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1、 分类号：TH89 单位代码：10110 学 号： 中 北 大 学 综 合 设 计 实 验 题 目: 粮仓温度检测系统(硬件部分) 系 别: 计算机与控制工程学院 专业年级: 电气工程与智能控制 2014 级 姓 名: 学 号: 指导教师: 靳 鸿、崔建峰、谢 锐 2017 年 06 月 25 日 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 2 目录 第一章 课题内容及要求 . 4 1.1 内容： . 4 1.2 基本要求 . 4 1.3 个人任务 . 4 第二章 电路选用的元件及其要求 . 5 2.1 CAN 系统总线 5 2.2 AT89C52 单片机 5 2.2.1 简介 . 5 2.22 A
2、T89C52 的图片及引脚 5 2.3 LCD1602 液晶电路显示器 6 2.3.1 简介 . 6 2.3.2 LCD1602 引脚图 6 2.4 DS18B20 温度传感器 6 2.4.1 简介 . 6 2.4.2 DS18B20 图示 7 2.5 HS1100/HS1101 湿度传感器 7 2.5.1 简介 . 7 2.5.2 应用方法 . 7 2.6 报警电路 . 7 2.7 温湿度控制输出驱动电路 . 8 2.8 键盘 . 9 2.9 干燥机 . 10 第三章 系统方案的设计 . 11 3.1 工作方案的设计 . 11 3.2 方案的选择 . 11 第四章 电路原理图的绘制以及 PC
3、B 制作 . 13 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 3 摘 要 温度和湿度是粮仓中粮食储存的两个决定性因素。粮食储藏过程中,特别容易 受储藏环境周围温度、湿度条件影响,出现发热、霉变和虫害等情况。而目前粮仓 中对于温湿度的检测通常是通过人工检测进行。这样工作任务复杂繁琐，劳动强度 大，遇到问题不能及时预警。然而利用传感器，单片机等来实现管理的智能化与自 动化能解放人们的劳动力。论文主要目的是设计一个适合监控粮仓内部温度、湿度 条件的系统来减少粮食在储藏环节发生的损耗,也用于提高粮库管理人员的工作 效率。 关键词：智能化; 传感器; 单片机 Abstract Temperature and
4、 humidity are two decisive factors in grain storage in granaries.In the process of grain storage, it is especially easy to be affected by the temperature and humidity conditions around the storage environment, such as fever, mildew and insect pests. At present, the detection of temperature and humid
5、ity in granary is usually carried out by manual detection. In this way, the task is complex and tedious, and the labor intensity is great, and problems can not be timely warned. However, the use of sensors, SCM and so on to achieve intelligent management and automation can liberate peoples labor for
6、ce. The main purpose of this paper is to design a system which is suitable for monitoring the temperature and humidity in the granary to reduce the loss of grain in the storage process, and also to improve the efficiency of the grain depot management personnel. Key words: intelligent; sensor; microc
7、ontroller 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 4 第一章 课题内容及要求 1.1 内容： 1.粮仓温度检测系统总线网络架构设计； 2.粮仓温度检测系统总线通讯协议设计； 3.粮仓温度检测系统单节点通讯软件编写； 4.粮仓温度检测系统单节点电路原理图设计； 5.粮仓温度检测系统单节点电路 PCB 绘制； 6.粮仓温度检测系统单节点电路仿真； （推荐：proteus，选做） 1.2 基本要求 1.温度检测范围-5560； 2.粮仓温度检测系统检测周期为 10min/次； 3.粮仓温度检测系统至少包括 3 个测温节点； 4.单节点 PCB 尺寸要求为 50mm70mm20mm； 5.单节
8、点供电：5V100mA； 6.单节点硬件设计中芯片自选，报告中提供选型依据； 7.如有单片机开发板，软件设计可以按开发板实际资源设计（实际开发板接口） 进行编程； 1.3 个人任务 1.粮仓温度检测系统单节点电路原理图设计； 2.粮仓温度检测系统单节点电路 PCB 绘制； 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 5 第二章 电路选用的元件及其要求 2.1 CAN 系统总线 基于 CAN 总线的粮情监控系统主要由监控计算机和各仓库的智能检测节点构成， 具体分为通用计算机，USBCAN 网络适配器，CAN 总线网络和若干个仓房智能测控节 点。 2.2 AT89C52 单片机 2.2.1 简介 在本次
9、课题设计中，由于在粮仓中进行 CAN 总线多节点温湿度检测系统，我组 选择用以 AT89C52 为中心，以 KEIL 为系统程序开发平台，用 C 语言进行程序设计。 本系统主要由温度传感器，湿度传感器，液晶显示电路，报警电路，电风扇，干燥 机构成。 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 的 8 位单片机，属于 51 单片机。片内含 有 8kbytes 的可反复擦写只读程序储存器和 256bytes 随机存取数据存储器（RAM）。 2.22 AT89C52 的图片及引脚 AT89C52 如下图所示： 图 2.1 AT89C52 引脚图 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 6 2.3
10、LCD1602 液晶电路显示器 2.3.1 简介 选用 LCD1602 作为检测系统的液晶电路显示器，负责显示相关的数据，提供给 操作人员进行判断，处理。 对于 LCD1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标操作都是通过指令编程来实现 的，模块内部的控制器共有 11 条指令操作。 2.3.2 LCD1602 引脚图 图 2.2 LCD1602 引脚图 2.4 DS18B20 温度传感器 2.4.1 简介 本次设计采用 DS18B20 数字温度传感器。其供电范围为：3.05.5V，测温范 围为-55125。满足题设要求。 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 7 2.4.2 DS18B20 图示
11、 图 2.3 DS18B20 2.5 HS1100/HS1101 湿度传感器 2.5.1 简介 HUMIREL 湿度传感器 HS1101/HS1100，基于独特工艺设计的电容元件，这些相 对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公自动化，车厢内空气质量控制，家 电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合也可以得到很大的应用。 2.5.2 应用方法 一种是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式震荡电路中，所产生的正弦波 电压信号经过整流，直流放大，在经过 A/D 转化为数字信号：另一种是将该湿敏电 容置于 555 振荡电路中，将电容值得变化转为与之成反比的电压频率信号，可以直 接被计算机采集。在本次
12、课设中采用第二种方法。 2.6 报警电路 本系统采用单片机与 LED 和蜂鸣器相连来显示当前系统所处的状态来报警。 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 8 图 2.4 报警电路图 但温度超过仓库设置温度的上下限值时，D1 灯亮，并且蜂鸣器响；当湿度超过 仓库设置的湿度上下限值时，D2 灯亮，并且蜂鸣器响。 2.7 温湿度控制输出驱动电路 为了实现可控硅的过零触发，选用了带过零检测功能的光电耦合可控硅芯片 MOC3031。MOC3031 将 AT89C52 输出信号控制了可控硅，同时也将单片机部分与电网 电压之间进行了可靠的隔离，以免产生干扰。 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 9 图 2
13、.5 湿度测量电路 2.8 键盘 运用了扫描式键盘电路，其电路原理图如下： 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 10 图 2.6 键盘 2.9 干燥机 图 2.7 干燥机电路图1专业综合课程设计 电气工程与智能控制 11 第三章 系统方案的设计 3.1 工作方案的设计 方案一：该方案由单片机，模拟温度传感器 AD590，湿度传感器 HS1100，555 振 荡芯片，运算放大器，A/D 转换器，LCD 显示器，电风扇，报警灯组成。 该方案采用模拟温度传感器 AD590 作为测温元件，传感器测量的温度变化转换 成为电流的变化，通过电路转化为电压的变化，通过运算放大器放大后经过 A/D 转 化器传
14、给单片机，单片机对温度值处理后通过 LCD 显示屏显示出来，当温度超过设 定值时开始报警并且打开风扇。 图 3.1 方案一系统设计图 方案二：该方案采用了 AT89C52 单片机作为控制核心，以智能温度传感器 DS18B20 和湿度传感器 HS1100 为温湿度测量元件。超过其设定的上下限后报警并且 打开电风扇和干燥机。显示电路采用 LCD1602 模块，使用单片机直接驱动发光二极 管构成报警电路。 3.2 方案的选择 对于方案一来讲，采用了模拟温度传感器，中间还要经过运算放大器传送给 AD 转换器，在传送到单片机上。虽然控制过程较为简洁，但是电路复杂，需要经过多 种线路，容易出现误差，测量结
15、果不准确，不利于生产生活。因此在本次课程设计 中不采用。 方案二采用的是智能温度传感器 DS18B20，它直接输入数字量，精度高，电路 模拟温度 传感器 运算放大 器 AD 转 换 LCD 显 示 湿度传感 器 555 振 荡 单 片 机 报警灯 电风扇 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 12 简单。相比于经过模数转换器来讲性能更为优越，只需要模拟其读写时序，根据 DS18B20 的协议读取转换温度，体现了技术的先进性，性价比低。综上所述，采用 方案二对系统进行设计更为理想。 图 3.2 方案二系统设计图 图中，8253 可编程计数器/定时器内部有三个计数器，分别为计数器 0，计数器 1
16、和计数器 2。们的机构完全相同，每个计数器的输入和输出都决定与设置在控制 寄存器中的控制字，互相之间的工作完全独立。每个计数器内部有一个 8 位的控制 寄存器，还有一个 16 位的计数初值寄存器 CR，一个技术执行部件 CE 和一个输出锁 存器 OL。CR，CE，OL 都是 16 位的寄存器，当然也可以作 8 位寄存器来用。 单 片 机 报警器 电风扇 干燥机 DS18B20 555 振荡 555 振荡 DS18B20 可 编 程 计 数 器 定 时 器 HS1100 HS1100 LCD 液 晶 显示 电路 8255 / 专业综合课程设计 电气工程与智能控制 13 第四章 电路原理图的绘制以及 PCB 制作 Protel99SE 是应用于 Windows9X/2000/NT 操作系统下的 EDA 设计软件，采用设 计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及 3D 模拟 功能，是一个 32 位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编 程逻辑器件
