多点粮库温度测量显示系统

专业方向课程设计

课题：多点粮库温度测量显示系统

班级测控1082班

学生姓名学号

指导教师

淮阴工学院电子与电气工程学院

1.系统方案设计

1.1 概述

粮食是人类赖以生存的基本物质，是关系国民生计的重要物资，也是军需民食的特殊商品。中国有句老话：“常将有日思无日，莫待无时想有时”，居安思危，未雨绸缪，永远不会过时。随着粮食流通体制改革的不断深化、粮食市场全面放开已成定局,随着人民生活水平的提高，全社会对粮食质量问题提出了新的要求；加入世界贸易组织后粮食贸易的全球化，客观上也要求粮食质量工作与国际接轨。面对新形势，如何加强储粮工作，发挥粮食部门在粮食储存方面的优势，是摆在粮食储备工作面前的一个重要课题。目前我国地方各大型粮库都存在着不同程度的粮食储存变质的问题。大部分粮库还采取人工测量温度的方法，不仅增大了粮库工作人员的工作量，而且工作效率底，尤其是大型粮库的温度测量不能及时而彻底的完成，导致大面积坏粮的情况时有发生。据统计，我国每年因粮食储存不当而发霉变质的粮食就达上亿斤，造成无法估量的的经济损失。

粮食的温度是影响粮食储藏的重要参数，两者之间是相互关联的，粮食在正常储藏条件下（即安全条件下），含水量一般在12％以下，不会使粮食温度发生突变，一旦粮食受潮含水量增加，超过20％以上时，就满足了粮粒发芽的条件，新陈代谢加快而产生呼吸热，使局部粮温升高，必然引起粮食发热和霉变，且极易产生连锁反应，从而造成难以挽回的损失因此，粮食温度监控技术在农业上的应用是十分重要的。

随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635等。相比较而言，传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性相对较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差。数字式温度传感器的种类也不少，并且在实际工程设计中具有上述诸多优点。

本设计是基于温度传感器的温度检测系统中的温度检测、电路控制、报警系统及显示部分的实现。以智能温度传感器应用技术和单片机应用技术为核心进行

开发，并且以理论分析和该技术方案为基础，在不断地研究过程中进行不断的调整，完成了一个温度监测系统的设计。

1.2 系统方案框图

本系统采用单片机及外围电路完成。最重要的部分即测温电路将采用数字温度芯片测量温度，这样输出的信号为数字信号，可以直接由单片机来处理；按键输入电路用于进行调时和温度查询，以方便对系统各项参数的修改；时钟及复位电路将提供给单片机必不可少的时钟信号和复位信号以使单片机正常工作。报警电路用于当仓库温度超过额定范围时，及时报警通知。显示电路则是显示仓库温度。系统的原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图

2.工作原理

2.1 检测原理

电路设计原理图如图2所示，控制器使用单片机AT89S51，温度传感器使用DS18B20，用液晶实现温度显示。

本温度计大体分三个工作过程。首先，由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。然后，通过AT89S51单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入液晶显示模块。最后，SMC1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。由图2可看到，本电路主要由DSl8B20温度传感器芯片、SMCl602A液晶显示模块芯片和AT89S51单片机芯片组成。其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。

图2 硬件设计电路图

2.2 温度传感器选择

用于粮仓温湿度监控系统的温度传感器主要是Dallas的DS18B20系列温度传感器。DS18B20是美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理,而且每片DS18B20都有唯一的产品号并可存入其ROM中,以便在构成温湿度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入DS18B20信息仅需要一根口线,其读写及温度变换功率来源于数据总线,该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额处电源。DS18B20能提供九位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单.可靠性更高。

温度传感器选用一总线温度传感器DS18B20。DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，与其它温度传感器相比，DS18B20具有以下特性：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。DS18B20支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。温度范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率±0.5℃；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效验码，具有极强的抗干扰纠错能力；测量结果以9位数字量方式串行传送。

DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优

点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：

（1）系统的硬件虽然简单但需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

（2）在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

（3）连接DS18B20的总线电缆有长度限制。由于信号电缆本身存在电阻，距离过长时将导致信号衰减。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m。

DS18B20有PR-35和SOIC两种封装形式，管脚排列如表1所示。本系统选用PR-35封装形式。DS18B20返回温度值虽然只有9位，如图3所示。

表1DS1820管脚排列

管脚管脚定义说明8脚SOIC 3脚PR-35

2 1 GND 地

1 2 I|O 数据输入端

8 3 VCC 电源

3 4 5 6 7 NC 空脚

图3 DS18B20温度值表示方法

D9为符号位，0表示正，1表示负，高字节的其他位（D10～D15）是以符号位的扩展位表示的；D0～D8为数据位，以二进制补码表示。温度是以1/2℃LSB 形式表示的。表2为数值和温度的关系。

表2 DS18B20数值和温度的关系

温度数据（二进制）数据（十六进制）

+125 0000 0000 1111 1010 00FAH

+25 0000 0000 0011 0010 0032H

+0.5 0000 0000 0000 0001 0001H

0 0000 0000 0000 0000 0000H

+0.5 1111 1111 1111 1111 FFFFH

-25 1111 1111 1100 1110 FFCEH

-55 1111 1111 1001 0010 FF92H