标度变换目的是要把实际采样的二进制值转换成BCD形式的温度值，然后存放到显示缓冲区34H-3BH。对一般线性仪表来说，标度变换公式为：式中：A0为一次测量仪表的下限；Am为一次测量仪表的上限；AX为实际测量值；N0为仪表下限所对应的数字量；Nm为仪表上限所对应的数字量；NX为测量所得数字量。4.3 流程图 系统软件主要由初始化程序、主程序、A/

43、D 转换程序及监控程序等组成。初始化程序是对 8031 内部特殊功能寄存器 SFR工作方式进行设定。监控程序完成对键盘输入的扫描及显示器的显示；A/D 转换程序完成对信号的采样和 A/D 转换，主程序对采集的数据进行处理，其中，A/D 转换程序是 8031 响应 MC14433 A/D转换器的中断服务程序。一、主程序流程图主程序流程图 4-1所示。图4-1 主程序流程图二、A/D 转换程序 A/D 转换程序的框图如如4-2所示。图4-2 A/D转换流程图三 中断服务程图4-3 中断服务程序流程图四、温度采样子程序流程图图4-4温度采样子程序流程图五、键盘扫描子程序图 图4-6键盘扫描子程序图

44、5 总 结防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。本设计控制系统采用8031单片机为核心，利用AD590温度传感器和HS1100/HS1101湿度传感器进行采样、放大，通过

45、MC14433进行模数转换，通过单片机对信号进行控制，从而实现对温度和湿度的检测和控制。通过数码显示电路能显示当前的温湿度和预设温湿度。用传感器对现场的（温度湿度体，）进行采集；同时电路报警。本系统特别适合于仓库等无人监控等场所。使设计出的系统具有可操作性更强，性价比更高，功能更强大的优点。为人们的生产和生活带来了巨大的意义。 致 谢本文从拟定题目到定稿，历时数月。在本论文完成之际，首先要向我的导师钱庆文老师致以诚挚的谢意。在完成设计和论文的写作过程中，钱老师给了我许许多多的帮助和关怀。钱老师学识渊博、治学严谨，平易近人，他不仅教我专业知识和技能，还教我很多为人处事的道理；同时他对工作的积极热

46、情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益非浅。在此我谨向钱老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了求知治学的方法和为人处事的智慧。我还要感谢我的母校黄山学院，是它提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。最后，衷心感谢我的队友们，在我毕业论文写作中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。 明天，将是我终身学习另一天的开始。41参 考 文 献1 张琳娜，刘武发传感检测技术及应用M北京

47、：中国计量出版社，1999.2 胡汉才单片机原理及接口技术M北京：清华大学出版社，1996.3 李志全等智能仪表设计原理及应用M北京：国防工业出版社，1998.4 何立民MCS-51系列单片机应用系统设计M北京：北京航空航天大学出版社，1990.5 李建民单片机在温度控制系统中的应用J江汉大学学报，1996，（6）.6 张毅刚，彭喜元，姜守达，乔立岩新编MCS-51系列单片机应用设计M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.7 杨世成信号放大电路M北京：电子工业出版社，1995.8 高光天仪表放大器应用M北京：科学出版社，1995.9 潘立民，王燕芳微型计算机控制技术M北京：人民邮电出版社，1

48、990.10杨振江等智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用M西安：西安电子科技大学出版社，2001.11R.L.Geiger. P.E.Allen,N.R.Strader.VLSI.Design techniques for Analog And Digitial Ciruits.McGraw_Hill Inc.1990.12Jack Shandle. the upcoming 32 wave - ARM framework in 32 bit microcontroller application J microcontroller and embedded systems applicat

49、ions, 2004, (03).13Analog Devices.The Technologe Of AT89C51EB/OL.White Paper.Spe.28.2000. 附录A硬件设计总图 附录B源程序#define ucharunsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#include /导入头文件#include/导入头文件#include/导入头文件#include/导入头文件Sbit setdown=P35;/设置减Sbit setup= P36;设置加Sbit set= P37;设置Sbi

50、t jdq= P13;Sbit speak=P15;Sbit gwai=P24; /千位Sbit swei=P23; /十位Sbit bwei=P22; /十位Sbit qwei=p25; /个位Sbit wei6=P26; /位Sbit wei5=P27; /位sbit fanled =p31; /sbit hotled =p36; /sbit humiled =p37;/sbit fanjdq =p14;/sbit hotjdq =p15;/sfr XSOUT =0x80;/P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0./数据端口sbit TMDAT=P10;/温度sbi

51、t TMDAT=P10;/湿度uchartmpbuf6;/临时保存 百位，十位，个位，点位，十点位，正负位，为1为负，为0为正/sbit TMDAT=P10;/温度/uchar codetable=0x3f,ox06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00;/显示表/uchar codetable=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E;/供阳表/uchar code

52、table=0xA0,0xBB,0x62,0x2A,0x39,0x2C,0x24,0xBA,0x20,0x28,0x30,0x25,0xE4,0x23,0x64,0x74;/供阳表bit xsbz,setbz,setupbz,setdownbz;uchar ma,adjs,setmaxt,setmint,setmaxh,setminh,setmode;uint tmp;/温度/uint admezhi;/uchar tmpbuf5;/临时保存/*549控制引脚宏定义*/sbit TLC549_SDO=P13;/数据sbit TLC549_CS=P14;/片选sbit TLC549_SCK=P1

53、2;/*549时钟*/uint adzhi;uint adyzhi;uint adzzhi;uint admezhi;uint xianzhi;uint sdzhi;bit clbz;uchar js;/AD相关/uint tmp;/温度uchar setzhi; / 设定值bit setbz,setkbz,setupbz,setdownbz;/设置标准void Delay(int useconds)/延时 int s;for(s=0;suseconds;s+);/延时ucharReset_Bus(boid) /DS18B20总线复位uchar presence;TMDAT=0;/输出为0De

54、lay(29);/延时TMDAT=1;/输出为1Delay(3);/延时presence=TMDAT;Delay(25);return(presence);void Write_Bit(char bitval)/DS18B20写入一位命令TMDAT=0;if(bitval=1)TMDAT=1;Delay(5);TMDAT=1;void Write_Byte(char val)/DS18B20希尔一个字节数uchari;uchar temp;for(i=0;ii;temp&=0x01;Write_Bit(temp);Delay(5);uchar Read_Bit(void)/DS18B20读一位

55、uchar i;TMDAT=0;TMDAT=1;for(i=0;i3;i+);return(TMDAT);uchar Read_Byte(void) /度一个字节uchar i;uchar value=0;for(i=0;i8;i+)if(Read_Byte()balue=0x01i;Delay(6);return(value);void DS1820_Tmp_Resd(void) /DS18B20读操作uint TEMP;uchar TEMP;uchar TEMP_LSB,TEMP_MSB;Reset_Bus(); /DS18B20总线复位Write_Byte(0xCC); /DS18B20

56、命令Write_Byte(0x44); /DS18B20命令Delay(20);Reset_Bus();Write_Byte(0xCC); /DS18B20命令Write_Byte(0x44); /DS18B20命令TEMP_LSB=Resd_Byte();/DS18B20读低字节TEMP_MSB=Resd_Byte();/DS18B20读高字节TEMP=TEMP_MSB；TEMP=TEMP8;TEMP=TEMP/TEMP_MSB;if(TEMP8)&0xf0);if(sign=0xf0)tmp=(tmp0)+1;/为负tmpbuf5=1;/else Sign_Port=1;else tmpb

57、uf5=0;tmp1=(uchar)(tmp&0x0f);/else Sign_Port=1;else tmpbuf5=0;tmp1=(uchar)(tmp&0x0f);tmph=(uchar)(tmp4)&0xff);tmp1=tmp1*6.25;tmpbuf4=tmp1%10;tmpbuf3=tmp1%10;tmpbuf2=tmp1%10;tmpbuf1=tmph%10;tmpbuf0=(tmph%100)/10;tmpbuf1=tmph%100;/if(tmpbuf0=0)tmpbuf0=10;if(tmpbuf1=0 tmpbuf1=10;/处理doing() uchar tzhi;tzhi=tmpbuf1*10+tmpbuf2;if(tzhisetmaxt|(tzhisetmaxh)|(setminh)speak=1;else speak=0;/*if(tzhisetmaxt)fanjdq=1;hotjdq=0;fanled=0;hotled=1;speak=1;if(tzhisetmint)&(tzhisetmaxh