1、毕业设计（论文）基于单片机的粮仓温湿度控制系部自动控制系专业电气自动化班级姓名学号指导老师二零一二年五月摘要I摘要温湿度的控制直接影响到粮食存储系统的性能。因此，粮食温湿度测控技术在农业上的应用是十分重要的。本文设计了以单片机为核心控制器以RS232总线为数据传输模的粮仓温湿度监控系统。其中控制器选用两片STC12C5A60S2单片机，并构成主从结构。采用数字温度传感器DS18B20进行测温和可变式湿度传感器HS1101与555定时器结合测湿度。同时增加键盘控制电路、LCD显示电路、以及外存储电路等。不仅给出了各电路的硬件设计，并且相关环节给出了详细的程序流程图。该系统具有精度高，速度快，稳定
2、性好等特点，也可应用于其它相关的温度和湿度控制系统，通用性较强。关键词单片机；温度传感器DS18B20；湿度传感器HS1101；RS232ABSTRACTIIABSTRACTCONTROLLINGTOTHETEMPERATUREANDHUMIDITYDIRECTLYAFFECTTHEPERFORMANCEOFGRAINSTORAGESYSTEMTHEREFORE,THEGRAINTEMPERATUREANDHUMIDITYMONITORINGANDCONTROLTECHNOLOGYINTHEAPPLICATIONOFAGRICULTUREISVERYIMPORTANTTHISPAPERDESI
3、GNEDTHEGRANARYANDHUMIDITYCONTROLSYSTEMWITHAMICROCONTROLLERASTHECORECONTROLLERANDRS232BUSFORDATATRANSFERMODEWHICHTHECONTROLLERSELECTSTWOSTC12C5A60S2MICROCONTROLLER,ANDCONSTITUTESAMASTERSLAVESTRUCTUREITADOPTSADVANCEDDIGITALSENSORDS18B20TOMEASURETEMPERATUREANDVARIABLEHUMIDITYSENSORHS1101TOMEASUREHUMIDI
4、TYWITHTHECOMBINATIONOF555TIMERWHILEINCREASINGTHEKEYBOARDCONTROLCIRCUIT,LCDDISPLAYCIRCUITS,ALARMCIRCUITS,ANDEXTERNALSTORAGECIRCUITANDHAVEGIVENCIRCUITHARDWAREDESIGNANDADETAILEDFLOWCHARTOFTHEPROGRAMFORRELATEDAREASTHESYSTEMNOTONLYHASHIGHACCURACY,SPEED,GOODSTABILITY,BUTALSOCANBEAPPLIEDOTHERRELATEDTEMPERA
5、TUREANDHUMIDITYCONTROLSYSTEM,UNIVERSALSSTRONGKEYWORDSMICROCONTROLLERTEMPERATURESENSORDS18B20HUMIDITYSENSORHS1101RS232目录I目录第1章绪论111项目研究的背景112粮情监测系统国内外研究动态113本文研究内容及系统实现功能2第2章系统方案论证及总体设计321系统方案论证322系统实现功能323系统总体框图设计324系统各部分电路设计及器件选型4241温度传感器选4242湿度传感器设计7243单片机选型及单片机间通信8244单片机与PC机通过RS232通信102451602液晶显示
6、电路11246AT24C01存储器15第3章硬件电路设计1731单片机最小系统的设计1732矩阵键盘电路设计1833液晶显示电路设计1834测温电路1935电源电路设计21第4章软件设计2241主程序流程图2242温度测量程序2343湿度测量程序2444RS232程序24第5章总结25参考文献26致谢27基于单片机的粮仓温湿度控制1第1章绪论11项目研究的背景粮食储藏是国家为防范战争、灾荒及其它突发性事件而采取的有效措施，因此，粮食的安全储藏具有重要意义。目前，我国地方及垦区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食存储变质问题。根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温湿度，以便及
7、时采取相应的措施。但大部分粮库目前还是采取人工测温的方法，不仅使粮库工作人员量增大，而且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检测任务如不能及时彻底完成，则有可能会造成粮食大面积变质。据有关资料统计，我国每年因粮食变质而损失的粮食达数亿斤，直接造成的经济损失是惊人的。影响粮食安全储藏的主要参数是粮食的温度和湿度，这两者之间又是互相关联的。粮食在正常储藏过程中，含水量一般在12以下为安全状态，不会产生温变，一旦粮库进水、结露等使粮食的含水量达到20以上时，由于粮食受潮，胚盘发芽，新陈代谢加快而产生呼吸热，使局部粮食温度突然升高，必然引起粮食“发烧”和霉变，并可能形成连锁反应，从而造成不可挽回的损失。为
8、此，研究与设计以机为控制核心，基于数字温度和湿度传感器的自动测试系统,对库区内每个库房中各点位的温度及湿度的变化情况进行实时自动测试，一旦出现异常现象便于及时处理,有效地提高事故的预见性和工作效率有着重要的实际推广价值和理论研究意义。12粮情监测系统国内外研究动态早期粮情监测主要采用温度计测量法，它是将温度计放入特制的插杆中，根据经验插在粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出读数，确定粮温的高、低，决定是否倒粮。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时
9、有发生。伴随科技的发展，从70年代开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器、报警器等组成的储粮检测的系统的出现，可对粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度和精度大大提高，降低了劳动强度。但由于电阻传感器的灵敏度低，使检测的精度、系统可靠性不够理想。直到90年代，粮情检测系统有了改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集布线的线路，河南机电高等专科学校毕业论文2在传感器方面采用了半导体和热电耦等；在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数；采用单片机进行处理，并采用各种手段提高数据传输和检测速度，通过软硬件结合，检测精度和可靠性较以前有很大提高。近年来，随着单片机
10、的日益成熟和计算机的广泛应用，粮食测控系统的准确性和稳定性要求越来越高，寻找测控系统最佳配置和最好性价比成为当前研究的热点。国外在粮情测控技术上已经达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器已广泛应用于测控系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管心上集成了半导体温度检测芯片和数据信号转换芯片、计算机接口芯片、存储芯片等，不仅完成温度检测功能外，还完成预置范围内的温度、报警、A/D转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题，及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。影响粮仓温湿度监控技术的重要因素是传感器的技术的发展。目前，
11、国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、分线器等，技术也比较成熟“数字传感技术、通信技术、计算机成为当今信息技术的三大基础，计算机监控技术己成人们关注的热点。13本文研究内容及系统实现功能本课题在传统监测的基础上，研究基于RS232通信的单片机控制的温湿度监测系统。主要研究内容包括以下几方面1对基于单片机的粮仓温湿度监控系统进行了总体设计，包括系统的总体方案的设计，系统组成以及系统的功能分析。主要设计了基于多单片机的温湿度控制电路，还有外围湿度采集、显示、温度采集和上位机通讯电路；2完成基于单片机的粮仓温湿度监控系统的硬件电路设计，包括温度采集、湿度采集、单片机部分
12、、串口通讯电路、时钟电路等设计；3进行单片机的软件结构设计，包括温度采集、湿度采集、单片机之间通信、单片机通过RS232与PC通信等。基于单片机的粮仓温湿度控制3第2章系统方案论证及总体设计21系统方案论证方案一采用温度传感器采集温度，经过放大电路处理后，有模数转换器ADC0804将模拟量转换成数字量；采集湿度是将HS110置于555定时器组成的振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，经过与单片机相连，通过数据口输出送到数码管进行实时显示。方案二本方案的控制器用两片STC12C5A60S2单片机，这两片单片机构成主从关系，一片用作测温湿度分机，一片用作温湿度主机。采用温度传感器
13、DS18B20测的温度值和湿度传感器HS1101与555定时器相结合测的湿度值通过从机的控制与传递，送到主机，主机控制液晶显示模块，把读到的数据显示在液晶显示器上，用户可以通过观察显示的数据了解粮仓内的存储情况。我采用的是方案二，因为方案二采用DS18B20数字温度传感器进行测温度精度高且更加方便，无需使用A/D转化器把模拟信号转换为数字信号，使得系统更加简单。方案二系统测量精度高，速度快，稳定性好等。22系统实现功能该系统根据需要，具有以下几点功能1温湿度数据的采集可以通过温湿度传感器多粮仓各点温湿度实时精确监测采集，这就需要温湿度传感器精度和适用场合能满足设计要求，处理器能及时控制传感器采
14、集实时数据，控制间能相互通信发送采集到的数据。2温湿度数据的传送温湿度数据经单片机采集后实时通过RS232总线传输到上位机上实时监测，并通过外存储器保存数据，以便对以前数据的查看。3系统报警功能对粮仓温湿度设定一定的报警值，当采集到的数据超过报警值时，系统可以通过报警电路发出报警信号。4人机交互功能操作员可以通过键盘对系统进行操作，系统数据也可以通过液晶屏显示。23系统总体框图设计河南机电高等专科学校毕业论文4图21粮仓温湿度检测系统框图系统由两块单片机，分别用作测温主机和测温分机，传感器测得的温度或湿度传给分机，而分机通过多机通信协议传给主机，然后主机做出相应的动作。若外接计算机系统，则可以
15、将主机的数据传送给计算机，计算机再做出响应，如接外部的控制电路，控制风扇等来保证粮仓的正常，或接打印机，把相关的数据打印出来，留作以后的档案。液晶显示器用来显示传送来的温度与湿度，键盘（按钮）用来控制外设存储的数据，通过按键调用以前记录的数据，报警系统则用来报警以提醒工作人员，并做出及时的响应。系统框图如图21所示。24系统各部分电路设计及器件选型该节主要介绍图1系统中各部分的功能及器件选型，主要包括粮仓温湿度采集、单片机主从通信、液晶显示电路、键盘控制电路、报警电路、外存储器电路及单片机与PC机之间的RS232通信电路。241温度传感器选型温度传感器采用美国MAXIM子公司DALLAS半导体
16、公司的数字温度传感器DS18B20，它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三级管的集成电路内。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。其特性值为基于单片机的粮仓温湿度控制51适应电压范围更宽,电压范围30V55V，在寄生电源方式下可由数据线供电；2独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；3DS18B20支持多点功能，多个DS18B20可以并联在位的三线上，实
17、现网络多点测量；4DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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；5测温范围55125，在1085时精度为士05；6可编程的分辨率为912位，对应的测温精度为05、025、0125、00625，可实现高精度测温；7在9位分辨率时最多在9375MS内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750MS内把温度值转换为数字，速度更快；8测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；9负压特性电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20内部结构主要有四部分组成64位
18、光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，DS18B20的外形及管脚排列因封装不同而不同,其外形封装及内部结构分别如图22和23所示。图22DS18B20封装图23DS18B20内部结构DS18B20测温原理如图24所示，图中低温度系统晶振的振荡频率受温度影响很小，用于生产固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被设置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉河南机电高等专科学校毕业论文6冲信号进行减法计算，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器
19、1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图24DS18B20测温原理图DS18B20有一个配置寄存器,它用来配置测温分辨率的，配置寄存器的结构如表21所示。表21配置寄存器结构低五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R2用来设置分辨率,具体配置如表22所示。表22温度分辨率设置R1R0分辨率温度最大转换时间009位937
20、5MS0110位1875MS1011位375MS1112位750MS对于DS18B20，可以采用两种方式给它供电一种是寄生电源供电方式，另一种是外接电源给它供电。分别如图25和26所示。基于单片机的粮仓温湿度控制7图25寄生电源供电图26外接电源供电本设计采用的是外部供电方式，外部电源供电方式DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。242湿度传感器设计HS1101是法国HUMERAL公司推出的一款电容式相对湿度传感器。HS1101采用了专利的固态聚合物结构，它具有全互换性，即在标准环境下不需要校正，长时间饱和下快速脱湿
21、，高可靠性等特点，可用于办公自动化及工业控制系统，同时在需要湿度补偿的地方它也可以得到很大的应用。湿度传感器的实物图如图27所示，具有两引脚的元件，其相当于一个可变电容，在湿度改变下，HS1101的电容值也发生相应的改变，其具有的特点如下1全互换性，在标准环境下不需校正；2长时间饱和下快速脱湿；3可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸；4高可靠性与长时间稳定性；5专利的固态聚合物结构；6可用于线性电压或频率输出回炉；7快速反应时间。河南机电高等专科学校毕业论文8图27HS1101HS1101电路框图如图28所示。图28HS1101测量电压输出框图当和555组成电路时，电路图如图29所示，这里HS11
22、01看作一个大小可变的电容器。图29HS1101使用实例243单片机选型及单片机间通信本设计选用STC12C5A60S2系列单片机，STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是单时钟/机器周期1T的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快812倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换250K/S,针对电机控制，强干扰场合。1增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；基于单片机的粮仓温湿度控制92工作电压STC12C5A60S2系列工作电压55V33V（5V单片机）3
23、工作频率范围035MHZ；4用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节；5片上集成1280字节RAM；6通用I/O口（36/40/44个），复位后为准双向口/弱上拉普通8051传统I/O口可设置成四种模式准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20MA，但整个芯片最大不要超过55MA；7ISP在系统可编程/IAP在应用可编程，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口P30/P31直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8有EEPROM功能STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM；9共4个16位定时
24、器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；102个时钟输出口，可由T0的溢出在P34/T0输出时钟，可由T1的溢出在P35/T1输出时钟；11外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，POWERDOWN模式可由外部中断唤醒，INT0/P32、INT1/P33、T0/P34、T1/P35、RXD/P30，CCP0/P13也可通过寄存器设置到P42，CCP1/P14也可通过寄存器设置到P43；12PWM2路）/PCA可
25、编程计数器阵列，2路，也可用来当2路D/A使用，也可用来再实现2个定时器，也可用来再实现2个外部中断上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持；13A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S每秒钟25万次；14通用全双工异步串行口UART，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口15STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RXD2/P12可通过寄存器设置到P42，TXD2/P13可通过寄存器设置到P43。本设计采用两块单片机控制，单片机之间通过主从通信实现。51系列单片机,由于内部带有一个可用于异步通讯的全双工的串行通讯
26、接口,因此可以很方便地构成一个主从式多机系统。51单片机第10号管脚RXD可用于串行数据的接收，第11号管脚TXD可用于串行数据的发送。图210为单片机主从通信系统框图。河南机电高等专科学校毕业论文10图210单片机主从通信系统框图51单片机的串行口有MODE0，MODE1，MODE2和MODE3四种串行通讯方式。在MODE0方式中，串行数据的收发均通过RXD，,而TXD输出移位时钟，故在该主从式多机系统通讯中不能使用MODE0方式。由于进一步的软件设计，使得在该主从式多机系统通讯的过程中，没有使用串行控制寄存器SCON中的多处理器通讯控制位SM2，而SM2位只在MODE2和MODE3方式上才
27、有意义。因此排除了51单片机通讯对MODE1方式的限制。可见，该主从式多机系统的串行通讯可使用MODE1、MODE2和MODE3方式中的任意一种串行通讯方式。无论是主机还是从机，选择的串行通讯的方式要求为同一方式。无论是主机还是从机，发送和接收的波特率要完全相同。244单片机与PC机通过RS232通信RS232C是美国电子工业协会（EIA）制定的异步串行通信中应用最广的标准总线。该标准适用于数据传输速率在020KBPS范围内的通信，已成为数据终端设备DTE与计算机和数据通信设备DCE的接口标准，是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。其工作电平规定如下对于数据（逻辑“1”的电平低于3V；
28、逻辑“0”的电平高于3V）。对于控制信号（“信号有效”的电平高于3V，“信号无效”的电平低于3V）。在实际工作中应保证电平在315V。其串行口的9根针脚功能有其固定的定义。该设计中，只要用RXD和TXD两条数据线即可。RS232是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同，因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在RS232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换，实现这种变换的方法可用分立元件，也可以用集成电路芯片。考虑到数据的双向传递性，该系统采用MAX232芯片，可以完成TTL到RS232双向电平转换。MAX232芯片是MAXIM公司生产的低功耗、单
29、电源、双路RS232发送/接收器。MAX232芯片内部有一个电源变压器，可以把输入的5V的电源变换基于单片机的粮仓温湿度控制11成RS232输出电平所需10V电压，所以采用此芯片的串行通信系统只要单一的5V电源即可。图211MAX232接口电路图图211所示电路图为MAX232的接口电路图。TIN1、TIN2、ROUT1、ROUT2为接TTL电平的引脚；RTOUT1、RTOUT2、RRIN1、RRIN2为接RS232电平的引脚。TTL电平的TIN1、TIN2引脚应接单片机的串行发送引脚TXD；ROUT1、ROUT2应接单片机的串行接收引脚RXD，在此电路中，TIN2接主机的P13，ROUT2接
30、P12。RS232的接口采用的是DB9，只有9个脚信号引脚，其中有两个数据信号，六个控制信号，一个信号地线，在使用时，通常只用其中的3个引脚，分别为2脚（RXD）为接收数据，3脚（TXD）发送数据以及5脚（SG）接地，如图7所示。2451602液晶显示电路市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC15脚和地线GND16脚，其控制原理与14脚的LCD完全一样。HD44780内置了DDRAM、CGROM和C
31、GRAM。DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如表23。河南机电高等专科学校毕业论文12表23DDRAM地址与屏幕对应关系HD44780的指令集介绍，共11条指令1清屏指令功能清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入“空白“的ASCII码20H；光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方；将地址计数器AC的值设为0。2光标归位指令功能把光标撤回到显示器的左上方；把地址计数器AC的值设置为0；保持DDRAM的内容不变。3进入模式设置指令功能设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示位名
32、设置I/D0写入新数据后光标左移1写入新数据后光标右移S0写入新数据后显示屏不移动1写入新数据后显示屏整体右移1个字符4显示开关控制指令基于单片机的粮仓温湿度控制13功能控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下位名设置D0显示功能关1显示功能开C0无光标1有光标B0光标闪烁1光标不闪烁5设定显示屏或光标移动方向指令功能使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下S/CR/L设定情况00光标左移1格，且AC值减101光标右移1格，且AC值加110显示器上字符全部左移一格，但光标不动11显示器上字符全部右移一格，但光标不动6功能设定指令功能设定数据总线位数、显示的
33、行数及字型。参数设定的情况如下位名设置DL0数据总线为4位1数据总线为8位N0显示1行1显示2行F057点阵/每字符1510点阵/每字符7设定CGRAM地址指令河南机电高等专科学校毕业论文14功能设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。8设定DDRAM地址指令功能设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。9读取忙信号或AC地址指令功能读取忙碌信号BF的内容，BF1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令当BF0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令读取地址计数器AC的内容。10数据写入DDRAM或CGRAM指令一览功能将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符将使
34、用者自己设计的图形存入CGRAM。基于单片机的粮仓温湿度控制1511从CGRAM或DDRAM读出数据的指令一览功能读取DDRAM或CGRAM中的内容。基本操作时序读状态输入RSL，RWH，EH输出DB0DB7状态字写指令输入RSL，RWL，E下降沿脉冲，DB0DB7指令码输出无读数据输入RSH，RWH，EH输出DB0DB7数据写数据输入RSH，RWL，E下降沿脉冲，DB0DB7数据输出无246AT24C01存储器AT24C01是一个具有8个引脚的外部数据存储器，其存储容量为1KB，作为外部存储器使用，具有存储数据的功能，而且掉电后数据不会丢失。还有AT24C02、AT24C04、AT24C08
35、、AT24C16的存储容量分别为2KB、4KB、8KB、16KB，芯片的引脚图都基本上一致。4脚和8脚分别为地线和电源线，1、2、3、7脚在工作时一般都是接地，5脚（SDA）是数据总线，6脚（SCL）为电平控制线。其中AT24C01的部分重要时序图如图212所示。1、AT24C01的启动与结束时序图212AT24C01时序图图为2401的开始与停止时序图，SDA是数据总线；SCL是电平控制总线，当SCL为高电平“1”并且SDA为下降沿时，2401开始工作（启动总线）；当SCL为高电平“1”并且SDA为上升沿时，2401停止工作（停止总线）。2、AT24C01的地址存储图213AT24C01地址
36、寄存器河南机电高等专科学校毕业论文16由图213可知，地址的高四位分别为1010，而低四位由最后一位控制是读信号还是写信号，当R/W1时，为读信号，则读信号的地址为0XA1；当R/W0时，为写信号，则写信号的地址为0XA0。3、AT24C01的写地址时序图图214AT24C01写时序图由图214可知，首先启动IIC总线，然后判别2401的地址（如果有多个2401），并确定R/W为0（写地址）然后给定一个指定的地址存放数据，并产生应答位，然后把数据写到2401里面，并产生应答位，最后才停止。4、AT24C01的读地址时序图图215AT24C01读时序图由图215可知，首先启动IIC总线，然后判别
37、2401的地址（如果有多个2401），并确定R/W为1（读地址）并产生应答位，后单片机把数据从2401里读出，不产生应答位，最后才停止。基于单片机的粮仓温湿度控制17第3章硬件电路设计31单片机最小系统的设计图31单片机最小系统电路本系统共用两块单片机，每块单片机最小系统都一样。采用振荡频率为110592MHZ的晶振，再接两个30PF的瓷片电容即可构成单片机的时钟电路。单片机最小系统电路如图31所示。复位电路也可以换成看门狗电路实现，可使单片机可靠的复位。为了简化电路设计，本系统采用简单方法，可使单片机上电复位，此外可以通过按键手动复位。单片机上电即可复位，R1与C3的充电时间大于两倍的机器周
38、期，使RST引脚有足够长的时间保存高电平，使单片机可靠的复位。正常工作时，按下按键SW1就可以使单片机复位。河南机电高等专科学校毕业论文1832矩阵键盘电路设计图32矩阵键盘电路图P1口接43的矩阵键盘，共12个按键，分别为09及ENTER与CANCEL键。P11P13接矩阵键盘的行，P14P17接矩阵键盘的列。如图32所示。33液晶显示电路设计液晶显示电路如图33图33液晶LCD1602显示电路P0口上拉10K8的排阻，自己画的排阻符号如图34。图34排阻符号基于单片机的粮仓温湿度控制19排阻具有九个引脚，一个公共端，另外八个脚分别接到需要接上拉电阻的单片机的P0口。排阻相当于8个大小均为1
39、0K的电阻，在电路中主要其电平转化作用，通过的电流很小，每只电阻的功耗也很小。如接5V电源，每只电阻的电流约为05MA，很小。液晶LCD1602的符号绘制如图35。图35LCD1602的符号LCD1602的符号与液晶模块对应，共16个引脚，采用接插件形式，各位的名称根据其定义而定。34测温电路DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术。DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号F0,高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号F。当计数门打开时,DS1820对F0计数,计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器,可对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。
40、在64位ROM的最高有效字节中存有循环冗余校验码CRC。主机根据ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS1820中的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。CRC的函数表达式为CRCX8X5X31。此外,DS1820尚需依上式为暂存器中的数据来产生一个8位CRC送给主机,以确保暂存器数据传送无误。在系统安装及工作之前应将主机逐个与DS1820挂接,以读出其序列号。其工作过程为主机发出一个脉冲,待“0”电平大于480S后,复位DS1820,在DS1820所发响应脉冲由主机接收后,主机再发读ROM命令代码33H,然后发一个脉冲15S,并接着读取DS1820序列号的一位。用同样方法读
41、取序列号的56位。另外,由于DS1820单线通信功能是分时完成的,遵循严格的时隙概念,因此,系统对DS1820和各种操作必须按协议进行,即初始化DS1820发复位脉冲，发ROM功能命令，发存储器操作命令，处理数据。河南机电高等专科学校毕业论文20DS1820单点测温电路框图如图36所示，其中，网络定义P34为89S52的P34引脚。图36DS18B20接线图HS1101测湿度原理如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接收的信号，常用两种方法一是将该湿敏电容置于运放和阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大，再经A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555定时器
42、或施密特触发器组成的振荡电路中将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。本系统采用的是将HS1101接入555定时器组成振荡电路，输出一定频率的方波信号。555定时器选用TI公司的TLC555，湿度测量电路如图37所示。图37HS1101接线图该振荡电路的两个稳态的交替过程如下首先电源VS通过电阻R2、R2向电容充电，经T1充电时间后，UC达到芯片内比较高的触发电平，约067VS，此时输出引脚3突然由高电平变为低电平，然后通过R2放电，经T2放电时间后，UC下降到比较器的低触发电平，约033VS，此时，引脚3端又由低电平变为高电平。如此反复形成方波输出。其中，充、放电时
43、间为基于单片机的粮仓温湿度控制21T1CR2R4231T2CR2232因此，输出的方波频率为F1/T1T21/C2R2R4233空气相对湿度通过555测量振荡电路就转变为与之成线性关系的频率信号。通过改变R2和R4则可以改变输出频率F。频率脉冲量需要通过计数清点才能够转换成真正的数字量，因此需要在测湿电路输出端后接一计数器，这里需要强调指出，某一时间段内的脉冲个数才表示湿度的大小；而计数器是循环工作的，某一时刻N时计数器的输出是前面各个段输出脉冲的累加（当然要出去计数器溢出部分），在计数器位数足够的情况下（保证采样时间段内最多有一次溢出），时刻N湿度的大小可以用FNFN1（无溢出）或计数器满度
44、数值FN1FN（溢出一次）表示。35电源电路设计本系统主要供电为5V直流电，为了获得5V的直流电压和足够大的电流，并能提供两种接口，交流与直流输入都能通用，将电源电路设计成如下形式。图38电源电路原理图交流输入用15V的变压器，将变压器通过接口插到板子上。直流输入与交流输入类似，都要经过整流桥，确保电解电容C4不会反接，稳压电路公用，用MC7805实现5V直流稳压，最大可输出1A的电流，足以为整个系统供电。C5与C6用于防止稳压块产生自激振荡。C4用于滤波，使输入纹波很小，输出端接电容C7，用于防止输出电压突变。河南机电高等专科学校毕业论文22第4章软件设计单片机开发平台选用KIELC51。K
45、EILC51是目前最高效、灵活的51单片机开发平台，可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其他第三方开发工具。KIEL编译器是MCS51单片机开发中应用非常广泛的一种编译和调试软件，采用该编译器可以编译C源代码、汇编源程序、连接和重定位目标文件和库文件、创建HEX文件以及调试目标程序。WINDOWS应用程序VISION2是KIEL编译器的组成部分，是一个集成开发环境，它把项目管理、源代码编辑和程序调试等集成到一个功能强大的环境中。VISION2有如下两种操作模式创建模式在该模式下编译应用中的所有源文件，以产生可执行代码。调试模式在该模式下调试程序。在两种模式下都可
46、以用源文件编译器来编辑源代码。41主程序流程图图41所示为系统的主流程图，系统初始化后，系统才正常的工作，并进行相应的响应。系统的温度与湿度测量值通过从机的控制与传递，送到主机，主机控制液晶显示模块，把读到的数据显示在液晶显示器上，用户可以通过观察显示的数据了解当前粮仓内粮食的存储情况。同时，主机可以判断读到的温度与湿度值，把其和设定的参考值进行比较，判断是否超标，一旦超标则进行灯光报警，提醒工作人员，如果正常工作，则继续进行读取粮仓内温度与湿度值，实时的进行监测。与此同时主机控制，把读到的数据存到外部存储器里，当需要对以前的数据进行分析时，只需通过按键调出存储的数据进行分析判断，这些数据同样
47、也是通过液晶显示器显示出来。此外主机通过RS232进行通信，把主机得到的温度与湿度数据传送到上位机中，通过对上位机的设置可以对传送来的数据进行更加精确的分析。当系统出现故障时，只需通过按键复位开关，其中从机的复位主要是对显示的温度与湿度值进行刷新，而主机的复位则是对总系统的复位，使得系统能正常的工作。基于单片机的粮仓温湿度控制23图41主程序流程图示42温度测量程序根据DS18B20工作原理，其程序流程图如图42所示。图42测温程序流程图示河南机电高等专科学校毕业论文2443湿度测量程序根据HS1101测湿度原理，其单片机程序流程图如图43所示。图43测量湿度程序流程图44RS232程序根据R
48、S232的工作原理及其与上位机PC之间通信的特性，其流程图如图44所示。基于单片机的粮仓温湿度控制25第5章总结本文设计了以STC12C5A60S2单片机为核心控制的粮仓温湿度测控系统，采用了双机通信的原理，并初步实现了主机与上位机之间的通信，达到了现代控制的基本要求。1、主机采用STC12C5A60S2，从机采用STC12C5A60S2，并对主从机直接进行通信，由从机控制温度和湿度的测量，大大的减少了主机的工作量，使得系统的运行速度也得到很大的改进。2、采用的DS18B20数字温度传感器进行测温，比传统的模拟传感器的精度更高且更加的方便，无需使用A/D转换器把模拟信号转换为数字信号，使得系统
49、更加的简单。采用HS1101可变式湿度传感器并结合555定时器测量湿度，把湿度的变化转化为频率的变化，让湿度的测量更加方便。3、使用了1602液晶显示器，显示的目的主要是把测量到的温度与湿度在液晶显示屏上及时的显示，也可以达到提醒工作人员的目的。4、利用24C01外部存储芯片，主要是把粮仓内测量到的温度与湿度数值存储起来，并可以通过按键查询以前测得的温湿度数值，进一步完善粮仓的控制。5、采用了MAX232通信，让主机的信号传递给上位机，上位机通过相关的软件分析传送得到的数值，并做出相应的响应。河南机电高等专科学校毕业论文26参考文献1张道德单片机接口技术（C51版）M北京中国水利水电出版社，20071701842程海婴基于DS18B20粮仓温湿度智能控制系统J工程技术1171183王美红多点无线温湿度实时监控系统的设计与实现J硕士学位论文山东大学,200934刘丽多路温度与湿度检测系统的研制硕士学位论文J沈阳工业大学,200735闰丰基于无线传感器网络的粮仓温湿度监测系统的研究J工学硕士学位论文燕山大学,200946王爱珍龙门国家粮库粮情检测系统的设计及实现J工学硕士学位论文电子科技大学,200567苏宝平,全力新型粮仓温湿度智能化测控系统J农机化研究2004年3月第2期，2212238JENSEN，TROYUSINGREMOTEL
