粮仓温度检测仪设计(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计(论文)题目: 粮仓温度检测仪设计 院(系): 电气工程学院 专业班级: 电气103 学 号: 学生姓名: 王亚杰 指导教师: (签字)起止时间:2013.06.24-2013.07.12专心-专注-专业课程设计(论文)报告的内容及其文本格式1、课程设计(论文)报告要求用A4纸排版,单面打印,并装订成册2、页边距:上2.5cm,下2.5cm,左3cm,右2.5cm,页眉1.5cm,页脚1.75cm,左侧装订;3、字体:一级标题,小二号字、黑体、居中;二级,黑体小三、居左;三级标题,黑体四号;正文文字,小四号字、宋体;
2、4、行距:20磅行距;5、页码:底部居中,五号、黑体;6、对图题和图中文字要求:图题是5号黑体,在图的下方居中图中文字是5号宋体,参照图2.17、对表题和表中文字要求:表题是5号黑体,在表的上方居中表中文字是5号宋体,参照表2.1课程设计(论文)任务及评语院(系):电气工程学院 教研室: 学 号学生姓名王亚杰专业班级电气103班课程设计(论文)题目粮仓温度检测仪设计课程设计(论文)任务该检测仪为手持式设备,粮仓内预先埋设热敏电阻,温度在-10+50变化时,其电阻值在10k1k之间变化。测温时将设备与热敏电阻对接,检测并显示粮食温度,启动排风设备,当温度超限时及时发出声光报警信号(1只发光二极管
3、和蜂鸣器)。设计任务:1. CPU最小系统设计(包括CPU选择,晶振电路,复位电路)2. 传感器选择及其接口电路设计3. 开关量输出接口电路及显示电路设计4. 程序流程图设计及程序清单编写技术参数:1温度检测范围-10+502工作电源220V设计要求:1、分析系统功能,选择合适的单片机及传感器,温度检测电路设计等;2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图;3、按规定格式,撰写、打印设计说明书一份,其中程序开发要有详细的软件设计说明,详细阐述系统的工作过程,字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天 传感器选择及其接口
4、电路设计第6天开关量输出接口电路及显示电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时: 论文质量: 答辩: 总成绩: 指导教师签字: 年 月 日注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要粮食是人类生存的必需品,温度是保存好粮食的先决条件,储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起到至关重要的作用。大型粮仓有相应的庞大粮情监控系统及布线网络,小型便携式测温仪只能单点测温且功能单一。专门针对农户小型粮仓测温的问题,本文提出一种基于单片机系统的小型粮仓测温仪:可测量1路温度数据、报警功能等。本文在阐述测温背景及单片
5、机系统介绍的基础上,详细介绍了测温仪的硬件设计和软件设计的过程,涉及到了曲线实现的算法。其中,硬件电路设计是以AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器为核心器件,由测温电路、LCD显示电路、时钟电路、报警电路、PC接口电路、键盘电路等设计组成的。软件设计则采用模块化编程方法,使得程序易于调试和维护,并利用KEIL软件进行C语言编程,实现数据处理、LCD显示、键盘扫描、报警等功能,并用PROTEL 99软件画整机电路图。本设计功能实用,结构简单、抗干扰性强、实用性强,具有一定的工程应用价值。关键词:单片机;DS18B20;LCD显示;DS1302;温度检测目 录第1章 绪论1.1 粮仓
6、温度检测仪设计概况粮食储藏是国家为防备战争、灾荒及其它突发性事件而采取的有效措施,特别对于发展中国家来讲,粮食更是基本的物质基础。从理论上说,国家掌握的粮食越多越好,但是从现代经济学的角度看,国家只要能控制住一定数量的可灵活支配、质量良好的粮食,便可达到“备战备荒”、宏观调控的目的,还可以节省资金用于发展经济。而近年来,耕地面积减少、水土流失严重等因素造成提高粮食总产量的空间十分有限;加上人口的增加,粮食尤为重要。其中,由于农户分散存储,农民储量不当,导致储量虫害霉变,造成粮食损失巨大。正确的储粮应严格控制其温度,因为,温度高促进粮食的新陈代谢,产生水酒精等,促进粮食发芽;温度过低,温度偏低,
7、则粮食表面水分增高,粮食的湿度到一定上限则会霉变变质。因此,储粮温度应控制在一定范围内。大型粮仓有相应的既稳定又精确地粮情智能测控管理系统,该系统复杂且昂贵,而对于小型粮仓来说大材小用;小型的便携式测温仪也只能单点测温且功能单一,不适合小型粮仓的测温工作。小型粮仓的测温处于中间态,“高不成低不就”。这便迫使设计出一种实用性强,性价比高且功能多样的智能型小型粮仓测温仪。这样才能更有效的实现精确农业,真正服务于“三农”。因此,该设计具有一定的研究意义和使用价值。1.2 本文研究内容本文提出一种基于单片机系统的小型粮仓测温仪,可测量1路温度数据、报警功能等。系统以AT89C51单片机为主控器,通过扩
8、展A/D接口,键盘输入,数据处理,数据显示以及系统报警等相关设备实现多路数据采集和监测的原理与结构。本文在阐述测温背景及单片机系统介绍的基础上,详细介绍了测温仪的硬件设计和软件设计的过程。其中,硬件电路设计是以AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器为核心器件,由1路测温电路、LCD显示电路、时钟电路、报警电路、PC接口电路、键盘电路等设计组成的。软件设计则采用模块化编程方法,使得程序易于调试和维护,并利用KEIL软件进行C语言编程,实现数据处理、LCD显示、键盘扫描、报警等功能,并用PROTEL99软件画整机电路图。第2章 CPU最小系统设计2.1 粮仓温度检测仪设计总体设计方案测
9、温仪有共同的特点:检测方便、测量点少、功能简单等。若采用一般的模拟温度传感器采集温度信号,则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路,才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到微处理器处理,电路复杂并且精确度不高。而随着元件的发展,我们足以能够实现精简电路、丰富功能的设计思想。针对于小型粮仓测温仪设计,关键在于两部分:温度传感器的选择和主控单元的设计。选择何种传感器,选择何种主控单元,选择何种实现方法,这对整个设计都起到至关重要的作用。图2.1 过程层原理框图表1.1 变电站情况项目名称本期规模变压器2台35kV进线2回10kV出线6回10kV电容器组2台电气主接线35kV外桥接线
10、10kV单母分段接线2.2 CPU的选择根据设计内容,本设计选择AT89C51。硬件的核心选用Atmel公司产生的AT89C51单片机。它是一种低功耗、低电压、高性能的8位微控处理器,具有8K在系统可编程FLASH存储器,采用的工艺是Atmel允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器;P0口控制引脚,P3口为温度监测引脚2.3 数据存储器扩展AT89C51与存储器芯片6116的扩展2.4 复位电路设计时钟电路单片机在开机时都需要复位,以便于中央处理器以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。单片机的复位后时靠外部电路实现的,再时钟电路工作后,只要在单片机的RST引脚时
11、出现24个时钟振荡脉冲以上的高电平,单片机便可以实现初始化状态复位。51单片机的RST引脚是复位信号的输入端。例如AT89C51单片机时钟频率为12MHZ,则复位脉冲宽度至少应该为1us.当AT89C51系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求,复位操作通常有两种基本形式:上电复位和上电或开关复位,上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。图中电容C4和电阻R5对电源+5V来说构成微分电路。上电后,保持RST一段电平时间,由于单片机内的等效电阻作用,不用图中电阻R5也能达到上电复位的操作功能
12、。上电或开关复位要求电源接通后,单片机自动复位,并且再单片机运行时间,用开关操作也能确定使单片机复位。常用的是上电或开关复位电路时上电后,由于C4的充电和反门作用时RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键SW10复位操作使单片机进入初始化状态,其中使程序计数器PC=0000H,这表明程序从0000H地址单元开始执行,单片机冷机启动后,片内RAM为随机值。运行中复位操作不改变片内RAM区中的内容,复位电路采用按钮电平复位电路如图2.5 时钟电路设计时钟电路是用来产生AT89C51单片机工作时所必须的时钟信号,AT89C51本身就是一个复杂的同步时序电路,为保证工作方式的实现
13、,AT89C51在唯一的时钟信号的控制下严格的按时执行指令进行工作,时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式:内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2,他们跨接在晶体振荡器的用于微调的电容,便构成了一个自激励振荡器。电路中的C1,C2的选择在30PF左右,但电容太小会影响振荡的频率,稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ12MHZ之间,频率越高单片机的速度就越快,但对存储器要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容,采用晶振频率为12
14、MHZ.本次系统的时钟电路设计如图2.6 CPU最小系统图根据上述4节图,形成完整的CPU最小系统图第3章 硬件电路设计3.1 传感器的选择在多点测温系统中,传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换,而为了获得较高的测温精度,就必须采用措施解决由长线传输,多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,此元件线形较好。在0100时,最大线形偏差小于1。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输,由数字温度计DS1
15、820和微控制器AT89C51构成的温度装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与微处理器连接。这样,测温电路的结构简单,体积小,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多路测量,轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度,可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快。而且,集成块的使用,有效地避免外界的干扰,提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将必成为电路发展的一种趋势。3.2 单片机系统 AT89C51是一种带4K字节FLASH(FPEROM)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称。单片机的可擦除
16、只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 3.2.1 AT89C51的主要特性 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能COMS8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元;全静态工作,0Hz24MHz;32可编程I/O线;两个16位定时器/计数器;5个中断源;可编程串行通
17、断;低功耗的闲置和掉电模式;片内振荡器和时钟电路;片内振荡器和时钟电路。功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。3.2.2 模拟量检测接口电路图画出有传感器、CPU、AD转换器等电路连接图,即完整的模拟量检测硬件电路。3.3 XXX输出接口电路设计AT89C51的引脚功能论文中对图题和图中文字要求:图题是5号黑体,在图的下方居中图中文字是5号宋体论文中对表题和表中文字要求:表题是5号黑体,在表的上方居中表中文字是5号宋体3.4 人机对话接口电路设计该部分主要是设计键盘和显示器,根据设计具体情况设计合理的键盘和显示。第4章 软件设计4.1 软件实现
18、功能综述整个系统的功能是通过硬件电路和相应软件配合来实现的,硬件电路的设计包含着软件的设计思路,而软件的设计支持着硬件发挥应有的功能。因此,软件对整个系统来说是至关重要的,是整个系统的核心,整个系统的执行操作都是在软件的协调指挥下进行的。从软件功能来分类:一是监控软件(主程序),它是整个控制系统的核心,专门来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件(子程序),它是用来完成各种实质性的功能,如测量、计算、显示、通讯等。本设计中的软件设计采用模块化的设计思路,根据程序要完成的功能将整个程序划分为若干个模块,每一个执行软件也就是一个小的功能模块,既便于调试、连接,又便于移植、修改。整个系统的程序软
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