基于单片机的粮仓温湿度控制系统设计教材

摘要：本文提出的粮仓温、湿度测控系统采用AT89C51单片机为测控核心,以“一线式”

数字温度传感器DS18B20和电容式湿敏传感器HS1100/HS1101为温、湿度数据采集部件，通过PC机作为人机接口，实现了远程数据采集与测控指令参数的设置。具有界面友好、控制灵活、硬件系统集成度高、电路简单、功能强、性能可靠、成本低等特点。本系统解决了传统温、湿度测试器材及人工去湿、降温的诸多弊端。并可实现多点温、湿度参数的测量与控制。

关键词：AT89C51;DS18B20;HS1100/HS1101;PC机;人机接口

Abstract : The paper develops a temperature and humidity controlling system

for grain depot .The system is based on a chip microprocessor AT89C51,uses one-line type digitaltemperature sensor DS18B20 and the capacitance humidity sensor HS1100/HS1101 to collect humiture data,realizes the collecting of remote data as well as the setting of measuring and controlling order parameter.The system has the following advantages:its interface is friendly,it is controlled easily,its hardware system is integrated highly,the circuitry is simple,its

function is strong,it has good performance,the cost is lower and so on.The system settles many defects of traditional humiture testing equipments as well as manual dewetting and cooling.Meanwhile,the system realizes the measuring and controlling of multiple-point humiture parameters.

Keywords: AT89C51;DS18B20;HS1100/HS1101;PC;

personal digital assistant(PDA)

1.系统功能说明

本设计以粮仓室内外温、湿度测控电路为核心，以上位PC机为系统人机接口，测控电路与上位PC机通过串行通信方式实现数据交互。测控电路通过数据采集装置定时采集粮仓温湿度数据，并根据控制参数做出控制决策，驱动设备运行（自动启动或关闭空调设备或风机系统），并随时准备接受上位PC机的指令，当受到询问时，将粮仓的各项数据编码通过串行通信方式传输到上位PC机。

上位PC机可根据用户要求定时向测控电路查询粮仓温、湿度数值和设备运行状态。并可以对从机进行参数设置（包括：空调起、停参数；风机起、停参数；加湿机起、停参数；温、湿度报警门限等）及控制（强制打开空调风机与加湿机），从机也可以独立工作。

上位PC机通过串口电路接收到数据后，进行数据处理，在监控界面上显示当前的状态信息，并将此信息实时地存储到数据库中，为用户维护和管理准备数据。也可以将一段时期的数据信息汇集成报表，还可以将一段时间的数据绘制成图形、曲线，实现对数据的分析与管理。

2.系统总体设计

2.1.系统硬件结构设计

根据系统功能要求，本硬件系统包括四个功能模块：

1、上位PC机。完成参数设置及控制、数据存储、处理及管理功能。

2、串行通信模块。应用RS-485通信方式完成测控电路与上位PC机的数据交换。

3、测控电路模块。主要由AT89C51组成主控电路，实现数据收集与控制功能，并能在主机关机的情况下独立实现所有的控制功能。

4、数据采集模块。实现温、湿度实时数据采集与数据转换。 系统结构框图如下：

图1：系统结构框图

2.2.通信方案选择

RS-485以远距离、多节点（128个）以及传输线成本低的特性成为工业应用中数据

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传输的首选标准。考虑到本系统传输距离及多粮仓控制的扩展方向等因素，本系统选用RS-485通信方式，RS-485通信的特点如下：

（1）RS-485的逻辑“1”以两线间的电压差为+2～+6 V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-2～-6 V表示，该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接；

（2）RS-485接口的最大传输距离标可达3000米， RS-485接口在总线上是允许连接最多达128个收发器，可以利用单一的RS-485接口建立起单元用户设备网络系统。

本设计采用RS-485总线半双工通信方式。标准RS-485接口的输入阻抗为≥12KΩ，相应的标准驱动节点数为32个。MAX1487芯片的输入阻抗设计成1/4负载（≥48KΩ），相应的节点数可增加到128个。MAX1487是半双工通信芯片，且具有抗静电及抗雷击的功能，因此本设计选用了MAX1487芯片。

3.系统硬件设计

本系统硬件包括：温度检测、湿度检测、A/D转换、单片机及附属电路、控制接口（空调、风机）、键盘及显示、报警电路、通信串口、PC机等部分的设计。系统整体电路框图如图2所示。

图2：系统整体电路框图

3.1.数据采集电路设计

3.1.1.温度采集接口电路 3.1.1.1.DS18B20介绍：

DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20“一线总线器件”体积小、适用电压宽、

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经济。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测控，支持3~5.5V的电压范围。

DS18B20具有如下特点：

（1）独特的单线接口只需1个接口引脚即可通信。

（2）在DS18B20中的每一个器件上都有独一无二的序列号可实现多点测量。 （3）不需要外部元件即可实现测温。 （4）由数据线供电，不需外接电源。

（5）测量范围从-55至+125℃，在-10—+85℃范围内保证0.5℃的精度。 （6）用户可以从9位到12位选择数字温度计的分辨率。 （7）内部有温度上、下限告警设置。

（8）用户可定义的非易失性的温度告警设置

图3：是TO-92封装和SSOP封装的DS18B20的外部结构图。

图3：DS18B20外观

DS18B20引脚功能描述如下：

DQ：数据输入/输出引脚。开漏单总线引脚。当被用在寄生电源下，可向器件供电。 VDD：电源引脚，可选择使用。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 NC：空引脚。

DS18B20内部结构主要由六部分组成：电源电路、64位光刻ROM及1—wire接口、温度传感器、非易失的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器和CRC校验码产生器。

64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码

（CRC=X8+X5+X4+1）。DS18B20高速存储器包含了9个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是配置寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余校验字节。其中，配置寄存器的内容如下：“TM R1 R0 1 1 1 1 1”低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表1所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）

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