1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的粮仓温湿度检测系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要I摘 要本文以单片机为核心，实现了对粮仓内粮食的温度与湿度的监视和控制。系统电路主要由单片机、温度传感器、湿度传感器、AD 转换器以及部分放大器组成。可以实现实时监测、及时控制以及准确显示的功能。该系统具有反应灵敏的特点，当温度与湿度发生变化时，传感器可以感受到这种信号的变化，经过放大器的作用，将这种微弱信号放大再经过AD转换器转换为易于计算机识别的信息方式，计算机接收到信息，做出相应的措施。单片机AT89S52对数据进行处理，并且送给数码管显示。经实验
2、测试，温度变化范围为525，测量精度为1；湿度变化范围为40%+65%RH，测量精度为3%RH。这种设计方法具有以下优点：功耗低、性能可靠、结构简单、使用直观方便。关键字：单片机 AT89S52，温度传感器，湿度传感器， AD 转换器，放大器AbstractIIAbstract Based on the single chip as the core, the barn temperature and humidity can be monitored and controlled. The system circuit is composed of a single-chip microco
3、mputer, temperature sensor, humidity sensor, AD converter and amplifier. Can achieve real-time monitoring, timely and accurate control and display functions.The system has the characteristics of quick reaction, when the temperature and humidity change, the sensor can feel this signal changes, throug
4、h the amplifiers function, this kind of weak signal amplification through AD converter for converting to computer identification information, the computer receives the information, make corresponding measures. AT89S52 is single-chip microcomputer for data processing, and sent to the digital tube dis
5、play. By the experiment, the temperature variations in the range of 5 25, the control precision is 1; humidity range is 40% +65%RH, the control precision is 3%RH. This design method has the following advantages: low power consumption, reliable performance, simple structure, convenient use.Key words:
6、 Single chip AT89S52, temperature sensor, humidity sensor, AD converter, amplifier目 录III目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III第一章 绪 论 .11.1 背景 .11.2 相关领域国内外技术和发展趋势 .1第二章 下位机系统的设计与实现 .32.1 温度采集与放大部分 .32.1.1 温度传感器的选择 .32.1.2 放大器的选择 .42.2 湿度采样电路设计 .62.2.1 湿度传感器的分类及特点 .62.2.2 湿度传感器的选择 .72.2.3 湿度信号的测量原理 .82.2.4 湿
7、度信号的温度补偿 .92.3 A/D 转换电路 .102.3.1 A/D 转换的常用方法 .102.3.2 ADC0809 的内部结构及使用说明 .112.4 AT89S52 单片机简介 .142.5 显示模块的设计 .162.5.1 LED 数码管简介 .162.5.2 LED 显示方式 .18第三章 多机通讯原理及其协议的实现 .19第四章 系统的总体结构与软件设计 .224.1 系统结构分析 .224.2 系统性能的分析 .234.3 软件设计 .234.4 数码显示部分 .26目 录IV总 结 .28参考文献 .29致 谢 .30附录一 源程序 .31电路原理图 .34第一章 绪 论-
8、 1 -第一章 绪 论1.1 背景正所谓“粮食打进仓，莫忘灾与荒” ，这句诗句将粮食贮存的重要性表现的淋漓尽致。我国乃是拥有 12 亿人口的泱泱大国，套用一句古语“民以食为本” ，没有充裕的粮食，何以谈兴国，何以谈安邦？因此拥有足够多的粮食储备对应于我们的国家建设以及人民生活水平的提高具有十分重要的意义。粮食储备是当代农业生产中一项重要环节，每年因为粮食的不合理储存方式而导致的粮食发霉和腐烂等事例数不胜数。我国建设的粮仓多为大型的平房仓，一般粮堆高度为 5 到 6 米，以往的粮食储备多以人力为主，通过晾晒、通风、喷洒药剂等方式来防止粮食变质，这种方法不仅费力而且效果并不是十分理想。如何通过有效
9、而又科学的方式来进行粮仓温度检测是本设计的重点。随着时代的进步和发展，利用数字温度传感器进而实现对温度的测试与控制得到飞速的应用，单片机技术已经普及到我们生活中的方方面面。以往的温度检测多以热敏电阻为传感器，这类传感器不仅稳定性差、测量温度准确率低，而且电路复杂。因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制，这样易于智能化控制。1.2 相关领域国内外技术和发展趋势粮食储存技术的关键是粮情温度测控技术，时至今日国内对于生产粮情温度测控系统产品的研究越来越多，其种类各是各样，系统结构千奇百怪，但其基本功能无外乎粮仓内外温湿度检测（传感器） 、粮食温湿度的分析及显示、温湿度控制
10、三项，鉴于粮食储藏的特殊性，系统功能的重点在于储粮内部温湿度的检测和分析上。随着国内外对于此技术的重视，可以说谁掌握了更完善的技术，谁就可以把握住先机，为今后发展做好更好的铺垫。在不久的将来，有更多的完美系统呈现在我们的面前。当今社会对于粮情的情况测量控制系统已经具备多种功能，例如报警、自动的储存以及生成列表。即便这样，在粮食系统中仍然存在很多的缺点急需解决。 （1)由于粮食测温系统采用的是模拟信号的传第一章 绪 论- 2 -输方式，其工作情况不稳定、对干扰的抵抗能力差、测量的精度很低。 (2)防雷击效果不好；由于系统内大多未采取 SPD 浪涌保护器，高次谐波也经常击毁电子器件。 (3)测量和
11、控制软件的设计有缺陷，该软件的主要功能和性能指标没有具体的或定量的要求，导致目前大多数系统软件的功能是不均匀的，并使用标准的操作系统。(4)伴随着粮食情况测控系统生产厂家的增多，对此系统的生产又没有一个统一的标准，从而使得软件和硬件的接口标准不统一、相关产品的型号各不相同以及系统的功能各不相同等等一系列的混乱不堪的局面。 未来粮食情况测量控制系统将逐步向多功能集成化、数字化、以及自动调节控制以及数据的远距离传输的方向慢慢的发展。到那时所有的测试单元将具有多功能，不仅可以检测到粮食仓库的温度，而且可以测试粮食的湿度和虫害情况，在这个系统中每个测试单元都是嵌入式的 PC，系统形成一个总线或以太网所
12、连接的数字网络。第二章 下位机系统的设计与实现- 3 -第二章 下位机系统的设计与实现本次设计的硬件电路由单元电路由单片机 AT8952、温度采集及放大电路、A/D 转换、湿度采集电路和显示电路组成。2.1 温度采集与放大部分当今的社会已经是信息的时代，在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段、传感器类似于人的五官，当人体从外界感受到刺激时，例如嗅觉刺激、味觉刺激以及视觉刺激，人体感受到这种变化并且将其传递给我们的大脑，大脑会根据此刺激做出相应的应急措施。2.1.1 温度传感器的选择在本设计中采用的是集成温度传感器AD590。
13、AD590与LM741联合使用，它的测温效果是十分理想的。这种结构的测温系统，不仅线性度比较好，测量的精度较高，最重要的是这种系统具有消除电源电压波动的特性 1。使用这种方案，我们不需要再费力的进行线性校正，而且对于软件编程这一方面很方便。（1）AD590的内部结构。. .V +V -T 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7C 1T 8T 1 2R 4R 3T 9T 1 0T 1 1R 1R 2R 5R 6图 2-1 AD590 的内部结构第二章 下位机系统的设计与实现- 4 -图 2-1 所示是 AD590 的内部电路，R5、R6 是有薄膜工艺制成的低温度系数的电阻，主要是在出厂之前用于调
14、整。T7、T8，T10 二极管是对称的 Wilson 电路，其作用实用来提高电路的阻抗。最后介绍一点，T5、T12 和 T10 为启动电路，而且 T5 是恒定的偏置二极管。当电源反接时，T6 主要是用来保护电路以避免损坏的，与此同时，T6 还可以使左右两支路得到对称。R1，R2 为发射极反馈电阻，主要用于再次的提高阻抗。T1T4 这种连接方式，主要是为热效应而设计的。但是 C1 和 R4 的功能可以用来防止寄生振荡电路的产生 2。该电路的设计使得 T9，T10，T11 三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流 I 的13。T9 和 T11 的发射结面积比为 8：1，T10 和 T11 的发射
15、结面积相等。T9和 T11 的发射结电压互相反极性串联后加在电阻 R5 和 R6 上，因此可以写出：U BE（R 62 R 5）I3 。(2)AD590 温度采集电路1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 10-Jun-2012 Sheet of File: C:UserslenovoDocumentsTencent Files1289803777FileRecvMyDesign(2).ddbDrawn By:P1.01 P1.12 AT89S52P1.34 P1.45P1.56 P1.67P1.78 RST/vpd9RX
16、D/P3.010 TXD/P3.111INT0/P3.212 INT1/P3.313T0/P3.414 T1/P3.515WR/P3.616 RD/P3.717XTAL218 XTAL119GND20P1.23P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28PSEN 29ALE 30EA/VPP 31P0.7(AD7) 32P0.6(AD6) 33P0.5(AD5) 34P0.4(AD4) 35P0.3(AD3) 36P0.2(AD2) 37P0.1(AD1) 38P0.
17、0(AD0) 39VCC 40AT89S52C160pf Y112M+5C260uf+5+5R910kC322ufD017 D114D215 D38D418 D519D620 D721EOC7B24 C23ALE22 OE9START6CLK10IN0 26IN1 27IN2 28IN3 1IN4 2IN5 3IN6 4IN7 5VCC 11VREF- 16VREF+ 12GND 13A25ADC0809+5EOCEOCD5 Q 1CLK3Q 2R4S6 74LS74A+5+5ALEALECOM 12 23 34 45 56 67 78 89 9J3PAIZUP0.0P0.1P0.2P0.3P
18、0.4P0.5P0.6P0.7Q4PNPQ3PNPP0.0Q2PNPP0.1Q1PNPP0.2VCCP0.3VCCP0.4VCCP0.5VCCP0.6R9RES2P0.7R8RES2VCCR8RES2 R7RES2a bfcgdea bfcgdea bfcgdea bfcgde41231121019a 1b 2c 3d 4e 5f 6g 7gh 8com13wei1wei2wei3wei4wei3wei4wei1wei2R24RES2R23RES2D5DIODED4DIODE+5p2.5p2.6p2.6p2.5R1 1KR2 1KR3 1KR4 1KR5 1KR6 1KR7 1KR8 1KTR
19、IG2THOLD6DISCHG7RESET4VCC8 OUT3CVOLT5GND 1555 HS1101CAPVARR191KR1756KR16RES2R18900KVCCT1T1AR1OPAMPAR2OPAMPAR3OPAMPR1110kR1310kR1410kR12RES2+5+5R1010k+5+5+5+5+5AD590+5R1510kSignalSignalRO1 RE2DE3 DI4 SGND 5B 6A 7VCC 8R?RS485RXDTXD 123CON3R2247KR2147KR2047K C?CAP C?CAP1 16R2A220UH1 16R1A220uHD1DIODED2
20、DIODED3DIODE+5TXDRXD ControlControl图 2-2 AD590 温度采集电路2.1.2 放大器的选择放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。（1）放大器的主要性能指标增益：放大电路总共有四种电路，即电压增益、电流增益、互阻增益、互导第二章 下位机系统的设计与实现- 5 -增益。实际反映了放大电路在输入信号的作用下，将供电电源的能量转换为信号能量的能力。输入电阻：放大器的输入电阻是指从放大电路输入端向右看进去的等效电阻，定义为输入电压与输入电流的比值。输出电阻：从放大电路的输出端向右看进去，可以等效为开路电压与等效
21、电阻的串联。最大不失真输出幅度：最大不失真输出幅度指的是当输入信号放大，使输出波形不失真时的最大输出幅度。通频带：下限截止频率和上限截止频率之间形成的频带。（2）放大器 LM741 的引脚图在本次设计中，我所采用的放大器为 LM741 型运算放大器。LM741 型运算放大器在工业生产及生活中具有广泛的应用 741 放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出 3。放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由12Vdc 至18Vdc 不等，而一般使用15Vdc 的电压。1234 5678 NCV+OUTPUTOFFSETNULLO F F S E TN U L LI N ( - )I N ( + )V E E图 2-3 LM741 的引脚图741 运算放大器使用时需于 7、4 脚位供应一对同等大小的正负电源电压Vdc 与Vdc，一旦于 2、3 脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放
