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1、智能传感器大作业 用于粮仓的智能温度传感器用于粮仓领域的智能温度传感器的设计摘要：近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 系统以AT89C51 单片机为控制核心，利用新型一线制温度传感器DS18B20 测量温度值，实现粮仓环境温度的检测和报警。本文给出了由AT89C51 单片机和DS18B20 构成的单总线温度测量系统的硬件电路及软件流程图。该系统具有测点多、精度
2、高、速度快、稳定性好、报警及时等特点,也可应用于其它相关的温度控制系统，通用性较强。关键词：一线总线；DS18B20；AT89C51；数字温度传感器Abstract：The system for the control of the core is AT89C51,the temperature sensors DS18B20 is used to measure temperatureand this system can realize ambient temperature measurement and alarm. This article introduces the hardwa
3、re circuit which the softwareflow chart constitutes by AT89C51 monolithic integrated circuit and DS18B20. This system has many measuring point, high-precision,wide range of temperature monitoring, good stability and alarms timely, it may also be applied in other related temperature controlsystem and
4、 the versatility is strong.Keywords：1-Wire TM；DS18B20；AT89C51；Digit Temperature Densor目录1智能传感器的定义和实现途径31.1 智能传感器的定义31.2 智能传感器的实现途径3非集成化实现3集成化的实现4混合实现42智能温度传感器的粮仓应用背景介绍53智能温度传感器的设计53.1原理和功能描述5原理5 粮仓恒温控制系统完成的功能53.2硬件设计6系统结构图6微处理器（单片机）6温度传感器93.3软件设计13系统的的工作过程13读出温度子程序14温度转换子程序14计算温度子程序15显示数据刷新子程序163.4试
5、验结果164结束语17附录1：源程序18附录2：硬件电路图221智能传感器的定义和实现途径1.1 智能传感器的定义智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。1.2 智能传感器的实现途径非集成化实现图1非集成化实现
6、结构图将上述电路组合为一个整体，经开发配置可进行通讯、控制、自校正、自补偿、自诊断等功能的智能化软件，如ST-3000。 模糊传感器也是一种非集成化的智能传感器 。图2 测量原理图关键问题：软件功能的设计集成化的实现采用微机械加工技术和大规模集成电路技术，称为集成智能传感器（Integrated smart /Intelligent sensor），该技术也称为集成微型传感技术 其特点如下：1）微型化 血液流量计、发动机叶片表面的气体流速和压力传感器。2）结构一体化 传统的加工方法存在蠕变、迟滞、非线性特性。3）精度高 减少引线长度带来的寄生参量的影响。4）多功能 在同一硅片上可制作不同功能的
7、多个传感器。ST3000 可测压力、压差、温度三种参量。 5）阵列式 可在8mm8mm上制作有1024（3232）个面阵触觉敏感触点。 优点：消除传感器的时变误差和交叉灵敏度的影响，提高传感器的 可靠性、稳定性和分辨能力。 6）全数字化 通过微机械加工技术制作合适的微结构，使其固有谐振频率可以设 计成某种物理参量的单值函数，通过检测其谐振频率来检测被测物理 量。 7）使用方便、操作简单 集成化智能传感器的发展趋势： a.多功能化与阵列化，软件功能的增强； b.发展谐振式传感器，结合软件信息处理功能。存在的问题：主要是工艺上的。混合实现将和两种方式结合起来，可能的混合集成方式有： 总线接口、微处
8、理器、信号处理电路、集成化敏感单元的不同组合。2智能温度传感器的粮仓应用背景介绍我国是一个农业大国，每年都有大量的新粮收获，也有部分陈粮积压，由于储存不当造成大量的粮食浪费，给国家和人民造成了巨大的经济损失，粮仓环境成为决定粮食质量的关键因素。以往采取的方法是用人工的办法定期对粮食进行晾晒、通风，消耗了大量的人力和财力。粮食温度检测是储备库中防止粮食霉烂、保质存放的重要环节。对于一个农业大国来讲，粮食生产、需求与储备量都很大。大量粮食在储备的过程中常因粮食湿度过大而升温发热，导致粮食大量腐烂变质，给国家带来巨大损失。所以粮仓监控系统中温度测量是整个系统的主要功能之一。针对这一现象，目前推广应用
9、的许多智能温度监测系统多采用电阻式温度传感器检测温度，测量精度低，离散性大，需要A / D 转换，电路复杂。而采用DS18B20 型数字式温度传感器作为温度采集单元，较好地解决了上述问题。3智能温度传感器的设计3.1原理和功能描述原理本文设计的粮仓温度监控系统，采用DS18B20 型数字式温度传感器作为温度采集单元，实现对粮仓温度的自动测量和控制，同时具有显示和报警功能。该系统具有速度快、性能稳定、电路简单等特点，满足了实时检测和控制的要求。应用程序中，首先对8255 进行初始化，设定工作方式0。PA 口、PB 口、PC 口均为输出口，其中PA 口、PB 口为显示输出，PC 口为报警和相关设备
10、驱动口。首先对温度进行采样，每个温度点采样6 次，计算平均值作为采样值，送入显示和存储的相应单元进行存储和传感器的编号和温度的显示，然后判断温度是否超过设定温度。如果温度超标则报警，根据传感器的位置，判断启动通风设备或加热设备；如果不超标就继续检测下一个点的温度，直到整个粮仓的350 点温度全部测量完成。然后计算和显示粮仓的平均温度，最后系统返回再进行温度的巡回测量和显示。 粮仓恒温控制系统完成的功能本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温控制功能：温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限
11、温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。数码管显示器即时显示温度等相关功能。 3.2硬件设计系统结构图本系统是一个全自动的粮仓温度巡回检测与控制系统。它由以下几部分组成：AT89C51 单片机、8255 并行接口电路、A/D 转换器、温湿度传感器、驱动电路、报警和显示电路构成，系统的组成如图所示。图3 硬件组成框图微处理器（单片机）微处理器是本系统的核心，其性能的好坏直接影响系统的稳定，鉴于本系统为实时控制系统，系统运行时需要进行大量的运算，所以单片机采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。AT89C51是
12、一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 ? 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图4 AT89C51引脚图1）主要特性：与MCS-51 兼容 、4K字节可编程闪烁存储器 、寿命：1000写/擦循环、数据保留时间：10年、
13、全静态工作：0Hz-24Hz、三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源 、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路 2）管脚说明VCC：供电电压；GND：接地；P0口：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/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高；P1口：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
14、接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，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。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收；P2口：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，且作为输入。并因此作为输入时，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口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特
15、殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3口：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，并用作输入。作为输入，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，如下表所示：口管脚 备选功能、P3.0 RXD（串行输入口）、P3.1 TXD（串行输出口）、P3.2 /INT0（外部中断0）、P3.3 /INT1（外部中断1）、P3.4 T0（记时器0外部输入）、P3.5 T1（记时器1外部输入）、P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）、P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）、P3口同时为闪烁编
