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1、前言我国是农业大国，粮食储备技术是关系到人民生活的重要问题。粮食温度检测技术是我国粮食储藏的四大技术之一，它可动态监测仓库粮食温度变化情况，为粮食的储藏安全提供了重要保障。而目前我国许多粮库，由于还运用80年代传统的模拟方式和人工方式进行粮情监控， 这种应用于粮食储藏的粮情检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D 转换器及单片机等组成的导线传输系统。这种温度采集系统需要在仓库布置大量的测温电缆，安装和拆卸繁杂。同时受到导线电阻和分布电容的影响，测量误差比较大，易受雷击。不但费人费力，还经常出现误报警，甚至断点现象的出现，不能够及时地给工作人员正确的粮情信息，已经严重的影响到日常工作
2、。近年来，随着数字化的普及，给我国的粮储工作带来了新的生机，新型的数字化全方位粮情监控系统摒弃了传统的模拟方式，将现代数字化电子技术应用于监控系统，是传感器创新革命的成果。具有安装简单、成本低、监测精度高，能够及时与主控计算机进行通信，实现温度、湿度的分析、显示、报警等。在此基础上，本文设计了一种基于51单片机的数字粮情监控器，并在实验中对设计进行了检验。相对与传统的模拟方式，本设计有成本低，体积小，硬件电路简单，精度高，可靠性好等技术特点。软件部分负担任务较多，设计相对复杂。系统的温度检测部分采用了干湿球检测原理，但由于技术不是很成熟和实验条件的限制，本设计者没有得到理想的实验数据，所以只在
3、第五章做理论设计分析。 1 绪论本设计主要正对粮仓的温度参数的检测，动态监测仓库粮食温度变化情况，为粮食的储藏安全提供了重要保障。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段:传统的分立式温度传感器;模拟集成温度传感器;智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组
4、建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得
5、了良好的测温效果。本设计将采用智能集成温度传感器DS18B20，并以AT89C51单片机为控制器的温度测量装置的硬件组成和软件设计。2 粮情监控器设计简介本设计主要是对粮食存储环境的温度参数进行实时监控。主要包括温度采样、数据处理、人机对话键盘、静态显示、报警电路五个部分，系统框图结构（如图2-1）所示：图2-1系统原理框图Fig. 2-1 principle diagram of system粮情监控器的设计的核心部分就是数据处理部分，它负责实时接收传感器的采样信息，进行分析处理，负责人机对话的查看和分析人的按键信息，还要发送字码控制显示部分显示信息和声光报警的控制，是智能系统的“大脑”。温
6、度采样部分负责实时检测参数，并随时准备把检测到得参数信息发送到CPU。人机对话是人相系统发送信息的通道，设定参数值。静态显示是系统表示其工作情况的输出通道，显示检测值和设置参数信息。声光报警则是在CPU发出工作信息时，的执行装置。本设计硬件设计电路简单明了，软件承担了复杂的工作，以下将分章介绍硬件和软件的设计。3 系统的硬件电路设计本设计的技术特点是低成本，体积小，硬件电路简单。硬件电路的数据处理部分采用51系列单片机，低成本，功能适用，占地面积小。温度检测采用DS18B20单总线传输。键盘键入信息，LED显示，声光报警用来表达系统状态。键盘、报警电路和执行电路均低电平有效，不做分节介绍。下面
7、将对系统原理、CPU部分、温度检测和静态显示做详细介绍。3.1 系统整体电路设计和器件的选择3.1.1系统电路设计原理系统电路中，AT89C51作为CPU，实时进行温度检测，选DS18B20实时温度检测，DS18B20将温度转换的结果送入单片机中，单片机发送信号给CD4511显示检测数据。4位键盘输入报警参数信息，单片机把实时检测的参数与键入数值比较，超过限度，发信号给蜂鸣器报警，报警灯亮同时控制执行电路动作。图3-1整体电路框图Fig. 3-1 diagram of the whole circuit3.1.2 AT89C51单片机简介AT89C51单片机是有ATMEL公司生产的一款8位单片
8、机，属于51系列单片机。包含128字节RAM ，4K Flash程序存储器，32条I/O 口线2个16位定时/计数器，1个串行I/O口可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路。此外由于器件采用了静态设计可提供很宽的操作（频率范围频率可降至0）。可实现两个由软件选择的节电模式空闲模式和掉电模式。本设计中，主要应用的是单片机的并口传输数据，保留了串口以便在总线系统中能够完成多机通信，下面对这两方面进行说明。1）管脚及本设计中应用的并口介绍图3-2 AT89C51引脚图Fig. 3-2 Figure-pin of AT89C51AT89C51单片机的管脚（如图2-1）所示，3
9、2条I/O线分为4个并口，P0P3 。P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的底八位，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高电平，此时可用作输入口，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，此时作
10、为输入口。并且作为输入口使用时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于访问外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出数据地址的高8位。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容，在整个访问期间不改变。P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并可作位输入端口。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口， 2）串口及多机通信串口为全双工结构，表示可以同时发送和接收，它还具有接
11、收缓冲，在第一个字节从寄存器读出之前，可以开始接收第二个字节。但是如果第二个字节接收完毕时第一个字节仍未读出，其中一个字节将会丢失。串口的发送和接收寄存器都是通过SFR SBUF 进行访问的。写入SBUF 的数据装入发送寄存器，对SBUF的读操作是对物理上分开的接收寄存器进行访问。串口有4 种操作模式模式0串行数据通过RxD 进出。TxD 输出时钟。每次发送或接收以LSB（最低位）作首位，每次8 位。波特率固定为MCU 时钟频率的1/12 。图3-3串口模式0时序图Fig. 3-3 Serial Mode 0 timing plans模式1TxD 脚发送，RxD 脚接收，每次数据为10 位，一
12、个起始位（0 ），8 个数据位（LSB 在前）及一个停止位1 。当接收数据时，停止位存于SCON 的RB8 内，波特率可变，由定时器1 溢出速率决定。图3-4串口模式1时序图Fig. 3-4 Serial Mode 1 timing plans模式2TxD 脚发送RxD 脚接收每次数据为11 位，一个起始位0 8 个数据位LSB 在前，一个可编程第9 位数据及一个停止位1。发送时第9 个数据位SCON 内TB8 位可置为0 或1 。图3-5串口模式2时序图Fig. 3-5 Serial Mode 2 timing plans例如将奇偶位PSW 内P 位移至TB8。接收时第9 位数据存入SCON
13、 的RB8 位停止位忽略。波特率可编程为MCU 时钟频率的1/32 或1/64由PCON 内SMOD1 位决定。模式3TxD 脚发送RxD 脚接收每次数据为11 位，一个起始位0 8 个数据位LSB 为首位，一可编程的第9 位数据及一个停止位1 。事实上模式3 除了波特率外均与模式2 相同其波特率可变并由定时器1 溢出率决定。图3-6串口模式3时序图Fig. 3-6 Serial Mode 3 timing plans多机通信时，UART 模式2 及模式3 有一个专门的应用领域即多机通信。在这些模式时，接收为9 位数据。第9 位存入RB8。 接下来为停止位UART 可编程为接收到停止位时，仅当
14、RB8=1 时串口中断才有效。可通过置位SCON 内SM2 位来选择这一特性。下述为多机系统利用这一特性的一种方法。当主机需要发送一数据块给数台从机之一时，首先发送出一个地址字节对目标从机进行识别。地址与数据字节通过第9 位数据区别，其中地址字节的第9 位为1 ，而数据字节为0 SM2=1 时，数据字节不会使各从机产生中断，而地址字节则令所有从机中断，这样各从机可以检查接收到的数据判断是否被寻址。被寻址的从机即可清除SM2 位以准备接收随后数据内容。未被寻址的从机的SM2 位仍为1 则不理睬随后数据继续各自工作。模式0 时SM2 无效，模式1 时SM2 用于检验停止位是否有效在模式1 时，如果
15、SM2=1 ，那么只有接收到有效的结束位才可产生接收中断。3.1.3 DS18B20数字温度传感器本设计中，温度采样部分选择了DS18B20这款数字温度传感器。其自身的特点可以概括为如下几点： 独特的单线接口，只需1 个接口引脚即可通信 多点能力使分布式温度检测应用得以简化 不需要外部元件 可用数据线供电 不需备份电源 3 引脚排列信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20 送出，因此从中央处理器到DS18B20 仅需连接一条线（和地）。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。这是这款数字温度传感器最大的有点，也是本设计选择这款传感器的主要原因。此外，DS18B20测量范围从一55 至l25 ，增量值为0.5 ，等效的华氏温度范围是币7F 至257F ， 增量值为0.9F 以9-12位数字值方式读出温度。 在1 秒（典型值）内把温度变换为数字，用户可定义的。非易失性的温度告警设置告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况）。 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统。图3-7 DS18B20引脚图Fig. 3-7 Figure-pin of DS18B20引脚说明如下;GND：接地端VDD： 可选电源端DQ：单线
