粮仓温度实时监测系统研究

2019-07-30 版权声明 举报文章

摘 要:粮食在仓储过程中,容易霉烂、变质,粮仓温度实时监测系统是针对大型粮库中粮食贮存的需要而设计的。文章的粮仓温度测控系统是由89C51单片机构成的对传感器进行采样的控制系统,实时显示温度系统对温度的控制合理、有效,在任何时候把粮仓的现场信息实时地传达到控制室,实现自动化、智能化。

关键词:温度;单片机;传感器

引言

在国内,原来的粮库对粮食检测主要采取对各粮库粮食进行取样、记录、分析、汇总数据等办法,通过人工来进行,不仅工作量大、效率低下、而且可靠性和实时性差。现在测量粮食的各种参数己逐步被电子检测设备所取代。小的储粮设备一般采用小型测温、测湿度仪器检测粮温和湿度以及通风,目前我国大中型储粮设备己开始配备微机测温测湿和检系统。

1 系统设计简介

1.1 设计方案论证

该系统由模拟开关构成的开关电路板置于仓上,远处仓上的温度信号需要跨仓传输。各种粮仓上信号线传递温度信号,控制线选择温度点及其电源线连在一起,构成一个庞大的树状网络。在通常情况下,这种温度方式可以正常工作,但是在储粮仓多、各仓相距远,特别是在电磁干扰较强的地方,该系统难以正常工作。为了克服由于储粮仓系统庞大对于测量温度精度和系统可靠性的影响,我们设计了单片机作为前沿机械进行温度数据采集,用单片机与微机通信的方法送回温度数据,构成特别适用于大型粮仓中应用的分布式微机测量温度系统,并且能够利用温度传感器送回的温度数据进行粮位检测。

1.2 系统框图

图1 粮仓温度监测系统框图

2 系统的硬件设计

2.1 单片机

为了设计此系统,我们采用了89C51机作为控制芯片。它可以提供一个8位CPU ,4 KB的闪烁存储器Flash ROM,256字节RAM ,4个8位并行I/0端口、2个16位定时器/计数器、1个可编程全双工串行口、5个中断源、片内振荡电路和时钟电路,64KB总线扩展控制器。89C51制作工艺为HMOS,采用40管脚双列直插DIP封装。

2.2 温度传感器

对于粮仓所存储的粮食来说,其所储粮食的品质与温度密切相关。因而对于粮仓的温度检测很早就开始应用了。最开始是采用玻璃温度计,随着电子测控技术的发展,使用对温度敏感的元器件,如热敏电阻来进行测量。由单线多点温度传感器(如DS1820)构成的单线多点温度测量系统,虽然引线很少,但传输距离(不超过20米)。AD 590是一种电压输入、电流输出型集成温敏传感器,测温范围为-55℃―+150℃,输出电流与绝对温度成正比,因而不必考虑多路模拟开关引入的附加电阻造成的误差。该系统选用若干个集成温度传感器AD590接成矩阵形式,构成多点测温系统。

2.3 多路模拟开关

常用的模拟开关有机电式和电子式两类。机电式开关具有良好的通、断性能,信号畸变小,但切换过渡时间较长。电子式开关切换时间很短,但通、断性能不够理想。切换模拟信号时,开关的非理想特性将引入误差,并产生延时。CC4051是单八路模拟开关。它是由电平位移电路、带禁止端INH的8选1译码器和由该译码器对各个输出分别加以控制的8个CMOS双向模拟开关组成。

AD590矩阵的行、列分别与两个CC4051相连,通过三位行、列选择数字码(由单片微机89C51产生)就可使矩阵被测点中的任何一个传感器接入测控电路。

2.4 模拟小信号放大电路

被测物理量经传感器转换得到的电信号的幅度往往很小,无法进行A/D转换,因此,需对这些模拟电信号进行放大处理。一般都采用集成运放。

该系统选用斩波稳零集成运放ICL7650构成高增益、低漂移放大器,用于放大AD590的输出信号。ICL7650内部有一个震荡为200Hz的振荡器,在这个震荡器的控制下运放分节拍工作。每个振荡周期分两个节拍,第一个拍将输入失调采集并存于一个点容器中,第二节拍采样和放大信号,并将此刻的失调相抵消,所以运放总的失调和温度极小,性能极为优越和稳定。

2.5 A/D转换器

从放大器输出的信号经过A/D转换器,转换成数字信号,才能进入89C51单片机测控系统。目前,国内外双积分A/D转换器集成电路芯片很多,大部分是用于数字测量仪器上。文章选择常用的3.5位双积分A/D转换器MC14433,其精度高,抗干扰性能好。

2.6 键盘显示接口

在单片机应用系统中,同时需要使用键盘与显示器接口时,为了节省I/0口线,常常把键盘和显示电路做在一起,构成实用的键盘、显示电路。文章采用8155并行扩展口构成键盘、显示电路。

为了较少键盘与单片机接口时所占用的I/0线的数目,在键数较多时,通常都将键盘排列成行列矩阵形式。4个LED显示器采用共阴极方式,段选码由8155口提供,位控信号由PA口提供。键盘的列扫描输出也由PA口提供,查询行输入由PCO~PC1提供。LED采用动态显示软件译码,键盘采用逐列扫描查询工作方式。

3 系统的软件设计

系统的各部分程序主要包括程序、A/D转换程序、键盘扫描程序、打印程序、显示程序等。(见图2)

4 结束语

由于系统采用了全数字化的温度、湿度传感器,直接输出的是表示温度和湿度的数字信号,不存在由模拟量到数字量转换的中间环节,所以该系统具有稳定可靠、测量精度高、一致性好、无需任何调整、信号线长短不会影响其性能等优点。实现粮食仓储过程中的温度控制。

参考文献

[1]李朝青.单片机原理及接口技术网[M].北京:北京航天航空人学出版社,2005:38-47.

[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计(第1版)[M].北京:,北京航空航天技术出版社,2002.

[3]童诗白.模拟电子电路技术基础(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2001.

[4]张毅刚.单片机原理及利用(第1版)[M].北京:高等教育出版社,2004.

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