畢業(yè)設(shè)計(jì)糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 河北科技師范學(xué)院2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 課題的背景 為保護(hù)農(nóng)民種糧積極性，進(jìn)一步促進(jìn)糧食生產(chǎn)發(fā)展，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，決定從新糧上市起適當(dāng)提高主產(chǎn)區(qū)2012年生產(chǎn)的稻谷最低收購價(jià)格。每50公斤早秈稻（三等，下同）、中晚秈稻、粳稻最低收購價(jià)格分別提高到120元、125元、140元，比2011年分別提高18元、18元、12元。早秈稻播種在即，各地要做好宣傳工作，以調(diào)動(dòng)農(nóng)民種糧積極性，促進(jìn)糧食生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展。糧食的增產(chǎn)增收，給糧食的收購部門帶來了壓力，也給糧食的儲(chǔ)存帶來挑戰(zhàn)。糧食儲(chǔ)存質(zhì)量的高低和進(jìn)倉前的質(zhì)量有很大的關(guān)系，所以必須控制進(jìn)倉的糧食質(zhì)量。本文是利用濕度傳感器和單片機(jī)對進(jìn)倉糧食濕度進(jìn)

2、行檢測，并根據(jù)分析結(jié)果報(bào)警和控制運(yùn)輸電機(jī)，阻止超過標(biāo)定濕度的糧食進(jìn)倉，避免糧食霉變。1.2 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)研究的意義 我國目前有數(shù)千座不同類型的糧食倉庫, 它們分布在不同的氣候區(qū)內(nèi)，不同濕度的糧食，在多變的氣候條件和溫濕度變化會(huì)受到不同程度的霉變1。以前的經(jīng)濟(jì)和科技水平有限，所以我國糧食的存儲(chǔ)環(huán)境很差，管理落后。因此研制能夠可靠的檢測進(jìn)倉儲(chǔ)前糧食的濕度，并對濕度進(jìn)行預(yù)測分析和報(bào)警以阻止高濕度的糧食進(jìn)倉，對避免霉變有重要意義2。1.3 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r濕度就是指空氣中濕氣的含量。有絕對濕度和相對濕度之分，空氣濕度是用來表示空氣中的水汽含量多少或空氣潮濕程度的物理量。通

3、常指的是相對濕度，它是指實(shí)際空氣的濕度與在同一溫度下達(dá)到飽和狀況時(shí)的濕度之比值，絕對濕度是指每單位容積的氣體所含水分的重量，一般用 mg/l 作指標(biāo)。（本文所指的濕度均為相對濕度）濕度測量從原理上劃分有二、三十種之多。但濕度測量始終是世界計(jì)量領(lǐng)域中著名的難題之一。一個(gè)看似簡單的量值，深究起來，涉及相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)理論分析和計(jì)算，初涉者可能會(huì)忽略在濕度測量中必需注意的許多因素，從而影響傳感器的合理使用。糧食是國家發(fā)展的命脈，糧食進(jìn)倉時(shí)的濕度對糧食的長期存儲(chǔ)是否可行起著決定性的作用。近年來，糧食進(jìn)倉時(shí)濕度越來越受到人們的重視。1.3.1 國外研究概況國外研究機(jī)構(gòu)已設(shè)計(jì)出了基于電子式傳感器的可對濕

4、度進(jìn)行檢測檢測儀器，主要的有如下幾種： 一種新型多通道溫濕度檢測儀。多通道智能溫濕度檢測儀是以 51 單片機(jī)為基礎(chǔ)，選用瑞士盛世瑞恩的sht11 數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器內(nèi)部經(jīng)過溫度補(bǔ)償和濕度全量程標(biāo)定，輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，且提供應(yīng)用程序，使用非常方便，縮短開發(fā)時(shí)間，降低成本，通過 485 總線可實(shí)現(xiàn)對糧食濕度的多點(diǎn)測量。這種儀器具有測量精度高、硬件電路簡單、顯示界面友好、可巡回測試多點(diǎn)溫濕度等特點(diǎn)，但是該儀器只能對倉內(nèi)糧食濕度進(jìn)行監(jiān)測3。 基于 mems（micro-electro-mechanical systems，微機(jī)電系統(tǒng)）的濕度檢測儀。該儀器是一種基于多傳感頭集成的 mems 系統(tǒng)

5、，用于測量濕度。同時(shí)由于mems 技術(shù)的使用，使得該儀器整體電路簡單可靠，而且體積小，攜帶方便4。目前該儀器未用于糧食的濕度檢測。 一種用微波來監(jiān)測田間糧食作物子粒濕度的儀器系統(tǒng)。美國新澤西立貝農(nóng)業(yè)機(jī)械公司開發(fā)了一種用微波來監(jiān)測田間糧食作物子粒濕度的儀器系統(tǒng)5，該儀器的發(fā)射無線可以將微波傳入田間的糧食、玉米、小麥、大豆、大麥等作物的果實(shí)子粒部分，通過觀測發(fā)生的相應(yīng)變化來測其果實(shí)子粒的潮濕度和含水量。1.3.2 國內(nèi)研究概況國內(nèi)也有一些研究機(jī)構(gòu)提出濕度檢測方案，主要有如下幾種： 手持式微波糧食測試儀。廣州建科測試儀器科技有限公司研發(fā)的 moist200 手持式微波測試儀6。它采用了微波技術(shù)，測試

6、深度可達(dá) 30cm，可測試建筑材料的濕度，快速輕便。另外 moist200 與 moistanalyze 多維濕度分布成像軟件綜合使用，可獲得所測建筑材料內(nèi)部及表面濕度情況的分布圖7。 用于檢測糧食內(nèi)部相對含水量的理論模型。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制了一種以變頻技術(shù)為基礎(chǔ),采用了空間波法中反射波法，提出了如何利用純凈水對微波的衰減特性測量糧食內(nèi)相對含水量分布的方法，建立了檢測糧食內(nèi)部相對含水量的理論模型。該方法克服了以往測量前需對待測物采樣定標(biāo)所帶來的不便, 拓展了微波的應(yīng)用范圍8。 基于 at89c51 的單片機(jī)的濕度檢測與控制的方案。西南石油大學(xué)提出了一種基于 at89c51 的單片機(jī)的濕度檢

7、測與控制的方案，對被測對象濕度在不同變化范圍需要不同的 pid 參數(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)檢測濕度自動(dòng)選擇合適的一組 pid 參數(shù)進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)方案，整個(gè)設(shè)計(jì)簡明清晰9。1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題是為實(shí)現(xiàn)糧食濕度檢測的要求而設(shè)計(jì)的，課題的主要研究內(nèi)容是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于單片機(jī)系統(tǒng)的糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測報(bào)警控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示檢測數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)上傳檢測數(shù)據(jù)的功能。因此本課題的研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)功能要求并且考慮產(chǎn)品的性價(jià)比，采用濕度傳感器，并采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和后期開發(fā)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：主要單片機(jī)芯片的選型、傳感器的選型、單片機(jī)系統(tǒng)與 a/d

8、 及其外圍電路的設(shè)計(jì)、單片機(jī)與 led 顯示模塊接口電路設(shè)計(jì)，報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)等。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：主要包括單片機(jī)部分的 led 顯示、數(shù)據(jù)采樣程序設(shè)計(jì)和串口通信程序等。2 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 本課題的主要研究內(nèi)容是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于單片機(jī)系統(tǒng)的糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測報(bào)警控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求具有實(shí)時(shí)顯示檢測的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)上傳檢測數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)當(dāng)濕度超過設(shè)定的 75%以上時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警通知檢測人員對糧食進(jìn)行檢測，同時(shí)控制系統(tǒng)將運(yùn)輸線停止。2.2 設(shè)計(jì)思路和方案糧食進(jìn)倉時(shí)一般是由工作人員將運(yùn)糧車上成袋的糧食

9、打開放到傳送帶上，通過傳送帶傳送到清選機(jī)清除雜物后再進(jìn)入到倉庫里。本系統(tǒng)是通過安裝在輸送安裝架上的濕度檢測系統(tǒng)對通過傳送帶進(jìn)倉的糧食濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，并對濕度進(jìn)行顯示和分析，根據(jù)分析結(jié)果報(bào)警提示工作人員并切斷電機(jī)使輸送帶停止，防止高濕度的糧食進(jìn)倉。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要能夠可靠的檢測進(jìn)倉前時(shí)糧食的濕度（測量范圍為 10%95%rh 的濕度）10，并進(jìn)行合理的分析，實(shí)時(shí)的報(bào)警和及時(shí)的電機(jī)切斷。本文的主要研究內(nèi)容將集中在該儀器電子部分的設(shè)計(jì)和研究，整個(gè)系統(tǒng)的框圖如圖 2-1 所示。防止糧食進(jìn)倉濕度檢測系統(tǒng)否是報(bào)警并控制電機(jī)濕度是否過高搬到傳送帶上工作人員工作人員車上的糧食輸送到清選機(jī)圖2-1 系統(tǒng)的流程圖根

10、據(jù)系統(tǒng)框圖，研究內(nèi)容分為下面三個(gè)大模塊： 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)信號(hào)采集部分。通過調(diào)查與研究目前各種糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法及現(xiàn)有的檢測手段及檢測方法，選擇合適的濕度傳感器，把非電信號(hào)（濕度）轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)（如電壓，電流等）。 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理部分。以 at89c51 單片機(jī)為中心的數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)通訊部分。at89c51 單片機(jī)接收 a/d 芯片轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)，通過一定的軟件算法求得能表征糧食濕度的數(shù)據(jù)，并送至 3 位八段 led 顯示和pc 機(jī)存儲(chǔ)和處理11。 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)分為單片機(jī)軟件和 pc 機(jī)軟件兩個(gè)部分，單片機(jī)軟

11、件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)外設(shè)控制，數(shù)據(jù)顯示以及與 pc 機(jī)間數(shù)據(jù)通信。其中，數(shù)據(jù)處理是關(guān)鍵，根據(jù)濕度檢測儀器的特點(diǎn)，本文用取最大值再求均方差算法處理數(shù)據(jù)。pc 機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊以及數(shù)據(jù)處理兩大功能。各個(gè)模塊的劃分如圖 2-2 所示。報(bào)警模塊電機(jī)控制模塊串口通信模塊led顯示模塊數(shù)據(jù)采集處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊串口接收數(shù)據(jù)模塊單片機(jī)程序模塊pc機(jī)程序模塊串口通信電機(jī)控制報(bào)警led顯示a/d轉(zhuǎn)換器變送器軟件系統(tǒng)模塊硬件系統(tǒng)模塊糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖 2-2 系統(tǒng)模塊劃分圖3 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測報(bào)警控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 引言本硬件系統(tǒng)采用的單片機(jī)是 at89c51，該單片機(jī)具有靈

12、活性高、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，圖 3-1 所示的是基于 at89c51 的濕度檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。濕度傳感器將外部濕度轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，并接著將信號(hào)放大和線性化使得信號(hào)在 a/d 轉(zhuǎn)換芯片的量程范圍內(nèi)，在 at89c51 的控制下，a/d 轉(zhuǎn)換芯片完成信號(hào)的 a/d 轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入 at89c51，at89c51 進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較和 bcd 碼轉(zhuǎn)換，最后利用數(shù)碼管對當(dāng)前濕度進(jìn)行 3 位顯示，當(dāng)濕度超過其要求時(shí)便報(bào)警和切斷控制電機(jī)。系統(tǒng)上電復(fù)位后開始直接運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)每隔 3 秒檢測一次當(dāng)前濕度并送往數(shù)碼管進(jìn)行顯示。在檢測過程中，當(dāng)濕度超過上限值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，

13、指示當(dāng)前濕度過高并切斷電機(jī)。同時(shí)將顯示清零，以準(zhǔn)備進(jìn)行下一次的數(shù)據(jù)采集、檢測及顯示12。該系統(tǒng)硬件組成主要包括濕度檢測電路、顯示接口電路、報(bào)警電路、電機(jī)控制電路、pc 機(jī)通信電路。led顯示at89c51聲光報(bào)警a/d轉(zhuǎn)換器濕度變送器電機(jī)控制pc機(jī)通信圖 3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3.2 單片機(jī)模塊單片機(jī)又稱單片微控制器，它是將 cpu、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等集成在一塊芯片上，是目前銷量最大、應(yīng)用面最廣、價(jià)格最便宜的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-2 所示。at89c51 結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣，技術(shù)成熟，價(jià)格便宜。因此本系統(tǒng)所采用的單片機(jī)為 at89c51。程序存儲(chǔ)器外設(shè)取指

14、令cpu定時(shí)/計(jì)數(shù)器i/o口 圖3-2 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖3.2.1 at89c51單片機(jī)的內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)及引腳 at89c51單片機(jī)內(nèi)部的總體硬件結(jié)構(gòu)：at89c51 單片機(jī)的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)，如圖 3-3 所示。中斷系統(tǒng)at89c51cpu并行i/o端口兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256b ram/sfr程序存儲(chǔ)器4kb rom全雙工串行口外部計(jì)數(shù)脈沖振蕩器和時(shí)鐘電路64kb總線擴(kuò)展控制外部時(shí)鐘源圖3-3 at89c51 單片機(jī)的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu) at89c51單片機(jī)的引腳：at89c51 單片機(jī)是 hmos 工藝制造，外形為 40 條引腳，如圖 3-4 所示。因?yàn)槭苄酒_數(shù)量的限制，有很多引

15、腳具有雙功能。 主電源引腳vcc：芯片工作電源端，接5v。vss：電源接地端。 時(shí)鐘振蕩電路引腳xtal1：內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸入端。接法如圖 3-6。 圖3-4 at89c51單片機(jī)的引腳xtal2：內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸出端。接法如圖 3-6。 控制信號(hào)引腳rst為復(fù)位信號(hào)輸入端。外部接復(fù)位電路。接法如圖 3-5。ale為地址鎖存允許信號(hào)。在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale 以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 的固定頻率輸出，用示波器觀察 ale 引腳上的脈沖信號(hào)是判斷單片機(jī)芯片是否正常工作的一種簡便方法。 并行i/o端口引腳p0口（p0.0 p0.7）；p1口（p1.0 p1.7）；p2口（p

16、2.0 p2.7）；p3口（p3.0 p3.7）。 復(fù)位電路與時(shí)鐘電路 復(fù)位電路單片機(jī)的rst引腳是復(fù)位信號(hào)輸入端，rst引腳上保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平時(shí)，可使單片機(jī)內(nèi)部可靠復(fù)位。單片機(jī)常用的外部復(fù)位電路如圖3-5。 圖3-5 at89c51單片機(jī)的復(fù)位電路復(fù)位后，單片機(jī)內(nèi)部的各寄存器的內(nèi)容將被初始化，包括程序計(jì)數(shù)器pc和特殊功能寄存器，其中（pc）=0000h。復(fù)位不影響片內(nèi)ram和片外ram中的內(nèi)容。 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)內(nèi)部各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，控制器按照指令的功能產(chǎn)生一系列在時(shí)間上有一定次序的信號(hào)，控制相關(guān)的邏輯電路工作，

17、實(shí)現(xiàn)指令的功能。圖3-6 at89c51的外接石英晶體的時(shí)鐘電路 時(shí)序單位時(shí)鐘周期（是時(shí)鐘信號(hào)頻率fosc的倒數(shù)）：時(shí)鐘周期=1/fosc機(jī)器周期：機(jī)器周期=12時(shí)鐘周期指令周期：一條指令從被讀取到被執(zhí)行的整個(gè)過程所需的時(shí)間稱為指令周期。當(dāng)采用片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式時(shí)，需要在這兩個(gè)腳外接石英晶振和振蕩電容，石英晶振的頻率在0-24mhz之間，典型值為11.0592mhz或12mhz，振蕩電容的值一般取10pf-30pf，典型值為30pf。這里石英晶振頻率采用12mhz，振蕩電容采用30pf13。3.2.2 at89c51單片機(jī)的內(nèi)部硬件的主要功能 中央處理單元cpu：它由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。運(yùn)

18、算器是進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件。與運(yùn)算器有關(guān)的寄存器包括累加器acc（8位寄存器）、b寄存器（8位）、程序狀態(tài)字寄存器psw（8位）。其格式如下：d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0cyacf0rs1rs0ov_ pcy進(jìn)位標(biāo)志位。ac輔助進(jìn)位標(biāo)志位、f0用戶標(biāo)志位rs1、rs0工作寄存器區(qū)選擇控制位、ov溢出標(biāo)志位、p奇偶標(biāo)志位控制器是由程序計(jì)數(shù)器pc、指令寄存器、譯碼器、定時(shí)與控制電路等組成的。 存儲(chǔ)器8051的存儲(chǔ)器分為兩大存儲(chǔ)空間：程序存儲(chǔ)器（rom）空間：片內(nèi)4kb的程序存儲(chǔ)器，其地址為0000h0fffh；片外64kb的程序存儲(chǔ)器，其地址為0000hffffh。數(shù)

19、據(jù)存儲(chǔ)器（ram）空間：片內(nèi)256b的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，00h7fh為通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，80hffh為專用的特殊功能寄存器區(qū)；片外64kb的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其地址為0000hffffh。at89c51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，如圖3-8。64kb外部rom1000hffffh0fffh0000h0fffh0000hffh特殊功能寄存器80h7fh00hffffh0000h64kb外部ram外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器4kb外部rom() 4kb 內(nèi)部 rom(=1） 圖 3-8 at89c51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用于存放各種數(shù)據(jù)：低 128b 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按其功能不同劃分為三個(gè)區(qū)域；工作寄存

20、器區(qū)（00h1fh），位尋址區(qū)（20h2fh），用戶區(qū)（ 30h7fh）。如圖3-9。工作寄存器區(qū)1(r0-r7）工作寄存器區(qū)2(r0-r7）工作寄存器區(qū)3（r0-r7）位尋址區(qū)（位地址00-7f）00h1fh20h2fh30h7fh用戶區(qū)工作寄存器區(qū)0(r0-r7） 圖 3-9 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)3.3 濕度檢測模塊在工業(yè)控制和智能化儀器儀表中，需要控制或測量濕度，溫度、壓力、流量、速度等模擬量，這些模擬量要先經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為與此對應(yīng)的模擬電信號(hào)，再通過a/d 轉(zhuǎn)換器將此對應(yīng)的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)信號(hào)才能被單片機(jī)處理。本系統(tǒng)的濕度檢測模塊包含濕度傳感器與 a/d 轉(zhuǎn)換器。濕度

21、信號(hào)是通過濕度傳感器轉(zhuǎn)換為與濕度成線性關(guān)系的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)再經(jīng)由 a/d 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。3.3.1 濕度傳感器濕度傳感器用于將濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由于空氣中的水分和灰塵都有可能會(huì)影響到濕度傳感器的轉(zhuǎn)換精度，因此本系統(tǒng)的濕度傳感器選擇的是直插式濕度變送器 jcj100d。jcj100d 直插式濕度變送器采用 jucsan 濕敏電阻元件，以網(wǎng)格的外型封裝，以直流（05）vdc 電壓形式輸出，采用螺紋固定安裝，可在一定程度上減弱空氣中的水分和灰塵對傳感器的影響。其工作電源為 12vdc10%，有效測量范圍是 10%95% rh ，響應(yīng)時(shí)間小于 5s ，長期穩(wěn)定性典型值為 0.5%rh

22、/年，基本滿足了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。實(shí)物圖如圖 3-10 所示。它通過螺旋安裝在傳送帶一側(cè)的固定部分，并使進(jìn)倉的糧食通過傳感器的感應(yīng)部分。 圖 3-10 jcj100d 濕度傳感器3.3.2 a/d 轉(zhuǎn)換器現(xiàn)階段生產(chǎn)的 adc 具有模塊化、與微機(jī)總線兼容等特點(diǎn)，在選擇 adc 芯片時(shí)，考慮到 a/d 轉(zhuǎn)換后數(shù)字輸出的方式、a/d 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)的要求和轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間的因素，本文選用了 8 位逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器 adc0809。adc0809 主要特性：adc0809 為 8 路模擬量輸入的芯片，轉(zhuǎn)換電壓為-5v+5v，分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100us，轉(zhuǎn)換絕對誤差為 1lsb，單

23、電源+5v供電，28 引腳 dip 結(jié)構(gòu)封裝，功耗 15mw。adc0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能：adc0809 是采用逐次逼近法的 8 位 a/d轉(zhuǎn)換芯片，其引腳和結(jié)構(gòu)邏輯如圖 3-11 所示，它內(nèi)部除 a/d 轉(zhuǎn)換部分外，還帶有鎖存功能的八通道多路模擬開關(guān)和 8 位三態(tài)輸出鎖存器14。管腳功能如下: in0in7：八個(gè)模擬量輸入端，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) a/d轉(zhuǎn)換器； adda、addb、addc：通道端口選擇線，addc 為高位。 ale：地址鎖存允許，當(dāng) ale 為上升沿時(shí)，可將地址選擇信號(hào) c、b、a 鎖入地址寄存器內(nèi)。 start：啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換，當(dāng) star

24、t 為上升沿時(shí)，開始 a/d 轉(zhuǎn)換。 eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng) a/d 轉(zhuǎn)換完畢之后，該端由低電平跳轉(zhuǎn)為高電平， oe：輸出允許信號(hào)，高電平有效。此信號(hào)用以打開三態(tài)輸出鎖存器，將a/d 轉(zhuǎn)換后的 8 位數(shù)字量輸出至單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上。 clock：定時(shí)時(shí)鐘輸入端，最高允許頻率為 640khz，轉(zhuǎn)換一次最短時(shí)間為 100us。 d7d0：數(shù)字量輸出端。 vref（+）和 vref（-）：參考電壓端，一般 vref（+）=5v，vref（-）=0v。 vcc、gnd：+5v 電源及地。adc0809 轉(zhuǎn)換結(jié)果可依據(jù)公式計(jì)算：d=255 * vi/vref。公式中，vi 為模擬輸入量，d 為十進(jìn)制數(shù)

25、字量輸出。(+)(-)12 167edcmsbd7d0vccgnd1113 6 10 9start clk oeadc08098位模擬開關(guān)三態(tài)輸出鎖存緩沖器8位a/d轉(zhuǎn)換器212019188151417地址鎖存與譯碼2627281234525242322addaaddbaddc alein0in1in2in3in4in5in6in7 圖3-11 adc0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖該芯片內(nèi)部集成有 8 位模擬開關(guān)，地址鎖存與譯碼器，8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器，最大不可調(diào)誤差為1lsb，每一通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 100s?？芍苯优c單片機(jī)接口，不需要外接時(shí)鐘電路。具有低噪聲、低功耗、高

26、精度、高分辨率和高采樣率的優(yōu)點(diǎn)。3.3.3 a/d 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路a/d 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路如圖 3-12 所示。傳感器輸出的 0 到 5v 的電壓信號(hào)通過 jp0 連接口引入到 adc0809，at89c51 的 ale 端經(jīng) 74hc74 分頻后作為 adc0809 的時(shí)鐘信號(hào)，考慮時(shí)序關(guān)系，at89c51 的 wr，rd，和 p2.7 通過兩個(gè)與非門 74ls02 a/d轉(zhuǎn)換器后分別被接入 adc0809 的 start，ale和 oe 端，adc0809 的數(shù)據(jù)輸出端與 p0 口相連，eoc 端通過反相器 74ls04 接入 at89c51的 int1。轉(zhuǎn)換時(shí)首先要首先

27、輸入 3 位地址，并使 ale=1。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器（由于本系統(tǒng)只有一路模擬輸入，故不需輸入 3 位地址，直接默認(rèn)第一路模擬輸入），start 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換，之后 eoc 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 a/d 轉(zhuǎn)換完成，eoc 變?yōu)楦唠娖?，指?a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請。當(dāng) oe 輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。圖 3-12 adc0809與單片機(jī)接口電路3.4 顯示模塊顯示模塊是用來顯示當(dāng)前濕度值，而糧食濕度一般在 099%之間。因此至少需要用兩個(gè)

28、 led 來顯示。同時(shí)考慮精度的問題，保留了一位小數(shù)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)用三個(gè) led 進(jìn)行顯示。由于 at89c51 的 i/o 端口有限，系統(tǒng)使用 74ls164移位寄存器從 at89c51 串行移出待顯示的數(shù)據(jù)，經(jīng) 74ls164 轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后送至 led 顯示。所以顯示模塊包含三個(gè) led 和三個(gè) 74ls164 移位寄存器。74ls164 芯片引腳連接圖如圖 3-13 所示15。outputsserial inputsoutputs a b qa qb qc qd gnd 1 2 3 4 5 6 7vcc qh qg qf qe clear clock 14 13 12 11 10 9

29、 8圖3-13 74ls164 芯片引腳連接圖根據(jù) 74ls164 移位寄存器的特性，設(shè)計(jì)其硬件連接圖如圖 3-14 所示。在圖中，p1.6 與三個(gè) 74ls164（u2，u3，u4）的 clk 端相連，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，p1.7,p1.5,p0.0 分別接 u9，u10，u11 的數(shù)據(jù)端，用于傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。u2 的 qa，qb，qc，qd，qe，qf，qg，qh 端分別接 dso的 a,b,c,d,e,f,g,h 端，用于顯示濕度的十位數(shù)，u3 的 qa，qb，qc，qd，qe，qf，qg，qh 端分別接ds1 的 a,b,c,d,e,f,g,h 端，用于顯示濕度的個(gè)位數(shù)，u4 的 qa，q

30、b，qc，qd，qe，qf，qg，qh 端分別接 ds2 的 a,b,c,d,e,f,g,h 端，用于顯示濕度的小數(shù)位數(shù)。在 led 每個(gè)發(fā)光二極管前加了一個(gè)限流電阻，避免 led 發(fā)光二極管因電流太大而燒壞或壽命減少。 圖 3-14 led 與單片機(jī)的接口電路3.5 報(bào)警模塊當(dāng)濕度過高時(shí)，系統(tǒng)必須報(bào)警提示。因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊，報(bào)警模塊是由單片機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)結(jié)果分析判斷，當(dāng)判斷當(dāng)前濕度超過預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，就會(huì)聲光報(bào)警。在用聲音或燈光報(bào)警時(shí)，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易引起人們的警覺，只有斷續(xù)的聲音或閃爍的燈光才能取得最佳報(bào)警效果。因此本系統(tǒng)采用由四個(gè) cd4011

31、所組成的兩極門振蕩電路，以便用斷續(xù)的聲音和閃爍的燈光進(jìn)行報(bào)警。cd4011 是四 2 輸入與非門，邏輯表達(dá)式為：y = a.b。cd4011的引腳圖如圖3-15所示。管腳功能：1a 為數(shù)據(jù)輸入端；2a 為數(shù)據(jù)輸入端；3a 為數(shù)據(jù)輸入端；4a 為數(shù)據(jù)輸入端；1b 為數(shù)據(jù)輸入端；2b 為數(shù)據(jù)輸入端；3b 為數(shù)據(jù)輸入端；4b 為數(shù)據(jù)輸入端；vdd 為正電源，電壓范圍：0.5v18v；vss 為地；1y 為數(shù)據(jù)輸出端；2y 為數(shù)據(jù)輸出端；3y 為數(shù)據(jù)輸出端；4y 為數(shù)據(jù)輸出端；功耗：雙列普通封裝700mw；小型封裝 500mw。工作溫度范圍：cd4011bm：-55+125；cd4011bc：-40+

32、85。1413121110981234567vdd4b4a4y3y3b3a1a1b1y2y2a2bvss 圖3-15 cd4011引腳圖根據(jù) cd4011 的參數(shù)，設(shè)計(jì)出由門控振蕩器組成的聲光報(bào)警電路如圖 3-16所示。該報(bào)警電路由與非門 cd4011 構(gòu)成兩極門控振蕩器16。其中，u1a 和 u1c組成低頻振蕩器，振蕩頻率 f 1=0.455/(r2c1)1hz ，周期約 1s。r3為下拉電阻，常態(tài)下使 p1.4=0v。僅當(dāng) p1.4 端接高電平信號(hào)時(shí)電路才起振，u1c 的 3 引腳端交替輸出的高、低電平經(jīng)過 q3，使發(fā)光二極管 led 閃爍發(fā)光，閃光周期也是1s。u1b 和 u1d 組成音

33、頻振蕩器， f 11khz。僅當(dāng) u1c 的 3 引腳為高電平時(shí)，第二級(jí)振蕩器才起振，通過三極管 q1，q2 及輸出變壓器 t，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器 bl發(fā)出斷續(xù)的“嘀、嘀、”報(bào)警聲16。 圖 3-16 聲光報(bào)警電路3.6 電機(jī)控制模塊傳送帶上的電機(jī)多數(shù)使用的是三相異步電動(dòng)機(jī)， 三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件。本系統(tǒng)的使用的三相異步電動(dòng)機(jī)是 y 系列，y 系列（1p44）三相異步電動(dòng)機(jī)是全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的全封閉自扇冷式鼠籠型交流異步電動(dòng)機(jī)，具有高效、節(jié)能、性能

34、好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場所，如機(jī)床、水泵、運(yùn)輸機(jī)械、食品機(jī)械、攪拌機(jī)等，這款電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)采用 b 級(jí)絕緣、外殼防護(hù)等級(jí)為 ip44，冷卻防方式為 ico141。該電動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度不超過+40 ，海拔不超過 1000m 時(shí)，定子繞組用電阻法測量溫升不超過85。電動(dòng)機(jī)以連續(xù)工作制（s1）為基準(zhǔn)的連續(xù)定額，額定電壓為 380v，額定電流 28.6a，額定功率 15kw，額定頻率為 50hz。本系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)是通過固態(tài)繼電器進(jìn)行控制的。固態(tài)繼電器基本原理是：控制端輸入的直流電壓使繼電器內(nèi)部的發(fā)光二極管工作，通過光耦合使處于輸出回路中的雙向可控硅組成的開關(guān)電路導(dǎo)通，即完

35、成對輸出端的控制。 輸入回路僅需要對發(fā)光管的控制，所以僅需低電壓，小電流；光耦合保證了輸入、輸出間的隔離；輸出回路中可控硅元件大小的選用，決定了繼電器輸出的工作電壓及電流。直流固態(tài)繼電器的控制電壓范圍通常為 3.67v，其輸入電流典型值為 7ma左右。 固態(tài)繼電器的輸出電壓通常是指加至繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電壓。而瞬態(tài)電壓則是指繼電器輸出端可以承受的最大電壓。在使用中，一定要保證加至繼電器輸出端的最大電壓峰值低于繼電器的瞬態(tài)電壓值。在切換交流感性負(fù)載、單相電機(jī)和三相電機(jī)負(fù)載，或這些負(fù)載電路上電時(shí)，繼電器輸出端可能出現(xiàn)兩倍于電源電壓峰值的電壓。對于此類負(fù)載，選型時(shí)應(yīng)給固態(tài)繼電器的輸出電壓留出一定余量

36、。對于感性負(fù)載和容性負(fù)載，當(dāng)交流固態(tài)繼電器在關(guān)斷時(shí)，有較大的 dv/dt(電壓指數(shù)上升率)加至繼電器輸出端，為此應(yīng)選用 dv/dt 較高的固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器的輸出電流通常是指流經(jīng)繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電流。但是由于感性負(fù)載、容性負(fù)載引起的浪涌電流問題以及電源自身的浪涌電流問題，在選型時(shí)應(yīng)當(dāng)給固態(tài)繼電器的輸出電流留出一定余量。根據(jù)以上參數(shù)，本系統(tǒng)選用sap4830d 型號(hào)的固態(tài)繼電器，其輸入電壓 3-24v，輸入電流 6-25ma，輸出可達(dá) 480v，輸出電流可達(dá) 30a，基本滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)電機(jī)和固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)的電機(jī)控制電路如圖 3-16，當(dāng) p1.0 為高電平時(shí)，三極管 q1 處

37、于導(dǎo)通狀態(tài)，固態(tài)繼電器線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合，三相異步電動(dòng)機(jī)的 u,v,w 相通電，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。當(dāng) p1.0 為低電平時(shí)，三極管 q1 處于截止?fàn)顟B(tài)，固態(tài)繼電器線圈沒有通電，常開觸點(diǎn)斷開，三相異步電動(dòng)機(jī)的 u,v,w 相電斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)17。圖 3-17 電機(jī)控制電路 3.7 pc 機(jī)通信模塊 單片機(jī)由于其 ram 有限，不適合于存儲(chǔ)和處理大量的數(shù)據(jù)，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 pc 機(jī)通信模塊，以便將單片機(jī)的數(shù)據(jù)及時(shí)的上傳給 pc 機(jī)，由 pc 機(jī)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理，分析和保存。單片機(jī)輸入輸出的信號(hào)均為 ttl 電平信號(hào)，單片機(jī)與 pc 機(jī)串行通信的串行發(fā)送和串行接收也是 ttl 電平信號(hào)。ttl

38、電平信號(hào)用+5v 表示邏輯1，0v 表示邏輯0，這是處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。ttl 電平信號(hào)對于處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外 ttl 電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而 ttl 接口的操作恰能滿足這個(gè)要求18?？梢?，單片機(jī)的串行接口與 pc 機(jī)的串口之間的電氣特性并不一樣，如果要使單片機(jī)和 pc 機(jī)成功通信，兩種接口電氣必須能夠相互轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中選用由德州儀器公司（ti）推出的一款兼容 rs23

39、2 標(biāo)準(zhǔn)的芯片 max232 來執(zhí)行此轉(zhuǎn)換功能。該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 tia/eia-232-f電平。該器件符合 tia/eia-232-f 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 tia/eia-232-f 電平轉(zhuǎn)換成 5-v ttl/cmos 電平。每一個(gè)發(fā)送器將 ttl/cmos 電平轉(zhuǎn)換成tia/eia-232-f 電平。max232 的引腳分布如圖 3-18 所示19。max232的主要特點(diǎn)： 單 5v 電源工作 linbicmostm 工藝技術(shù) 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 30v 輸入電平 低電源電流：典型值是 8ma 符合甚至優(yōu)于 ansi 標(biāo)準(zhǔn) eia/tia-

40、232-e 及 itu 推薦標(biāo)準(zhǔn) v. esd 保護(hù)大于 mil-std-883（方 法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 2000v圖 3-18 為串口通信的連接圖，在圖中，max232 的 11 引腳（網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為cputxd）接單片機(jī)的 11 引腳 txd，max232 的 12 引腳（網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為 cpurxd）接單片機(jī)的 10 引腳 rxd，max232 將有單片機(jī)的 11 引腳 txd 輸出的 0 到+5v的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦對應(yīng)的-10v 到+10v 的電壓信號(hào)經(jīng)由 max232 的 14 引腳輸入到電腦，同時(shí)將電腦輸出到 max232 的 13 引腳的-10v 到+10v 的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為 0 到

41、+5v 的電壓信號(hào)再經(jīng) max232 的 12 引腳輸入到單片機(jī)。系統(tǒng)通過一個(gè) db9 連接口與電腦的串口相連。此連接可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的與 pc 機(jī)的串行通信20。 pctxdd connector 91110162738495 圖3-18 串口通信電路4 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 糧食進(jìn)倉濕度自動(dòng)檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求良好的軟件設(shè)計(jì)方案可以減輕軟件設(shè)計(jì)的工作量，可以提高軟件的通用性，擴(kuò)展性和可讀性。本系統(tǒng)涉及到單片機(jī)和 pc 機(jī)兩部分程序設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思路和要求為： 按照系統(tǒng)功能要求，逐級(jí)劃分模塊，以便后續(xù)調(diào)試。 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊

42、的獨(dú)立性，便于軟件編制和復(fù)用。 確定軟件開發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語言，完成模塊化設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過。 將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來形成一個(gè)完善的系統(tǒng)。4.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)程序主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的處理，led 顯示和上傳數(shù)據(jù)到 pc機(jī)。而在具體的單片機(jī)程序開發(fā)中，經(jīng)常用到的是匯編語言和 c 語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號(hào)語言，是最接近機(jī)器碼的一種語言。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少，程序執(zhí)行效率高。但編程難度大，程序代碼可讀性差，且對于不同的 cpu，其匯編語言有點(diǎn)差異，所以不易移植。 c 語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語言。其優(yōu)點(diǎn)是可讀性好，移植容易，應(yīng)用廣泛。因此，單片機(jī)的程序最好

43、選用 c 語言作為程序設(shè)計(jì)語言。4.3 單片機(jī)主程序流程圖單片機(jī)主程序是單片機(jī)程序的入口，需要合理地設(shè)置單片機(jī)的特殊功能寄存器，合理地初始化外圍芯片以實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)采集，需要設(shè)置固定的波特率以實(shí)現(xiàn)與 pc 機(jī)的串口通信。同時(shí)，由于本系統(tǒng)的單片機(jī)處理部分相對簡單，數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)的顯示以及數(shù)據(jù)的串口發(fā)送均在主程序中調(diào)用子程序完成。主程序的流程圖如圖4-1所示：糧食入庫切斷電機(jī)報(bào)警濕度值大于閾值?a/d值處理成濕度值led顯示濕度值濕度值送串口讀a/d值啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換串口，a/d，中斷初始化開始圖 4-1 單片機(jī)主程序流程圖結(jié)束開定時(shí)器1設(shè)置中斷的工作模式設(shè)置串口工作模式開始圖 4-2

44、 單片機(jī)初始化子程序流程圖4.4 單片機(jī)子程序4.4.1 初始化子程序在本系統(tǒng)中，初始化子程序主要是對串口和中斷的初始化，串口初始化流程圖如圖 4-2 所示。其主要通過合理地設(shè)置單片機(jī)串口的特殊功能寄存器，使串口和 pc 機(jī)之間正常通信。其主要通過合理地設(shè)置單片機(jī)中斷的特殊功能寄存器，使單片機(jī)能使用中斷對外圍設(shè)備做出合理而實(shí)時(shí)的處理。nynnyy最小值變送量min讀取的數(shù)據(jù)累加到sum已讀取10個(gè)數(shù)據(jù)sum=sum-max-min返回（sum/8）的值最大值送變量max為最小值?為最大值?讀取a/d 8位轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)圖4-3 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4.4.2 數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集主要是指

45、單片機(jī)采集經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，此值也即是經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的濕度值。數(shù)據(jù)采集子程序其實(shí)就是用軟件讀取 a/d 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，根據(jù)a/d 轉(zhuǎn)換器 adc0809 與 at89c51 的連接圖及轉(zhuǎn)換時(shí)序，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)采集子程序21。4.4.3 數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理主要是將從 a/d 采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的軟件算法處理后，得到與實(shí)際情況最相符的數(shù)據(jù)，即誤差最小。這個(gè)過程其實(shí)就是軟件濾波。數(shù)據(jù)處理是讀取 10 個(gè) a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，剔除最大值和最小值然后求平均值。這個(gè)平均值就是 led 實(shí)時(shí)顯示和上傳給 pc 機(jī)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理的流程圖見圖 4-3 所示。4.4.4 數(shù)據(jù)顯示子程序y結(jié)束已移出8位？

46、移位時(shí)鐘變低等待移位完成移位時(shí)鐘變高（上升沿開始移出數(shù)據(jù)）待顯數(shù)據(jù)左移一位開始待顯數(shù)據(jù)最高位為1？ yn移出數(shù)據(jù)為0移出數(shù)據(jù)置1 圖 4-4 單片機(jī)數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖at89c51 可以直接驅(qū)動(dòng) led，但為了節(jié)約 at89c51 有限的 i/o 資源，顯示數(shù)據(jù)通過串行的方式移出單片機(jī)，經(jīng)過移位寄存器 74ls164 將串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)送至 led 顯示。數(shù)據(jù)顯示子程序主要完成將待顯示的數(shù)據(jù)串行移出單片機(jī)，送至移位寄存器 74ls164。根據(jù)移位寄存器 74ls164 的時(shí)序圖可設(shè)計(jì)其流程如圖 4-4 所示22。系統(tǒng)使用 3 個(gè) 8 段共陰極 led 來顯示數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)范圍為 0.0-

47、99.0。在 led上每顯示一個(gè)數(shù)據(jù)，單片機(jī)需輸出與之對應(yīng)的一個(gè)字節(jié)的顯示代碼。4.4.5 串口通信子程序?yàn)榱四軐⒋罅康膶?shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便于后續(xù)分析處理，僅靠單片機(jī)的存儲(chǔ)器是不夠的。所以，這些數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)?pc 機(jī)這個(gè)資源豐富的平臺(tái)上。考慮數(shù)據(jù)的流量，數(shù)據(jù)的傳輸速率以及設(shè)計(jì)的簡單易行，本系統(tǒng)采用 at89c51 的異步通信串行接口與 pc 機(jī)的串口進(jìn)行通訊。在使用 at89c51 的異步通信串行接口進(jìn)行通訊前，必須對串口進(jìn)行初始化。首先，設(shè)置通信方式為 8 位異步通信，一幀信息由 9 位組成，波特率由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 的溢出速率以及 smo（pcon.7）決定。其計(jì)算公式為23：公式（

48、4-1）本系統(tǒng)中串口通訊速率設(shè)為 2400kbps。單片機(jī)向 pc 機(jī)傳輸數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位的，發(fā)送時(shí)只需將待發(fā)送的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖 sbuf 中，數(shù)據(jù)將從37txd 上逐位輸出一幀信號(hào)。一幀信號(hào)發(fā)送完畢后，硬件置發(fā)送中斷標(biāo)志 ti=1，軟件通過此標(biāo)志可以判斷一幀信號(hào)發(fā)送與否。因?yàn)樗鶞y數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)大于一個(gè)字節(jié)所能表示的最大值 255，所以一個(gè)檢測數(shù)據(jù)需用兩個(gè)字節(jié)來表示，發(fā)送時(shí)需對數(shù)據(jù)先拆解成一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送，接收時(shí)需先接收，然后將兩個(gè)字節(jié)拼湊成一個(gè)數(shù)據(jù)。4.4.6 電機(jī)控制子程序三相異步電動(dòng)機(jī)采用星形連接，電動(dòng)機(jī)的 u，v，w 分別通過固態(tài)繼電器的常開觸點(diǎn)接入三相電，當(dāng)

49、 p1.0 為高電平時(shí)，固態(tài)繼電器的線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合，三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。當(dāng) p1.0 為低電平時(shí)，固態(tài)繼電器的線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開，三相異步電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。在程序中，通過 bool 型變量 state 來反映電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)。4.5 pc 機(jī)程序流程圖pc 機(jī)程序主要實(shí)現(xiàn)接收單片機(jī)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析并將得到的分析結(jié)果反應(yīng)給用戶，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)軟件的圖形界面設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中，pc 機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集，處理，保存。因此，pc 機(jī)程序核心部分是通過串口采集數(shù)據(jù)模塊以及隨后的數(shù)據(jù)處理模塊。同時(shí)，因?yàn)?pc 機(jī)程序是基于 windows 操作系統(tǒng)的，所以需設(shè)計(jì)具有 windows 風(fēng)格的程序界

50、面。pc 機(jī)端程序的基本實(shí)現(xiàn)流程圖如圖 4-5 所示。ny對接收數(shù)據(jù)按用戶要求進(jìn)行顯示對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理接收到數(shù)據(jù)？等待數(shù)據(jù)接收消息初始化串口程序界面設(shè)計(jì)圖 4-5 pc 機(jī)端程序?qū)崿F(xiàn)流程圖軟件界面設(shè)計(jì)具體包括軟件啟動(dòng)界面設(shè)計(jì)，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，按鈕設(shè)計(jì)，面板設(shè)計(jì)，菜單設(shè)計(jì)，標(biāo)簽設(shè)計(jì)，圖標(biāo)設(shè)計(jì)，滾動(dòng)條設(shè)計(jì)及狀態(tài)欄設(shè)計(jì)，安裝進(jìn)度過程設(shè)計(jì)，包裝及商品化。5 結(jié)論與展望5.1 結(jié)論本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，對不同濕度糧食的檢測，來評(píng)價(jià)其測量效果，并通過電動(dòng)機(jī)和報(bào)警裝置的反應(yīng)情況來評(píng)斷其控制的精度。本設(shè)計(jì)將總體方案進(jìn)行了細(xì)化，劃分了各個(gè)功能模塊，便于后續(xù)設(shè)計(jì)。軟件部分單片機(jī)的主程序初始化，子程序的初

51、始化，數(shù)據(jù)采集程序的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理程序的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)顯示程序的實(shí)現(xiàn)，串口通訊和外設(shè)控制程序的實(shí)現(xiàn)等模塊介紹了單片機(jī)程序的模塊化設(shè)計(jì)。從 pc 機(jī)的軟件界面設(shè)計(jì)，串口通訊，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)保存計(jì)，數(shù)據(jù)分析等方面介紹了 pc 機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了糧食濕度信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，led 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，電機(jī)的控制和報(bào)警，數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)上傳 pc 機(jī)儲(chǔ)存和分析處理。5.2 展望本課題主要是針對糧食進(jìn)倉時(shí)的濕度檢測而設(shè)計(jì)的，樣機(jī)也基本滿足了設(shè)計(jì)的基本要求，但是也還存在著需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的地方。影響糧食的濕度的因素復(fù)雜多樣，特別對于糧食進(jìn)倉的檢測，需對進(jìn)一步提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。led 顯示有些簡單，可以進(jìn)一步做成液晶顯示的多界面形式。使用戶的操作和使用更加簡單。隨著糧食對人們越來越重要，糧食進(jìn)倉時(shí)的濕度的客觀評(píng)價(jià)必不可少，同時(shí)隨著電子技術(shù)在各行各業(yè)應(yīng)用的不斷發(fā)展，用電子技術(shù)解決糧食濕度評(píng)價(jià)將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段?？傮w來說，糧食進(jìn)倉時(shí)的濕度檢測控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：單片機(jī)檢測系統(tǒng)與 pc 機(jī)評(píng)價(jià)系統(tǒng)相結(jié)合，改進(jìn)系統(tǒng)檢測精度和準(zhǔn)確度，向著高可靠，低成本，便攜式和智能化的方向發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 曹崇文,汪喜波. 我國糧食干燥的現(xiàn)狀及發(fā)展前景j. 農(nóng)機(jī)科技推廣,2002