畢業(yè)論文-----糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　題目：糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號：</b></p><p><b>　　作者姓名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　完成日期：</b></p

2、><p><b>　　摘要</b></p><p>　　糧倉管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫、濕度變化。國家為糧食儲藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)楸O(jiān)測設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)。在理論研究和實(shí)地考察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了糧食倉庫溫度和濕度實(shí)時在線巡回監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。溫度和濕度的檢測與控制對防止糧食霉變有著重要的意義，討論糧堆溫度和濕度變化的主要原因以及糧

3、食倉庫中溫度和濕度的允許變化范圍。探討在線測量，計(jì)算和控制糧食倉庫溫度和濕度的原理和方法，基本消滅了糧食霉變事故，同時也節(jié)省了大量人力和物力，減輕了糧倉管理的工作強(qiáng)度，提高了糧庫管理效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。</p><p>　　正目前,糧庫中的溫濕度檢測,基本上是人工檢測,勞動強(qiáng)度大,繁瑣,由于檢測報(bào)警不及時,造成庫儲糧食損失的現(xiàn)象時有發(fā)生,于是,設(shè)計(jì)并研制性能價(jià)格比較高的糧庫溫濕度自動檢測系統(tǒng)迫在

4、眉睫。由于大型糧庫分布廣、儲量大，糧庫的管理和監(jiān)測難度大，基于糧庫糧情檢測系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)，由每個糧倉中配置的下位機(jī)將糧情數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)以曲線和表格的形式表示出來，清晰直觀地顯示出各倉內(nèi)溫濕度狀況，由上位機(jī)對糧倉進(jìn)行監(jiān)視，管理人員在控制室就可以看到實(shí)時糧情數(shù)據(jù)，對糧情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)糧倉管理自動化、智能化。</p><p>　　關(guān)鍵字：溫濕度 糧倉 檢測系統(tǒng)

5、設(shè)計(jì) </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Barn management of the most important issue is monitoring the grain heap temperature and humidity changes. countries for grain storage to pay hi

6、gh fees each year, mainly due to high cost of monitoring equipment, management methods were not advanced enough in the theoretical study and field visits on the basis of experiments carried out a food storage temperature

7、 and humidity, real-time monitoring and control system circuit design and development. the temperature and humidity measurement and cont</p><p>　　Are present, the grain depots in the temperature and humidity

8、 testing is basically a manual inspection, labor-intensive, cumbersome, due to not timely detection and alarm, resulting in the loss of library storage of food phenomena have occurred, so the design and development of th

9、e higher cost performance granary temperature and humidity automatic detection systems is urgent. because large granary widely distributed, large reserves and grain storage management and monitoring difficult, based on &

10、lt;/p><p>　　KEY WORDS：humiture granary detecing system desing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>&

11、lt;b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 糧倉溫室度檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 課題的提出及研究的意義3</p><p>　　1.3 本文的設(shè)計(jì)思路及預(yù)期結(jié)果3</p><p

12、>　　1.3.1 本文的設(shè)計(jì)思路3</p><p>　　1.3.2 預(yù)期結(jié)果4</p><p>　　第二章 糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識5</p><p>　　2.1 溫濕度檢測技術(shù)5</p><p>　　2.1.1 濕度的相關(guān)概念5</p><p>　　2.1.2 濕度傳感器的分類及特點(diǎn)6<

13、/p><p>　　2.1.3 溫度的相關(guān)概念8</p><p>　　2.1.4溫度傳感器的分類及特點(diǎn)8</p><p>　　2.2器件及模塊的選擇10</p><p>　　2.2.1處理器10</p><p>　　2.2.2轉(zhuǎn)換器10</p><p>　　2.2.3溫度傳感器11<

14、;/p><p>　　2.2.4濕度傳感器11</p><p>　　2.2.5測控模塊12</p><p>　　2.2.6顯示模塊12</p><p>　　2.2.7報(bào)警模塊13</p><p>　　第三章 糧倉溫室度檢測系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)15</

15、p><p>　　3.2單片機(jī)在系統(tǒng)中的工作的原理（過程）16</p><p>　　3.3 ATC0809轉(zhuǎn)換器18</p><p>　　3.4熱電偶溫度傳感器19</p><p>　　3.4.1補(bǔ)償電橋19</p><p>　　3.5濕度傳感器20</p><p>　　3.6 系統(tǒng)附帶電路

16、及元件設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6.1系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6.2按鍵與按鈕的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.6.3 電源的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.7系統(tǒng)軟件部分23</p><p>　　3.7.1顯示設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.7.

17、2報(bào)警模塊24</p><p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析25</p><p>　　4.1 軟件調(diào)試25</p><p>　　4.1.1調(diào)試方法25</p><p>　　4.1.2調(diào)試步驟25</p><p>　　4.2系統(tǒng)測試結(jié)果26</p><p>　　4.3系統(tǒng)完成26&

18、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　附錄29</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　隨著時代的進(jìn)步

19、和發(fā)展，單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一。單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。溫室、糧庫等恒溫場所對于自動化的要求也越來越高，對室內(nèi)溫濕度的測量和設(shè)備的控制操作要用自動控制系統(tǒng)來完成。我國是一個人口眾多的大國, 科學(xué)儲糧是保障人民糧食供應(yīng), 促進(jìn)社會安定的大事, 糧倉溫度的監(jiān)測在科學(xué)儲糧中占有重要地位[1]。在大多數(shù)糧食存儲企業(yè), 目前仍主要靠人工檢測糧倉溫度。由于糧庫占地面積大，糧倉分散，

20、倉內(nèi)溫度測試點(diǎn)多，因而人工監(jiān)測工作量大，效率低，檢測周期長，容易漏檢，而且測量器件損壞率高，測試精度難以保證[2]。 控溫儲糧是使糧食在儲藏期間保持一定的溫度水平，達(dá)到安全儲藏的目的?？販貎Z能保持糧食較好的品質(zhì)，是目前比較先進(jìn)的一種安全、經(jīng)濟(jì)、綠色的儲糧技術(shù)，已成為當(dāng)今科學(xué)儲糧技術(shù)發(fā)展的新方向。低溫儲藏使糧食品質(zhì)提高，溫度對微生物的生長、繁殖也有影響，大多數(shù)菌種生長繁殖的適宜溫度范圍是28℃~30℃，溫度低于15℃這些菌種的

21、活動的繁殖就會受到抑制，低于12℃時害蟲一般不能繁殖[3]。 當(dāng)糧庫溫度在20℃~35℃、相對濕</p><p>　　1.1 糧倉溫室度檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著微型計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，倉庫的溫度和濕度自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展。我國近年引進(jìn)了多達(dá)16個國家和地區(qū)的倉庫環(huán)境控制系統(tǒng)，對吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、 推動倉庫溫

22、度濕度自動檢測產(chǎn)生了積極的作用，但多因能耗過大，造價(jià)高，品種未能配套，未能達(dá)到很好的效果。中國的倉庫環(huán)境綜合控制系統(tǒng)必須走適合中國國情的發(fā)展道路，在引進(jìn)、消化、 吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和科學(xué)管理的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行總結(jié)提高、集成創(chuàng)新、超前示范，既開發(fā)適宜我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，又能滿足不同氣候條件，接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平的智能化倉庫監(jiān)測系統(tǒng)。在專用品種、綜合配套技術(shù)、貯運(yùn)營銷上，應(yīng)該研制具有中國知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子

23、計(jì)算機(jī)已用于控制倉庫環(huán)境。控制系統(tǒng)由中央控制裝置、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。先編制出倉庫存放糧食最優(yōu)環(huán)境條件的管理程序表，存儲于電子計(jì)算機(jī)的記憶裝置中，電子計(jì)算機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)、修正各倉庫的參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令。終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號，使電器機(jī)械設(shè)備執(zhí)行動作，實(shí)現(xiàn)糧食倉庫的環(huán)境調(diào)節(jié)。該種系統(tǒng)可</p><p>　?。?） 廣泛采用新技術(shù)、新工藝</

24、p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，許多新技術(shù)和新工藝被應(yīng)用到濕度測量領(lǐng)域中[4]。例如，瑞士Sensiron公司采用CMOSens（Ce-mo-Sens）專利技術(shù)為高精度濕度傳感器系統(tǒng)設(shè)置精度。其特征是將半導(dǎo)體芯片（CMOS）與傳感器技術(shù)融合，為開發(fā)高集成度、智能化、高精度、高可靠性的濕度檢測系統(tǒng)提供了解決方案。該項(xiàng)技術(shù)亦稱“Sensmitter”，它代表傳感器（sensor）與變送器（transmitter）的有機(jī)結(jié)

25、合。盡管SHT11/15屬于傳感器范疇，但具有創(chuàng)新性的CMOSens技術(shù)使之兼有變送器的功能，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。Honeywell公司生產(chǎn)的HIH－3610型濕度傳感器，能在高溫，有化學(xué)液體或氣體的環(huán)境下正常工作，例如可以測量含有氨、苯、甲醛等有害氣體的雞棚或豬舍中的相對濕度。即使在飽和狀態(tài)下，傳感器也很容易從短期凝結(jié)中恢復(fù)過來。HIH－3610芯片上有一層起保護(hù)作用的亞硝酸鹽鈍化層，在安裝過程中不易損壞。</p><

26、;p>　　（2） 提高測量精度和分辨力</p><p>　　目前，國內(nèi)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能濕度傳感器，SHT11/15型智能化濕度傳感器系統(tǒng)測量相對濕度的范圍是0～100％，分辨力達(dá)0.03％RH，最高精度為±2％RH。測量露點(diǎn)的精度＜±1℃。在測量濕度時A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分別可達(dá)12位、14位。利用降低分辨力的方法可以提高測量速率，減小芯片的功耗。SHT11/15的產(chǎn)

27、品互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不需要外部元件，適配各種單片機(jī)，可廣泛用于醫(yī)療設(shè)備及溫度／濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。</p><p>　?。?） 增加測試功能</p><p>　　新型智能濕度傳感器的測試功能也在不斷增強(qiáng)[5]。例如，DS1629型單線智能濕度傳感器增加了實(shí)時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的存儲器，可存儲用戶的短信息。

28、另外，智能濕度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良</p><p>　　1.2 課題的提出及研究的意義 </p><p>　　糧食的安全存儲是關(guān)系到國計(jì)民生的戰(zhàn)略大事，科學(xué)保糧具有重要的社會意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值糧倉管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫、濕度變化。國家為糧食儲藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)楸O(jiān)測設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)。在理論研究和實(shí)地考

29、察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了糧食倉庫溫度和濕度實(shí)時在線巡回監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。溫度和濕度的檢測與控制對防止糧食霉變有著重要的意義，討論糧堆溫度和濕度變化的主要原因以及糧食倉庫中溫度和濕度的允許變化范圍。探討在線測量，計(jì)算和控制糧食倉庫溫度和濕度的原理和方法，基本消滅了糧食霉變事故，同時也節(jié)省了大量人力和物力，減輕了糧倉管理的工作強(qiáng)度，提高了糧庫管理效率，使糧食管理得到了安全可靠的保障。</p><p>　　每到

30、糧食收獲季節(jié)各糧倉的糧食收購及糧情檢測工作壓力巨大，如何進(jìn)行糧食的現(xiàn)代化管理也是每一個儲庫點(diǎn)的重中之重，若管理不當(dāng)，糧食發(fā)霉或生蟲會造成極大浪費(fèi)。糧倉管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫、濕度變化。國家為糧食儲藏每年支付很高的費(fèi)用，主要是因?yàn)楸O(jiān)測設(shè)備成本較高，管理方式不夠先進(jìn)，于是溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用也日益迫切。糧食溫度是能否保證糧食安全儲存的重要指標(biāo)之一,只有及時,準(zhǔn)確地測得糧堆各層面的糧溫?cái)?shù)據(jù),并根據(jù)檢測的溫度數(shù)據(jù)對糧食儲存

31、情況進(jìn)行分析,作出決策,采取措施,最大限度的減少糧食在儲存過程中的損失。</p><p>　　正目前,糧庫中的溫濕度檢測,基本上是人工檢測,勞動強(qiáng)度大,繁瑣,由于檢測報(bào)警不及時,造成庫儲糧食損失的現(xiàn)象時有發(fā)生,于是,設(shè)計(jì)并研制性能價(jià)格比較高的糧庫溫濕度自動檢測系統(tǒng)迫在眉睫。由于大型糧庫分布廣、儲量大，糧庫的管理和監(jiān)測難度大，基于糧庫糧情檢測系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)，由每個糧倉中配置的下位機(jī)將糧情數(shù)據(jù)通過無線數(shù)

32、傳模塊發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將下位機(jī)的數(shù)據(jù)以曲線和表格的形式表示出來，清晰直觀地顯示出各倉內(nèi)溫濕度狀況，由上位機(jī)對糧倉進(jìn)行監(jiān)視，管理人員在控制室就可以看到實(shí)時糧情數(shù)據(jù)，對糧情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)糧倉管理自動化、智能化。</p><p>　　1.3 本文的設(shè)計(jì)思路及預(yù)期結(jié)果</p><p>　　1.3.1 本文的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　充分考慮氣候、環(huán)境因素對糧食的

33、影響，并根據(jù)糧倉內(nèi)糧食保持正常狀態(tài)所需的溫度和濕度設(shè)計(jì)出溫濕度參考值預(yù)先存儲于單片機(jī)中。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分是將溫濕度傳感器置于倉庫內(nèi)部，測出倉內(nèi)的溫濕度值，經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之后送入AT89C51單片機(jī)中，然后通過8位LED顯示，單片機(jī)將預(yù)設(shè)的參考值與測量值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果作出判斷，經(jīng)過程序分析處理發(fā)送相應(yīng)指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，接通或關(guān)閉各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，進(jìn)而控制干燥機(jī)、空調(diào)和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，以此來調(diào)節(jié)倉內(nèi)溫濕度。如此循

34、環(huán)不斷，使溫濕度值與設(shè)定值保持一致。當(dāng)溫濕度值超過允許的誤差范圍，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，如果有必要，倉管人員還可以根據(jù)實(shí)際的情況通過鍵盤或按鈕來人工修改片內(nèi)存儲的預(yù)設(shè)值。通過對整個系統(tǒng)的核心單片機(jī)部分的設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化控制溫濕度的目標(biāo)。</p><p>　　（一）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：</p><p>　　◆單片機(jī)芯片：.通過比較，選用AT89C51單片機(jī)來構(gòu)造本系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，單片機(jī)的P0口用

35、于LED顯示，P1.0-P1.5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，P1.6、P1.7為獨(dú)立式鍵盤接口作為人工按鈕，P2接溫濕度傳感器，P3連接蜂鳴報(bào)警器和發(fā)光二極管等。</p><p>　　◆A/D轉(zhuǎn)換器：A/D轉(zhuǎn)換器采用8位串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器ATC0809。ATC0809是低價(jià)格8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，它的特點(diǎn)是：可直接與微處理器相連，不需另加接口邏輯，具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)，可以輸入8個模擬信號。</p&g

36、t;<p>　　◆ 溫度傳感器 ：由計(jì)算機(jī)采集“電壓-時間”的數(shù)據(jù)，以發(fā)揮其實(shí)時和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。另外，該器件價(jià)格比較低廉，也完全能滿足糧倉內(nèi)糧食監(jiān)測的需要。 ◆ 濕度傳感器：該器件具有不需校準(zhǔn)的完全互換性、高度可靠性、長期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)和專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，可經(jīng)多路開關(guān)直接輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　?。ǘ┫到y(tǒng)模

37、塊設(shè)計(jì)：</p><p>　　◆測控模塊：檢測各分機(jī)所在糧倉的溫濕度數(shù)據(jù)</p><p>　　◆顯示模塊：溫度采用四位顯示，濕度也采用四位顯示，使測量結(jié)果更直觀，便于管理人員做出決策。</p><p>　　◆報(bào)警模塊：系統(tǒng)采用三極管驅(qū)動的蜂鳴音報(bào)警，當(dāng)溫濕度嚴(yán)重超標(biāo)或出現(xiàn)火情、遇盜時，系統(tǒng)做出聲光報(bào)警，同時記錄并打印事故出現(xiàn)的時間、倉號、控制點(diǎn)等情報(bào)，并能啟動適當(dāng)應(yīng)

38、急措施。 </p><p>　　1.3.2 預(yù)期結(jié)果</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案及思路，預(yù)測出現(xiàn)的設(shè)計(jì)結(jié)果，當(dāng)系統(tǒng)完好的設(shè)計(jì)完后，連接所有的硬件設(shè)備，運(yùn)行相應(yīng)的軟件設(shè)備</p><p>　　放在某個采集點(diǎn)的溫濕度傳感器會感應(yīng)測出相應(yīng)的模擬溫濕度值，經(jīng)過放大器的放大再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)換成成單片機(jī)可以識別的數(shù)字信號，信號經(jīng)編譯連接傳到個軟件測試模塊就可以看到相

39、應(yīng)的結(jié)果。</p><p>　　軟硬件連接完好，電路完善的情況下，肉眼能看到的是經(jīng)過一系列的軟硬件編譯過的在LED數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，在預(yù)先假定好的溫度范圍內(nèi)看出數(shù)字的變化，當(dāng)溫濕度數(shù)碼管顯示的溫濕度值超過了預(yù)定的值時系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，當(dāng)溫濕度值沒有超過預(yù)定的溫濕度范圍，測系統(tǒng)接收下一次的溫濕度采集值。</p><p>　　第二章 糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識</p>&l

40、t;p>　　2.1 溫濕度檢測技術(shù)</p><p>　　溫濕度檢測技術(shù)：溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，用于特定環(huán)境（或設(shè)備）溫度、濕度、信息的采集和顯示，并通過網(wǎng)絡(luò)將采集信息實(shí)時傳送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測異常數(shù)據(jù)，并實(shí)時發(fā)送報(bào)警信息；應(yīng)用場景：* 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測</p><p>　　* 糧倉溫室度檢測* 設(shè)備（冰箱、冰柜、培養(yǎng)箱、烘烤箱等）溫度監(jiān)測* 樣品存儲環(huán)境</p>

41、<p>　　2.1.1 濕度的相關(guān)概念</p><p><b>　　濕度概念：</b></p><p>　　在計(jì)量法中規(guī)定,濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。日常生活中所指的濕度為相對濕度，％rh表示?？傃灾?，即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)。</p><p><b>　　濕度測量的歷史： </b>

42、</p><p>　　濕度和溫度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來進(jìn)行表示較為困難。濕度計(jì)測的歷史可以追溯到中國的天秤型(公元前179年)為最早的濕度計(jì)測。(溫度計(jì)測可追溯到記載的希臘時代的溫度計(jì)。) </p><p>　　絕對濕度（Absolute humidity） </p><p>　　單位體積（1m3）的氣體中含有水蒸氣的質(zhì)量（g）。表示∶D=g/

43、m3但是,即使水蒸氣量相同,由于溫度和壓力的變化氣體體積也要發(fā)生變化,即絕對濕度D發(fā)生變化。D為容積基準(zhǔn)。</p><p>　　相對濕度（Relative humidity） </p><p>　　氣體中的水蒸氣壓（e）與其氣體的飽和水蒸氣壓（ｅs）的比，用百分比表示。表示∶rh=e/es×100%。但是,溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣壓的變化,rh也將隨之而變化。</p&

44、gt;<p>　　通常在工作和生活中我們使用的濕度即為相對濕度。</p><p>　　飽和水蒸氣壓（Saturation Vapor Pressure） </p><p>　　氣體中所含水蒸氣的量是有限度的,達(dá)到限度的狀態(tài)即可稱之為飽和,此時的水蒸氣壓即稱為飽和水蒸氣壓。此物理量亦隨著溫度,壓力的變 化而變化,并且,0℃以下即使同一濕度,與水共存的飽和水蒸氣壓（esw）和與冰

45、共存的飽和水蒸氣壓（esi）的值不同,通常所采用的是與水 共存的飽和水蒸氣壓（esw）。各溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣壓表JIS-Z-8806在卷末記載。 </p><p>　　露點(diǎn)（Dew Point） </p><p>　　溫度較高的氣體其所含水蒸氣也較多,將此氣冷卻后,其所含水蒸氣的量即使不發(fā)生變化,相對濕度增加,當(dāng)達(dá)到一定溫度時相對rh達(dá)到100%飽和,此時,繼續(xù)進(jìn)行冷卻的話,其中一部分的

46、水蒸氣將凝聚成露。此時的溫度即為露點(diǎn)溫度（Dew Point Temperature）。露點(diǎn)在0℃以下結(jié)冰時即為霜點(diǎn)（Frost Point）。 </p><p>　　2.1.2 濕度傳感器的分類及特點(diǎn)</p><p>　　1、 濕度傳感器的分類</p><p>　　濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都是在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附

47、于感濕材料后，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。 </p><p>　　2、 濕度傳感器的特性：</p><p>　　國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價(jià)格都相差較大，用戶如何選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕(1) 精度和長期穩(wěn)定性</p><p>　　濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~

48、7;5%RH，達(dá)不到這個水平很難作為計(jì)量器具使用，濕度傳感器要達(dá)到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，長期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都

49、在±2%左右，甚至更高。</p><p>　　(2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) </p><p>　　濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同的相對濕度下，其溫度系數(shù)又有差別。溫漂非線性，這需要在電路上加溫度補(bǔ)償式。采用單片機(jī)軟件補(bǔ)償，或無溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葌鞲衅魇潜ＷC不了全溫范圍的精度的，濕度傳感器溫漂曲線的線

50、性化直接影響到補(bǔ)償?shù)男Ч?，非線性的溫漂往往補(bǔ)償不出較好的效果，只有采用硬件溫度跟隨性補(bǔ)償才會獲得真實(shí)的補(bǔ)償效果。濕度傳感器工作的溫度范圍也是重要參數(shù)。多數(shù)濕敏元件難以在40℃以上正常工作。 </p><p>　　(3) 濕度傳感器的供電 </p><p>　　金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時，會導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份

51、的交流電壓。必須是交流電供電。 </p><p><b>　　(4) 互換性 </b></p><p>　　目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。</p><p><b>　　(5) 濕度校正 &

52、lt;/b></p><p>　　校正濕度要比校正溫度困難得多。溫度標(biāo)定往往用一根標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)即可，而濕度的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)較難實(shí)現(xiàn)，干濕球溫度計(jì)和一些常見的指針式濕度計(jì)是不能用來作標(biāo)定的，精度無法保證，因其要求環(huán)境條件非常嚴(yán)格，一般情況，（最好在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。</p><p>　　3、對濕度傳感器性能作初步判斷

53、的幾種方法 </p><p>　　在濕度傳感器實(shí)際標(biāo)定困難的情況下，可以通過一些簡便的方法進(jìn)行濕度傳感器性能判斷與檢查。 </p><p><b>　　(1) 一致性判定</b></p><p>　　同一類型，同一廠家的濕度傳感器產(chǎn)品最好一次購買兩支以上，越多越說明問題，放在一起通電比較檢測輸出值，在相對穩(wěn)定的條件下，觀察測試的一致性。若進(jìn)一步

54、檢測，可在24h內(nèi)間隔一段時間記錄，一天內(nèi)一般都有高、中、低3種濕度和溫度情況，可以較全面地觀察產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，包括溫度補(bǔ)償特性。</p><p>　　(2) 用濕毛巾或利用其它加濕手段對傳感器加濕，觀察其結(jié)露狀態(tài)下的特性、靈敏度、重復(fù)性、升濕脫濕性能，以及分辨率，產(chǎn)品的最高量程等。</p><p>　　(3) 對產(chǎn)品在高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)（根據(jù)說明書標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行測試，并恢復(fù)到正常狀態(tài)下

55、檢測和實(shí)驗(yàn)前的記錄作比較，考查產(chǎn)品的溫度適應(yīng)性，并觀察產(chǎn)品的一致性情況。 </p><p>　　產(chǎn)品的性能最終要依據(jù)質(zhì)檢部門正規(guī)完備的檢測手段。利用飽和鹽溶液作標(biāo)定，也可使用名牌產(chǎn)品作比對檢測，產(chǎn)品還應(yīng)進(jìn)行長期使用過程中的長期標(biāo)定才能較全面地判斷濕度傳感器的質(zhì)量。 </p><p>　　總之，人們使用濕度傳感器的時間越長，認(rèn)識就會越深入和全面。同時，也對產(chǎn)品提出新的要求，這給產(chǎn)品帶來了新的

56、機(jī)遇，推動這項(xiàng)技術(shù)不斷向新的高度發(fā)展。我們相信，濕度傳感器產(chǎn)品會在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。</p><p>　　2.1.3 溫度的相關(guān)概念</p><p><b>　　濕度概念 ：</b></p><p>　　相對濕度（%RH）：給定的濕空氣中，水汽分壓與同一溫度（T）和壓力（P）下純水表面的飽和水汽壓之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 露點(diǎn)

57、溫度（Dp） ：給定的濕空氣在水汽壓不變的情況下，當(dāng)溫度下降達(dá)到某一溫度時，濕空氣的水汽壓達(dá)到該溫度下的飽和水汽壓，飽和水汽開始結(jié)露，該溫度稱之為露點(diǎn)溫度；當(dāng)相對濕度為100%RH時，周圍環(huán)境的溫度等于露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度越低，濕空氣就越為干燥，結(jié)露的可能性就小。 霜點(diǎn)溫度（Tp）：當(dāng)空氣的溫度低于0℃時，水汽在平面上凝結(jié)成霜，因此，稱之為霜點(diǎn)。在0℃以下，霜點(diǎn)總是比露點(diǎn)高一點(diǎn)。 絕對濕度（Dv）：又稱為水汽濃度或者水

58、汽密度。定義為濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總體積之比。單位為  水汽含量（Q）：也稱之為比濕，指濕空氣中的水汽質(zhì)量與濕空氣的總質(zhì)量之比。 混合比（R） ：指濕空氣中所含的水汽質(zhì)量與和它共存的干空氣質(zhì)量的比值，單位為g/kg。 混合比的另一種表示方法為，是以“百萬分之一"為計(jì)算單位表示的水汽與其共存的干空氣的質(zhì)量之比值，在數(shù)值上。 水汽分壓（E）：濕空氣中水汽所占的壓力。</p>

59、<p>　　飽和水汽壓（Ew）：在特定溫度下，水汽達(dá)到飽和時的最大壓力。焓（H）：是指濕空氣從一特定的溫度和濕度變狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)所需要的能量，通常給出的是0℃和0%RH的干燥氣體達(dá)到特定的溫度和濕度狀態(tài)時所需的能量。在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下，濕空氣中水汽所占有的體積與其總體積之比，該值與壓力和溫度無關(guān)。 濕球溫度（Tw）：通風(fēng)干濕表中，由于蒸發(fā)潛熱，濕球的溫度就會比環(huán)境溫度低，由此換算需相對濕度。 平

60、衡相對濕度（ERH）： 是指吸濕物質(zhì)與周圍環(huán)境水汽交換達(dá)到平衡時的相對濕度。</p><p>　　溫度傳感器的分類及特點(diǎn)</p><p>　　溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN

61、結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。</p><p>　　兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連接在一起，對這個連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點(diǎn)的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測量這個電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的

62、溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間。</p><p>　　熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度

63、變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。</p><p>　　溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。 </p><p&g

64、t;　　溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。</p><p>　　接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。 </p><p>　　溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測量物體內(nèi)部的溫度

65、分布。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測量120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量

66、子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測量1.6～300K范圍內(nèi)的溫度。</p><p>　　非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運(yùn)動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。

67、最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見輻射高溫計(jì)）和比色法（見比色溫度計(jì)）。 </p><p>　　非接觸測溫優(yōu)點(diǎn)：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。對于1800℃以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展，700℃以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。<

68、;/p><p>　　2.2器件及模塊的選擇</p><p><b>　　2.2.1處理器</b></p><p>　　采用ATMEL的AT89C51微處理器，是基于以下幾個因素：</p><p>　?。?）89C51為51內(nèi)核，仿真調(diào)試軟硬件資源豐富；</p><p>　?。?）性價(jià)比高，貨源充足；&

69、lt;/p><p>　?。?）DIP封裝，體積小，便于產(chǎn)品小型化；</p><p>　?。?）為程序存儲介質(zhì)，1000次以上擦/寫周期，便于程序調(diào)試；</p><p>　?。?）具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式，便于進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)；</p><p>　　（6）工作電壓范圍寬：2.7～6V，便于交直流供電。</p><p&g

70、t;<b>　　2.2.2轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　本文采用的轉(zhuǎn)換器是：ATC0809轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　ADC0 8 0 9是一種 8路模擬輸入逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 ,由于價(jià)格適中 ,與單片機(jī)的接口、軟件操作均比較簡單 ,目前在 8位單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的使用。ADC0 80 9由 8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位 A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出

71、鎖存緩沖器組成。其主要性能指標(biāo)有：</p><p><b>　　1、分辨率</b></p><p>　　分辨率表示轉(zhuǎn)換器對微小輸入量變化的敏感程度，通常用轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來表示。n位轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量變化范圍為0～2n-1，當(dāng)輸入電壓滿該度為XV時，則轉(zhuǎn)換電路對輸入模擬電壓的分辨能力為X/2n-1。如果是8位的轉(zhuǎn)換器，5V滿量程輸入電壓時，則分辨率為5/28-1=

72、1.22mV。2、精度</p><p>　　精度通常有最小有效位的LSB的分?jǐn)?shù)值表示。目前常用的A/D轉(zhuǎn)換集成芯片精度為1/4～2LSB。3、轉(zhuǎn)換時間4、溫度系數(shù)和增益系數(shù)5、對電源電壓變化的抑制比</p><p>　　2.2.3溫度傳感器</p><p>　　本文溫度傳感器采用了接觸式熱電偶溫度傳感器，根據(jù)前文基礎(chǔ)知可以知道接觸式熱電偶溫度傳感器具有如下特

73、點(diǎn)：</p><p>　　雖然它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，不適合測量微小的溫度變化，但是，由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。非接觸式傳感器其測溫范圍比較大，糧倉測溫不需要這種值度，所以不宜采用，采用接觸式熱電偶傳

74、感器在糧倉中測溫最適宜。</p><p><b>　　計(jì)算方法有：</b></p><p>　　溫度測量是建立在熱平衡定律的基礎(chǔ)上的，根據(jù)溫度的不同，可將溫度測量的方法分為接觸式和非接觸式兩類。由于非接觸式測溫方法是基于物理的熱輻射能隨溫度變化的原理，用在本系統(tǒng)中不合理，故本系統(tǒng)中我將采用接觸式測溫計(jì)，其中接觸式測溫計(jì)熱電偶測溫計(jì)和熱電阻測溫計(jì)，由于熱電偶的更適合本系

75、統(tǒng)的應(yīng)用且課本《檢測技術(shù)及儀表》中關(guān)于這方面的知識比較熟悉，所以綜上所述，溫度傳感器里將用熱電偶溫度計(jì)。</p><p>　　熱電偶溫度計(jì)的可用冷端溫度補(bǔ)償方法：</p><p>　?。?）0℃恒溫法 </p><p>　　（2）計(jì)算修正法；設(shè)計(jì)計(jì)算公式：</p><p>　　Eab（t，to）= Eab（t ，th）+ Eab（th，to

76、） （2-1）式</p><p>　?。?）補(bǔ)償電橋法，本文主要采用補(bǔ)償電橋法測溫。</p><p>　　2.2.4濕度傳感器</p><p>　　采用集成濕度傳感器HS15傳感器，基于以下特點(diǎn)選擇：</p><p>　　(1) 精度和長期穩(wěn)定性：濕度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±2%~±5%RH</p>&

77、lt;p>　　(2) 濕度傳感器的溫度系數(shù) ：濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)</p><p>　　(3) 濕度傳感器的供電：金屬氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化鋰等濕敏材料施加直流電壓時，會導(dǎo)致性能變化，甚至失效，所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流成份的交流電壓。</p><p>　　(4) 濕度校正：一般情況，（最好

78、在濕度環(huán)境適合的條件下）在缺乏完善的檢定設(shè)備時，通常用簡單的飽和鹽溶液檢定法，并測量其溫度。</p><p>　　(5) 互換性：目前，濕度傳感器普遍存在著互換性差的現(xiàn)象，同一型號的傳感器不能互換，嚴(yán)重影響了使用效果，給維修、調(diào)試增加了困難，有些廠家在這方面作出了種種努力，（但互換性仍很差）取得了較好效果。</p><p><b>　　2.2.5測控模塊</b><

79、;/p><p>　　測控模塊是檢測各分機(jī)所在糧倉的溫濕度數(shù)據(jù)，其中可由兩個電路組成分為2個電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1. RC復(fù)位電路</p><p>　　按有效電平分，有高電平輸出、低電平輸出兩種；按功能分，有簡單的電源監(jiān)視復(fù)位電路、帶“看門狗”定時器（WATCH DOG Timer,WAT）的監(jiān)控電路等多種類型。</p><p>&

80、lt;b>　　圖2-1 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　2.μP監(jiān)控電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的是RC復(fù)位方式。RC復(fù)位電路的實(shí)質(zhì)是一階充放電電路。該電路提供有效的復(fù)位信號RST（高電平）直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤消復(fù)位信號（低電平）。</p><p><b>　　2.2.6顯示模塊<

81、/b></p><p>　　本系統(tǒng)顯示采用8位LED共陽極數(shù)碼管，其中四位用于顯示溫度數(shù)，四位用于顯示濕度數(shù)，其目的是為了簡化顯示電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)亮度可調(diào)的要求，該顯示電路采用了與一般的電阻限流方式不同的實(shí)現(xiàn)方式，由此減少了4*8=32個限流電阻，簡化了硬件系統(tǒng)。部分內(nèi)部圖如下：</p><p>　　圖2-2 8個晶體管的連接示意圖</p><p>　　發(fā)光

82、二極管LED（Light Emitting Doide）是智能化測量儀器中簡單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機(jī)器的狀態(tài)或其他信息。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、壽命長，對電壓電流的要求低及容易實(shí)現(xiàn)多路顯示等，因此在智能測量儀中獲得了廣泛的應(yīng)用[7]。</p><p>　　多個LED可接成共陽極或共陰極形式，通過驅(qū)動器接到系統(tǒng)的并行輸出口上，由CPU輸出適當(dāng)?shù)拇a來點(diǎn)亮或熄滅相應(yīng)的LED。</p><p&g

83、t;　　如下表所示本系統(tǒng)中用到得共陽數(shù)碼管顯示器的基本參數(shù)表，由表可知：LED是近似于恒壓的元件，導(dǎo)電時（發(fā)光）的正向壓降一般約為1.6V或2.4V左右，反向擊穿電壓一般大于等于5V。工作電流通常在10～20mA左右，故電路中需串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛０l(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比。發(fā)光 頻率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用綠色或黃色。 </p><p>　　表2.數(shù)碼管基本參數(shù)表&

84、lt;/p><p><b>　　2.2.7報(bào)警模塊</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路，其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)或記過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進(jìn)行報(bào)警，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制，下面給出了本電路的連接電路。</p><p>　　圖2

85、-3 三極管驅(qū)動的峰鳴音報(bào)警電</p><p>　　第三章 糧倉溫室度檢測系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需求及總體的思路，設(shè)計(jì)出如下總體框圖：</p><p>　　通過溫室度傳感器在糧倉內(nèi)部某個面積采集相關(guān)的溫室度數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為單片

86、機(jī)可識別的數(shù)字信號，單片機(jī)插上電源后就會開始工作，對數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯識別，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后，顯示器將數(shù)字顯示出來，對數(shù)字進(jìn)行比較較真，當(dāng)測得的值大于預(yù)定值則自動啟動報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警，通知 相關(guān)人員記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　論文設(shè)計(jì)過程：</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)過程可以分為三個階段，即分析階段，設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段。分析階段。分析階段：為

87、本論文的開始，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提階段，分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總括，初步了解系統(tǒng)硬軟件部分的主要性能，并初步的確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)階段：在已經(jīng)分析好的基礎(chǔ)上開始著手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計(jì)和軟件部分的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)階段：到了此階段說明系統(tǒng)基本上已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，并確定了系統(tǒng)的全部安裝連接工作，這時只要驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。具體的流程可概括如下：</p><p>　　了解系統(tǒng)的總體概況，初步確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。<

88、;/p><p>　　對系統(tǒng)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，主要由兩部分：硬件的設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：對已設(shè)置連接好的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試制作，確定系統(tǒng)的可行性。</p><p>　　上面為具體的設(shè)計(jì)流程。</p><p>　　3.2單片機(jī)在系統(tǒng)中的工作的原理（過程）</p><p>　　各功能腳在設(shè)計(jì)中的功能及PI口的

89、連接電路</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，單片機(jī)的P0口用于LED顯示，P1.0-P1.5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的繼電器，P1.6、P1.7為獨(dú)立式鍵盤接口作為人工按鈕，P2接溫溫濕度傳感器，P3連接蜂鳴報(bào)警器和發(fā)光二極管等。PI口在工作時連接情況如下：</p><p>　　圖3-1 P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3-2 P1口作為I/O口實(shí)驗(yàn)線路圖</p

90、><p><b>　　工作過程：</b></p><p>　　當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的

91、輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。當(dāng)具體工作時可用圖3-3來描述。</p><p>　　圖3-3 單片機(jī)系統(tǒng)工作原理簡圖</p><p>　　P3口在系統(tǒng)中的連接設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)P3口在系統(tǒng)連接時接到蜂鳴報(bào)警器和發(fā)光二

92、極管，即顯示部分，P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下列所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外

93、部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　圖3-4 單片機(jī)P3口接顯示模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　注：單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯的程序可見附錄。</p><p>　　3.3

94、ATC0809轉(zhuǎn)換器</p><p>　　8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器 ，直接與微處理器相連，不需另加借口邏輯。A/D轉(zhuǎn)換芯片ATC08091與單片機(jī)采用串行通信方式，它通過一個三態(tài)輸出端（DATAOUT）和2個輸入端（包括I/OCLOCK（I/O時鐘）和（片選）與AT89C51的P1.0～P1.2接口相連，這樣不僅簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少了電路板的占用面積，而且提高了可靠性，同時分辨率也較高。轉(zhuǎn)換器先是接受到溫濕度傳

95、感器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會經(jīng)過它的模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，其中溫度傳送和A/D轉(zhuǎn)換電圖接線圖</p><p><b>　　如圖3-5所示，</b></p><p>　　圖3-5 溫度傳送和A/D轉(zhuǎn)換電圖接線圖</p><p>　　3.4熱電偶溫度傳感器</p><p><b>　　3.4.1補(bǔ)償電橋</b><

96、;/p><p>　　補(bǔ)償電橋法：補(bǔ)償電橋是一個直流不平衡電橋，在它的四個橋臂中，有一個銅電阻Rcu，銅的電阻溫度系數(shù)較大，其電阻值隨溫度而變。其余的三個橋臂由阻值由阻值恒定的錳銅電阻制成，電橋與熱電偶的連接方式如圖3-6所示。</p><p>　　特別要注意的事，橋臂Rcu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度下。設(shè)計(jì)時使Rcu在0℃時，熱電勢將減小。但這是時Rcu增大，使電橋不平衡，出現(xiàn)Ua

97、b>0而且其極性恰好使Uab與熱電勢Eab（t，to）同向串聯(lián)，使輸出值得到補(bǔ)償。如果電阻Rcu選擇適合，可使得Uab增大的值恰恰等于熱電勢減小的值，從而完全避免了to的變化對測溫的影響</p><p>　　根據(jù)不同熱電偶的熱電特性，設(shè)計(jì)了不同的補(bǔ)償電橋。補(bǔ)償電橋目前已有定型的產(chǎn)品，一般可以在0∽40 0℃的范圍里奇補(bǔ)償作用。只要冷端溫度的波動不超過此范圍，由輸出信號即可直接利用熱電偶的分度表查出被測溫度。

98、</p><p>　　如果補(bǔ)償電橋是按0℃時電橋平衡設(shè)計(jì)的，則可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到0℃；若在設(shè)計(jì)時，令電橋在20 0℃時達(dá)與平衡，則應(yīng)將顯示儀表的零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到20 0℃。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)注意的是：補(bǔ)償電橋只適用于顯示儀表采用毫伏計(jì)的情況下。當(dāng)選用電子電位差計(jì)時，因儀表內(nèi)部橋路中設(shè)置有冷端溫度補(bǔ)償電阻Rcu，所以不必再加補(bǔ)償電橋。</p><p&g

99、t;　　圖3-6 冷端溫度補(bǔ)償電橋原理圖</p><p><b>　　3.5濕度傳感器</b></p><p>　　濕度檢測儀的主電路包括：（1）系統(tǒng)時鐘電路；（2）系統(tǒng)復(fù)位電路；（3）按鍵電路；（4）顯示電路；（5）電源控制電路；（6）濕度檢測傳輸及A/D轉(zhuǎn)換電路六部分組成。</p><p>　　集成濕度傳感器HS15的輸出電壓在1～4V之

100、間隨濕度呈線性變化，設(shè)計(jì)的濕度信號采集電路如圖2.6所示，該電路測濕范圍為0%～100%RH。由于該電路中沒有出現(xiàn)負(fù)壓，電路主體采用差分式減法電路，精密電阻2.4KΩ， 2KΩ，用這四個電阻可調(diào)節(jié)增益。通過HM1500傳感器測量所得到的濕度電壓信號從IN輸入。</p><p>　　HS15特別適用使用于10～98%RH環(huán)境的精確測量，超過上述范圍將不會對HS15穩(wěn)定性造成影響。</p><p&

101、gt;<b>　　具體的流程圖如下：</b></p><p>　　圖3-7 濕度傳感器在系統(tǒng)中應(yīng)用的主要流程圖</p><p>　　3.6 系統(tǒng)附帶電路及元件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)時鐘電路的設(shè)計(jì)如圖3-8所示。對于時間精度要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖3-8進(jìn)行設(shè)計(jì)就

102、能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行，但是由于圖中的C11、C12電容起著系統(tǒng)時鐘頻率調(diào)和穩(wěn)定的作用，因此，在本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用一定要注意選擇參數(shù)為30pF，并保證電路具有良好的對稱性。同時，要保證其溫度系數(shù)要盡可能的低。實(shí)驗(yàn)證明，這兩個電容元件對系統(tǒng)的檢測誤差有較大的關(guān)系。</p><p>　　圖3-8系統(tǒng)時鐘電路</p><p>　　3.6.2按鍵與按鈕的設(shè)計(jì)</p><p&g

103、t;　　按鍵與按鈕電路的設(shè)計(jì)見系統(tǒng)原理圖中S1。按鍵與按鈕電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的就是按鍵去抖動問題（簡稱“去抖”）。一般有硬件去抖和軟件去抖兩種方式。過去硬件去抖電路通常采用分立元件或觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，目前時常上已有硬件去抖專用接口芯片，例如：MAXIM公司MAS6815～1818，均為單電源供電，電壓為2.7～5.5V，分別為單輸入、雙輸入等形式，輸出端具有欠壓鎖定功能。這里考慮到系統(tǒng)的硬件簡化和成本，沒有采用硬件去抖，而采用軟件去抖。&l

104、t;/p><p>　　3.6.3 電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　電源電路是給電子設(shè)備提供必要的電源能力的電路，就輸入和輸出而言，在集成電路中的主要采用的是交流220V，50Hz的市電轉(zhuǎn)換為直流電。該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。應(yīng)當(dāng)說明的是，盡管有很多型號的7805三端穩(wěn)壓集成芯片，其標(biāo)稱最大輸出電流均為1.5A，但是在實(shí)際應(yīng)用中，該最大輸出電流值往往取決于兩個方面：（1）足夠

105、的散熱面積；（2）不同的生產(chǎn)廠家。按照許多開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)，ST公司的7805三端穩(wěn)壓塊能接近標(biāo)準(zhǔn)稱值。在設(shè)計(jì)中，必須保證7805的輸入電壓和輸出電壓的壓差大于2.5V。否則會失去穩(wěn)壓能力。同時考慮到功耗，增加芯片的溫升，不利于安全。因此，選用9V。當(dāng)交流電源失電或撤消試銷時，電壓為6V的直流電源通過二極管投入作用，硅二極管的導(dǎo)通電壓降約為0.2V，因此滿足系統(tǒng)電源要求。</p><p><b>　　3.7

106、系統(tǒng)軟件部分</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分可以分為三個大致過程，可用下總體框架圖概括：</p><p><b>　　3.7.1顯示設(shè)計(jì)</b></p><p>　　四位數(shù)碼管顯示電路如圖3-9所示。從圖中可知，該顯示電路采用了與一般的電阻限流方式不同的實(shí)現(xiàn)方式，由此減少了4*8=32個限流電阻，簡化了硬件系統(tǒng)。每筆畫

107、段二極管正常發(fā)光時的電流一般為10mA左右（當(dāng)然，電流大小取決于選用數(shù)碼管是普亮、高亮還是超高亮類型的不同），其兩端壓降約為2.0V，也就是說只要數(shù)碼管的公共端加上+2.0V以上的電壓，即可滿足每筆畫段發(fā)光二極管的發(fā)光要求，而且適當(dāng)調(diào)節(jié)此電壓值即可改變發(fā)光二極管的電流，從而達(dá)到可調(diào)節(jié)亮度的目的。此電壓采用三端可調(diào)穩(wěn)壓電路LM317來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖3-9 四位數(shù)碼管顯示電路</p>&

108、lt;p>　　為了節(jié)省CPU的端口數(shù)，顯示電路采用了串行通信口的串行顯示接口方式，利用串口0工作方式， 在發(fā)送TXD端口（P3.1）的時鐘信號的作用下，通過接收RXD端口（P3.0）將顯示段碼串行數(shù)據(jù)送入8位并行輸出移位寄存器74LS164，控制響應(yīng)的數(shù)碼管。端口P3.2的作用是通過LM317控制數(shù)碼管顯示的開啟與關(guān)閉，當(dāng)P3.2為低電平時，Q1關(guān)斷，LM317的輸出電壓低于1.5V，不足以發(fā)光，避免了在顯示數(shù)據(jù)刷新時顯示的抖動現(xiàn)

109、象。</p><p><b>　　3.7.2報(bào)警模塊</b></p><p>　　峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MSP430的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖2.4.3-2中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.2輸