基于单片机控制的仓库温度监测系统毕业设计（论文）word格式.doc

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1、I 摘摘 要要 本论文设计了一个粮库数字测控系统，以系统对粮库的温度和湿度变化进行实时检 测，且检测方式分为定时检测、选点检测和巡回检测三种。对检测到的数据进行自动存 储和分析，当粮情参数出现异常，即温度、湿度实测值超过设定的范围时，系统进行语 音报警，并自动控制风机和除湿机工作，进行粮库的降温和除湿。温度和湿度范围可人 工设定。 系统选用凌阳公司生产的 SPCE061A 单片机作为控制核心器件，前向通道采用单总 线接口的数字温度传感器 DS18B20 来测量粮库温度；采用线性电压输出式集成湿度传感 器 HM1500 来测量粮库湿度；将检测到的温度和湿度数据存储并通过 LED 模组显示。温 度

2、、湿度范围和检测方式通过 44 键盘来人工设定。 关键词关键词：单片机、温度、湿度 II Abstract The paper has designed a numeral observation and control system of the grain depot.This system carries on the real-time examination to the temperature and humidity changes of the grain depot.The examination way divides into three kinds:fix-time e

3、xamination,the point sort examination and the tour examination.The system memories and analyses the measured dates automatically.When the parameter of grain depot condition goes extraordinary,namely the temperature and the humidity actual value surpass the set scope,the systems carries on the pronun

4、ciation to the police and control the air blower and the dehumidifier automatically,to reduce the temperature and dehumidify the grain depot .The temperature and the humidity scope can be established artificially. The SPCE061A single chip microcomputer,produced by the Lingyang Company,is selected as

5、 the core component of the system.The forward channel uses single bus connective digital temperature sensor DS18B20 to measure the temperature of the grain depot.It also uses integrative humidity sensor HM1500 to measure the humidity.The output of HM1500 is linear voltage.It memories the measured te

6、mperature and humidity dates and display them through LED mold group.The temperature,the humidity scope and the examination way are established through the 44 keyboard. KeyKey wordswords:Single Chip Microcomputer、temperature、humidity III 目目 录录 摘 要 .I ABSTRACT .II 第一章 绪论 1 第一节 研究背景及其意义 .1 第二节 单片机综述 .

7、2 一、单片机的硬件.2 二、单片机的软件.2 三、单片机的特点.3 四、单片机的分类及应用领域.4 五、单片机技术的发展.5 第三节 国内粮情测控系统的现状及发展趋势 .5 一、按温度传感器分类.6 二、按通信方式分类.7 第二章 凌阳 SPCE061A 单片机简介 10 第一节 凌阳 16 位单片机 .10 第二节 SPCE061A 简介 .11 一、概 述.11 二、特 色.11 三、结构概览12 四、芯片的引脚排列和说明12 五、特 性.15 六、SPCE061A 的最小系统.16 七、SPCE061A 的开发方法.17 八、应用领域17 第三节 SPCE061A 单片机的硬件结构 .

8、18 一、SPCE061A 的输入/输出接口18 二、时间基准信号21 三、定时器/计数器.21 四、模/数转换器 ADC.24 五、DAC 方式音频输出27 六、串行设备输入输出口(SIO).28 七、通用异步串行接口 UART.30 八、看门狗计数器（WatchDog）32 第三章 系统硬件电路的设计 .34 IV 第一节 电路方框图及其说明 34 一、键盘设定34 二、语音报警34 三、数据采样35 四、数据显示35 第二节 各部分电路设计 35 一、核心控制器件35 二、传感器的选择37 三、显示单元的设计45 四、键盘扩展电路的设计48 五、光电隔离49 六、音频输出电路51 七、设

9、备控制电路51 第四章 系统软件的设计 .53 第一节 主程序的设计 53 第二节 子程序的设计 54 一、显示子程序54 二、A/D 转换子程序55 三、44 键盘扫描即处理子程序.56 第三节 程序清单 57 第五章 系统调试 .71 第一节 61 板的检测 .71 一、主要测试部分71 二、61 板自检的具体操作步骤.71 第二节 测试流程图 72 结束语 .73 致 谢 74 参考文献 .75 附录 1 英文论文76 附录 2 中文翻译85 1 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 研究背景及其意义研究背景及其意义 民以食为天 ，粮食是人类生存的必需品 。 我国是粮食生产大国，然而农业

10、产业化程度较低，农副产品储藏、加工和流通技术 与体系的落后，不仅对我国农副产品的国际贸易、国内产品加工产业造成不利影响。而 且也阻碍了农业、农村经济本身的发展和农民生活水平的提高。 据专家预测，从现在起到 21 世纪 30 年代，中国粮食和农业的发展，正进入一个重 要的历史发展阶段，人口的继续增长将要达到高峰时期，耕地的继续减少下降到更低的 低谷，非耕地资源开发需要投入巨大的资金，人民生活将要进入富裕阶段，这一时期中 国的粮食和农业状况如何，成为举世瞩目的重大问题。 21 世纪 30 年代，人口持续增长将要达到高峰的 16 亿人，耕地继续养活到人均 0.83 亩，耕地继续减少，到 2030 年

11、减少到 13.5 亿亩。根据统计面积，在过去的 15 年里，中 国耕地由 1980 年的 14.9 亿亩减少到 1995 年的 14.25 亿亩，平均每年减少耕地面积 434 万亩，人均耕地面积由 1.51 亩减少到 1.18 亩。 到 2010 年，粮食总产量预计达到 5.6 亿吨左右。全国粮食单位面积产量将由 1995 年的 283 公斤增加到每亩 340 公斤。到 2020 年的粮食总产量将达到 6.2 亿吨。到 2030 年粮食生产总量达到 6.9 亿吨。 因此科学储粮是保障人民粮食供应，促进社会安定的大事。随着国家农业政策的不 断完善，以及现代科学技术在农业生产中的应用和推广，国家粮

12、食总产量不断突破历史 新高。但国家的粮食储备状况自建国以来却没有得到明显改善，全国 80左右的粮食仍 采取极其原始的存储方式。每年由于粮食存储不善造成的损耗，几乎抵消了农业的增产。 在这样一种大形势下，国家投资兴建了大型现代化粮库，最大粮库方圆几公里，仓库房 数为数十个。由于大型粮库中粮仓的容量和粮库的规模都是前所未有的，这些因素对原 有小粮库的正常运行带来了一些新问题。主要存在的问题有如何随时掌控每个仓内粮食 的质量变化情况，保证入库的粮食在较长时间的保存期内不变质。 在储藏过程中，粮食受温度、湿度及其他因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害 等情况。为了减少粮食储藏过程中损失，保障粮食的品质

13、和质量，首先应该及时准确地 掌控粮食储藏过程中的各种物理因素的变化情况，找出其变化规律。粮情测控系统是利 用现代电子技术来实现粮食储藏过程中对粮情变化的实时检测 、对实时检测数据进行分 析与预测、对异常粮情提出处理意见和控制措施等，为科学及安全储粮提供技术保证和 科学依据。 谷物冷却、机械通风、环流熏蒸、粮情测控是四项储粮新技术，其中粮情测控是基 础。粮情测控是其他三项储粮技术运行状态的观察者和运行结果的真实反应者。粮情测 控系统的准确性、可靠性、直接关系到其他三项储粮技术运行和应用效果，是四项储粮 2 技术应用的关键。由此可见，粮情测控系统在粮食储藏过程中的重要地位和所起的决定 作用。 粮情

14、测控系统包括：粮情检测、分析与通风控制。 “粮情检测”在粮食储藏过程中所 起的作用就像“人工”保管时期保管人员的“眼睛”和“鼻子” ，对粮食储藏过程中各种 粮情进行实时观察，并密切关注着粮情的实时变化；“粮情分析”就像保管人员的“大 脑”,对通过“眼睛”和“鼻子”观察到各种粮情及其变化情况，并根据粮食储藏技术的 特点和粮食储藏的各种环境条件进行综合分析与判断，给出响应的结论及处理建议； “通风控制”就像保管人员的“手”和“脚” ，根据“大脑”的结论的处理建议来采取相 应的处理措施，以确保粮食处在适宜的储藏状态，保证粮食储藏的安全。 粮食检测、分析、控制三者之间的关系对于粮情检测分析控制系统而言

15、，首先，应 满足安全储粮的具体技术要求。粮情检测是基础，粮情分析是依据，通风控制是手段。 粮情检测是对粮食储藏过程中粮堆温、湿度，仓内温、湿度，大气温、湿度等基本检测 参数变化的记录。粮情测控系统通过电源电缆、通讯电缆将计算机、检测主机、检测分 机、分线器和传感器、风机连接起来构成的系统。粮情测控过程是把埋在粮堆内的温度 传感器、湿度传感器所感应到的温湿度变化情况，通过分线器、检测主机、检测分机反 映到主控机房的计算机上，使粮库保管人员可以随时观察粮堆内的温湿度变化情况，并 采取相应的处理措施，以确保粮食储藏过程的安全。 建立粮情检测产品技术应用新体系，应本着一切从国情出发，从实际需要出发，从

16、 目前国内的技术水平出发，面向遍布全国各产区和销区粮库的不同仓房类型，优化不同 类型和功能、性价比高的粮情检测成套系列化产品，经济、实用的来满足粮食储藏的不 同需求。我国每年粮食总产量约 4.5 亿吨左右，全国进行流通的粮食大约 1.5 亿吨,全国 现有粮库数量就有 58000 多个，仓房类型繁多，按大类划分诸如：平房仓、筒仓、楼房 仓、圆仓、浅圆仓等，且仓容规模大小不等，遍布全国各地。利用先进的检测和计算机 技术，在现有粮情测控系统的基础上，优化粮情测控系统产品种类。研究建立适应不同 仓型的粮情测控系统成套技术和装置，使粮食储藏过程中测控技术日趋规范化、标准化 和系列化，是国情及粮食储藏过程

17、之所需。粮情测控系统技术规范化、标准化、系列化 问题的研究解决将有力地推动我国粮库粮情测控技术新体系的建立，为仓储业务管理工 作提供强适应性测控手段，确保储粮的科学和安全。 第二节第二节 单片机综述单片机综述 一、单片机的硬件一、单片机的硬件 单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上集成 （嵌入）了 CPU、RAM 和 ROM 存储器、I/O 接口等而构成的微型计算机。因主要用于 工业测控领域，故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器 CPU。 用超大规模集成技术把 CPU 集成在一块芯片上，称为微处理器。微处理器、微控制器和 微型计算机三者的关系十

18、分密切。目前，单片机在工业测控领域中已占重要地位。各电 气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门产品更新换代、产品智能化的重要 工具。全世界单片机的生产厂家有 30 多家，能生产 60 多个系列，1000 多个型号的产品。 3 二、单片机的软件二、单片机的软件 通常单片机开发中用的程序设计语言是汇编语言。编写程序后用 PE、EDLI 等软件 在计算机上编辑，然后编译成机器码文件，再由通信软件将机器码文件送入单片机联机 调试。随着单片机系统规模的扩大和功能的复杂，用汇编语言编制程序的方法有明显的 缺点。主要是效率低，程序不易维护，不能移植，很不适应要求。有必要寻求一种高效 率的结构化的高级

19、程序设计语言。这些语言现在有 C、PL/M、Forth 、Pascal、Modula2 等。 C 语言是一种介于高级语言和汇编语言之间的适于单片机开发用的语言。它既有高级 语言的特点，又易与汇编语言接口。原来用汇编语言写的程序现在可以用 C 语言编写。 只是在体现速度的场合如信息的实时处理、实时控制，以及和硬件打交道的场合如接口 驱动程序，才会插入汇编语言程序。一些开发系统都配有 C 语言调试程序、编译器等。 PL/M 是 Intel 开发的一种结构化高级语言。如 PLM96 是其中一种。其编译生成 的机器码就是 MCS96 系列单片机的机器码。其编译、连接、定位程序可以在 80386 及 其

20、兼容机上运行。 Forth 语言原来是 60 年代美国人 CharlesMore 发明的一种中级计算机语言，用于控制 天文望远镜，1986 年移植到单片机中。它具有速度快、程序简单、结构精巧、扩充方便、 空间节省等特点。适宜向工控、设备管理、数据处理、智能机器人、仪表等领域推广应 用。Forth 语言别具一格，与其它高级语言不同，它以词典为核心，以堆栈为运算场所， 把解释、编译、调度、设备管理等集于一体，能同时使用 Forth 高级语言、编语言、机器 语言。因 Forth 的内核只占 2k8k，很容易装入仪表内部。 因 Modula2 是基于 Pascal 开发系统移植来的，具有 Pascal

21、 的特点，它们都比 C 差 些。 三、单片机的特点三、单片机的特点 单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据分析 与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口界面也是 为了满足外设和网络接口而设计的 。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发， 向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面 接口的方向发展。因此，单片机特点主要是： 品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的 选择自由。CPU 从 4、8、16、32 到 64 位，有些还采用 RISC 技术； 提高性能，扩大容量

22、。集成度已达 200 万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微 秒。工作频率达到 30MHz 甚至 40MHz。指令执行周期减少到数十微秒。存储器容量 RAM 发展到 1K、2K，ROM 发展到 32K、64K； 增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的 单片机已发展到在一块含有 CPU 的芯片上，除嵌入 RAM、ROM 存储器和 I/O 接口外， 还有 A/D、PWM、UART、Timer/Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整 的功能强的计算机应用

23、系统； 低功耗。供电电压从 5V 降到 3V、2V 甚至 1V 左右。工作电流从 mA 级降到 A 级。 4 在生产工艺上以 CMOS 代替 NMOS，并向 HCMOS 过渡； 应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单 片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品； 系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构 DB、AB、CB，以方便构成各 种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外， 还特别配置有传感器，人机对话 、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。 四、单片机的分类及应用领域四、单片机的

24、分类及应用领域 单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点， 在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的 应用。 单片机分类及应用领域，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经 超过 1000 多种，流行体系结构有 30 几个系列，其中 8051 体系的占有多半。生产 8051 单片机的半导体厂家有 20 多个，共 350 多种衍生产品。通常按单片机数据总线的位数将 单片机分为 4 位、8 位、16 位、32 位机。 （一）4 位单片机 四位单片机适合用于各种规模较小的家电类消费产品。一般的单片机厂家均有自己 的四位单片机

25、产品，有 OKI 公司的 MSM64164C、MSM64481，NEC 公司的 75006X 系列、 EPSON 公司的 SMC62 系列等。典型应用领域有：PC 机用的输入装置(鼠标、游戏杆)、 电池充电器(Ni-Cd 电池、锂电池)、运动器材、带液晶显示的音频、视频产品控制器、一 般家用电器的控制及遥控器、玩具控制、记时器、时钟、表、计算器、多功能电话、 LCD 游戏机。 （二）8 位单片机 八位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的单片机，有着体积小、功耗低、 功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点。目前主要分为 MCS-51 系列及其兼容 机型和非 MCS-51 系列单片机。

26、MCS-51 兼容产品因开发工具及软硬件资源齐全而占主导地位， ATMEL、PHILIPS、WINBOND 是 MCS-51 单片机生产的老牌厂家，CYGNAL 及 ST 也 推出新的产品，其中 ST 的新推出的 PSD 系列片内有大容量 FLASH（128/256KB） 、 8/32KB 的 SRAM、 集成 A/D、看门狗、上电复位电路、两路 UART、支持在系统编程 ISP 及在应用中编程 IAP 等诸多先进特性，迅速被广大 51 单片机用户接受。 非 51 系列单片机在中国应用较广的有 MOTOROLA68HC05/08 系列、 MICROCHIP 的 PIC 单片机以及 ATMEL

27、的 AVR 单片机。八位单片机在自动化装置、智能仪器仪表、 过程控制、通信、家用电器等许多领域得到广泛应用。 （三）16 位单片机 十六位单片机操作速度及数据吞吐能力在性能上比 8 位机有较大提高。目前以 INTEL 的 MCS-96/196 系列、TI 的 MSP430 系列及 MOTOROLA 的 68HC11 系列为主。 十六位单片机主要应用于工业控制、智能仪器仪表 、便携式设备等场合。其中 TI 的 5 MSP430 系列以其超低功耗的特性广泛应用于低功耗场合。 （四）32 位单片机 32 位单片机是单片机的发展趋势，随着技术发展及开发成本和产品价格的下降将会 与 8 位机并驾齐驱。生

28、产 32 位单片机的厂家与 8 位机的厂家一样多。 MOTOROLA、TOSHIBA、HITACH、NEC、EPSON、MITSUBISHI、SAMSUNG 群雄割 据， 其中以 32 位 ARM 单片机及 MOTOROLA 的 MC683、68K 系列应用相对广泛。 基于 ARM 核的单片机占据了 2001 年的 32 位单片机市场 75%的份额。 对单片机选型的市场调查，8 位单片机仍是市场主流产品，但 32 位单片机发展很迅 速。基于 INTERNET、无线数字传输的嵌入式应用将会是 32 位机最广泛的市场。在此领 域，8 位单片机先天不足。 五、单片机技术的发展五、单片机技术的发展 从

29、 20 年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超 大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出以下技术特点。 （一）单片机寿命长:这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可 靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。MPU 更新换代的速度越 来越快，以 386、486、586 为代表的 MPU，几年内就被淘汰出局，而传统的单片机如 8051、68HC05 等年龄已有近二十岁，产量仍是上升的。一些成功上市的相对年轻的 CPU 核心，也会随着 I/O 功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。 （二）8 位、32 位单片机

30、共同发展: :这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来， 单片机技术的发展是以 8 位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技 产品进入家庭，32 位单片机应用得到了长足、迅猛的发展。 （三）单片机速度越来越快: :为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而 不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些 8051 单片机兼容厂商改善了单片机的内 部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多，Motorola 单片机则使用 了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08 单片 机使用 4.9MHz 外部振荡器而内部时钟达 32MHz。三

31、星电子新近推出了 1.2GHz 的 ARM 处理器内核 Halla。 （四）低电压与低功耗: :几乎所有的单片机都有 Wait、Stop 等省电运行方式。允许使 用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在 3 到 6V 范围内工作，对电池供电的单 片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由 2.7V 降至 2.2V、1.8V、0.9V 供电的单片机已经问世。 （五）低噪声与高可靠性技术:为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应 恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电 路中采取了一些新的技术措施。如 ST 公司的 PSD 系列单片

32、机片内增加了看门狗定时器， NS 的 COP8 单片机内部增加了抗 EMI 电路，增强了“看门狗”的性能。 （六）ISP 及 IAP 在片编程技术(In System Programming)及在应用中编程(In Application Programming)通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编 6 程，编程线与 I/O 线共用，不增加单片机的额外引脚。ISP 为开发调试提供了方便，并使 单片机系统远程调试、升级成为现实。 第三节第三节 国内粮情测控系统的现状及发展趋势国内粮情测控系统的现状及发展趋势 粮情测控技术是科学保粮的关键技术之一，目前国内已有数十家企业生产粮情测控

33、 系统产品，品种繁多，系统结构各异，但其基本功能无外乎粮仓内外温湿度检测、粮食 内部温度检测及分析、通风机械的控制等几项，鉴于粮食储藏的特殊性，系统功能的重 点放在了储粮内部温度的检测和分析上。粮情测控系统可以根据采用的温度传感器和通 信方式的不同进行如下分类： 一、按温度传感器分类一、按温度传感器分类 通常粮情测控系统主要选用热敏电阻、数字式温度传感器作为温度传感器，也有选 用其它温度传感器例如 PN 结型温度传感器的粮情测控系统。 （一）热敏电阻 以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简 单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，在多项温度测量应用中受到广泛欢迎

34、，同样 也是国内粮情测控系统采用最多的温度传感器。热敏电阻的电阻温度系数较高，室温电 阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差， 温度与输出阻值之间呈非线性关系。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热 敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是 负温度系数热敏电阻。以下提及的热敏电阻均指负温度系数热敏电阻。 采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的硬件由上位机、通信接口电路、智 能分机、温度分线器、测温电缆、湿度分线器、测湿探头和通风控制器组成。在上位机 上运行粮情测控系统软件，对检测到的温、湿度数据进行分析，根据粮

35、仓内外温、湿度 条件判断是否可以进行通风，手动或自动控制通风机械的启动和停止。 通信转换电路分为内置式和外挂式两种，主要完成两种通信协议之间的衔接转换功 能。智能分机是由微处理器、A/D 转换电路和通信电路等组成，主要功能包括接收上位 机下达的指令、将现场采集上来的模拟信号数字化、向上位机传送数字化的温、湿度值、 向通风控制器下达启动或停止指令等。温、湿度分线器主要完成接收智能分机下达的指 令、将模拟开关切换到指定的温、湿度测量点等功能。通风控制器主要功能是根据智能 分机下达的指令控制通风机械的启动和停止。智能分机与温、湿度分线器和通风控制器 之间均采用单根多芯电缆连接，具有结构简洁、维护方便

36、、成本低等诸多优点。 采用热敏电阻作为温度传感器的测温电缆是粮情测控系统的重要组成部分，它是将 多个热敏电阻置入一根测温电缆之中，电缆内加细钢丝绳提高抗拉强度、外加绝缘护套 密封防腐。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的温度检测范围一般在 4050之间，检测精度为1，完全满足粮情温度检测的需要。根据其系统结 构的特点，一般在单根测温电缆上置入 34 个热敏电阻，特别适合房式仓储粮环境。 （二）数字式温度传感器 数字式温度传感器的种类也不少，但用于粮情测控系统的温度传感器主要是 Dallas 7 的 DS18x20 系列温度传感器，其温度检测范围为55125，检测精度为0.5。 DS18x

37、20 采用 1WireTM 接口，封装形式有 PR35 和 SSOP16 两种，粮情测控系统 中采用的是 PR35 封装。DS18x20 采用 9 个位表示测温点的温度值，每个 DS18x20 内 部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个 DS18x20 共存于同一根数据传输线上。 DS18x20 内部分为 4 个部分：1、64 位序列号；2、保存临时数据的 8 字节片内 RAM；3、保存永久数据的 2 字节 EEPROM；4、温度传感器。 采用数字式温度传感器粮情测控系统的结构与采用热敏电阻粮情测控系统的结构大 致相同，只是用测控单元替代了智能分机、扩充接线器替代了温度分线器。测控单元与

38、智能分机的区别在于没有用于将温度信号数字化的 A/D 转换电路，取而代之的是 1WireTM 总线与上层通信总线之间的通信转换电路，如果系统选用了数字式湿度传感 器则测控单元将完全由数字电路组成，而智能分机是由数字电路和模拟电路两部分构成 的，这将使测控单元的电路设计更为容易。 采用 DS18x20 温度传感器的粮情测控系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆大不相同， 该测温电缆最多只需 3 根导线即可连接多个 DS18x20 温度传感器。最为简洁的结构是利 用 DS18x20 可以通过数据线供电的特点，在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可 连接多个 DS18x20 温度传感器，这样不仅使测温电

39、缆的制造简便、成本下降，而且提高 了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换。正是这些特点使得采用 DS18x20 温度 传感器的粮情测控系统更适用于高大粮仓（诸如浅圆仓、立筒仓）的应用环境，可以解 决高大粮仓在不需重新安装测温电缆的情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变 温度传感器相对位置。由于这种温度传感器的价格比热敏电阻高出许多，所以 DS18x20 温度传感器粮情测控系统在房式仓中应用时不如热敏电阻粮情测控系统更具有性能价格 比的优势。 二、按通信方式分类二、按通信方式分类 国内粮情测控系统的通信方式主要采用 RS485 总线技术和现场总线技术两种。 （一）RS485 总线技术 R

40、S485 是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为 1200 米， 每段最多支持 32 个节点，采用单组双绞线双向主从通信。当总线加长或节点增多时需要 使用中继器连接，全网络支持最多 256 个节点。 RS485 通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情测控系统采 用较多的通信方式。由于 RS485 总线技术不支持多主结构，系统容量、通讯距离等方面 具有很大的局限性，所以随着现代化大型粮食储备库的逐年增多，RS485 通讯方式显得 愈来愈力不从心。 （二）现场总线技术 现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种互连现场自动化设备及其控制系统的 双向数字通讯协议，

41、它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的变革，它代表 着未来发展的方向。目前国内粮情测控系统采用了两种现场总线：LONWORKS 总线技术 和 CAN 总线技术。 8 LONWORKS 的技术特点是总线开放、互操作性强、可靠性高、通信速度最高可达 1.25Mbit/s，最大通信距离可达 2700 米，最多节点数为 32000 个。由此可以看出它在性能 上要比 RS485 总线好的多。 CAN 总线技术在粮情测控系统中的应用比 LONWORKS 总线技术更为广泛。CAN 总 线技术具有先进的多主网络结构、通讯距离远、价位低、可靠性高、系统容量大等优点， CAN 总线技术废除了传统的站地址编

42、码，取而代之的是对通信数据块进行编码，使得网 络中的节点数在理论上不受限制，从而大大增加了系统的容量，使得大型现代化储备粮 库的粮情检测控制在同一系统下得以实现。先进的多主结构不仅使得系统内可以有多台 上位机存在，以适应不同操作人员和管理人员的多种需要，而且使得网络中智能分机摆 脱了只能被动受控状况，整个系统高度智能化，从而大大提高了系统运行的可靠性。 CAN 总线最大通讯距离可达 10 公里，这对库区较大、粮仓分布较分散的大型储备粮库是 非常适用的。现场总线技术的另一个优点是可以大大节约连接导线以及安装维护费用， 使得整个系统在大大提高系统整体性能的同时具有很高的性能价格比。 三、未来发展趋

43、势三、未来发展趋势 随着大型国家粮食储备库的日益增多和更多新技术的不断涌现，预计未来国内粮情 测控系统将在以下几个方面得到进一步的发展： 首先，热敏电阻和数字温度传感器在同一粮情测控系统中使用。根据以上分析，热 敏电阻和数字温度传感器在房式仓和高大仓房两个不同场合各自具有优势，随着大型国 家粮食储备库的增多，在同一储备库中将存在不同的仓型，而现存的粮情测控系统中只 能选择热敏电阻或数字温度传感器二者之一作为温度检测元件。为了更好地发挥热敏电 阻和数字温度传感器各自的优势，在同一粮情测控系统中选用这两种传感器是未来市场 发展的需求之一。 其次，现场总线技术的应用将更为广泛。现场总线技术是一个全新

44、的通信技术，它 代表着控制系统未来的发展方向，未来的粮情测控系统将不可避免地放弃 RS485 通信方 式转而采用新型的现场总线技术，这将使系统的可靠性、性能价格比大大提高。 再者，系统功能的进一步完善。目前粮情测控系统仅局限与温、湿度的检测和通风 控制，诸如粮食储藏过程中倍受关注的水分检测和虫害检测均未得到解决，预计未来的 粮情测控系统将会把更多种类的粮情检测综合数据采集上来，与粮情专家分析软件密切 配合，共同保障粮食的储藏安全。 综上所述，本系统采用凌阳公司生产的 SPCE061A 单片机来控制粮库的温、湿度， 采用美国 DALLAS 公司的 DS18B20 数字式温度传感器、HUMIREL

45、 公司的 HM1500 精密 湿度传感器分别检测粮库的温、湿度。 （一）系统主要性能如下： 1储粮物理量检测功能：具有自动检测温度、湿度、水分、仓虫、氧气、二氧化碳 等功能，可根据需要进行定时检测、选点检测、巡回检测。 2智能分析功能系统：根据采集的数据进行自动分析处理，自动控制调节通风降温 时间，自动将采集到的数据与测量到的粮情历史数据进行比较，自动判断粮食是否异常 并根据需要做出预警提示。 3数据存储与检测：自动记录检测到的粮情数据并进行存档、备份，以扩充现有的 9 数据库或备查历史数据。 4实时报警功能：根据温度等实测值与人工设定的超限值或相关数据模型进行对比 分析，若实测值超过设定的范

46、围，则语音报警。 5机械通风控制功能：根据已设定的温度、湿度数学模型分析通风参数，自动计算 和控制空调器、风机、除湿机等设备进行降温、除湿，也可以根据人工设定的超限值定 时控制通风或根据需要进行人工操作。 （二）主要技术参数： 1检测范围 测温范围：-55+125 测湿范围：5%99%RH 2检测误差 温度误差：1.0 湿度误差：3%RH 10 第二章第二章 凌阳凌阳 SPCE061ASPCE061A 单片机简介单片机简介 第一节第一节 凌阳凌阳 1616 位单片机位单片机 随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制扩展为控制处理、 数据处理以及数字信号处理（DSP，Digit

47、al Signal Processing）等领域。凌阳的 16 位单片 机就是为适应这种发展而设计的。它的 CPU 内核采用凌阳最新推出的 nSP （Microcontroller and Signal Processor）16 位微处理器芯片（以下简称 nSP） 。围绕 nSP所形成的 16 位 nSP系列单片机（以下简称 nSP家族）采用的是模块式集成 结构，它以 nSP内核为中心,集成不同规格的 ROM、RAM 和各种功能丰富的外设与 接口部件，如图 2.1 所示。 DAC 响应时间为 5s；外径约 11mm;长度约 58mm。 HM1500 湿度变送器主要应用于加热、通风和空气调节（H

48、AVC）系统、环境监控、 洁净空间、蔬菜大棚、粮食仓贮等的湿度检测与控制。 2HM1500 湿度变送器的工作原理 HM1500 采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度成比例关系的伏特计电压 信号，响应速度快、重复性好、抗污染能力强。 HM1500 的测湿元件选用湿敏电容 HS1101，在一个有机玻璃或玻璃片上首先用扩散 法制作两个电极，然后涂上有机膜作为介质，形成一个电容器件。当外界相对湿度变化 时，感湿膜能吸附和释放水气分子，引起其介电常数发生变化，从而使元件电容量改变。 利用电容量与相对湿度的函数关系即可测量湿度。图 3.4 是 HM1500 所反映的湿度与其 输出电压间的典型函数关

49、系。 运用最小二乘法可以求出其输出电压 U0与相对湿度 HR 之间的关系： U0=1.1711+0.02377HR 输出电压 U0与相对湿度 HR 之间的关系如图 3.4 所示。 输出电压 （V） 0 20 40 60 80 100 相对湿度 （%） 4 3 2 1 40 图图 3.43.4 HM1500 输出电压与相对湿度的关系曲线输出电压与相对湿度的关系曲线 温度不但影响有机膜湿敏电容的迟滞特性，对显示值也会直接造成影响，从而引起 误差。温度误差可以通过电路或软件采取补偿措施。目前，湿敏电容传感器的温度补偿 可以采用软件补偿方式，即通过在各温度条件下的特性曲线测试及多元非线性拟合，求 出温度校准方程。HM1500 的温度补偿公式为： U=U010-3(39.1-0.056Ta)-38.5 式可直接用于软件补偿，而式是采用电路补偿得到的输出电压与相对湿度的关 系。其补偿电路如图 3.5 所示。由 R1、RP1、R2 组成的分压电路，其调节范围为- 0.94V4.06V,RP1 为多圈电位器，将调节点的电位 UP1