粮仓管理系统的设计

粮仓管理系统的设计内容摘要：

MEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点： 40 个引脚 ， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 单片机最小系统电路图如图 43 所示 图 43 单片机最小系统电路图 AT89S51 单片机 无线收发模块 DHT11 温湿度检测 8 4． 2 温度湿度传感器电路的设计 温度湿度传感器 电路 主要通过 DHT11 传感器检测， DHT11 是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 每个 DHT11 传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。 校准系数以程序的形式存在 OTP 内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。 单线制串行接口，使系统集成变得简易快 捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。 产品为 4 针单排引脚封装，连接方便。 DHT11 的电路图如图 44 所示 图 44 DHT11的电路图 4． 3 无线收发模块 ,工作于 GHz～ GHz ISM频段。 内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块 ,并融合了增强型 ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序 进行配置。 工作原理：发射数据时，首先将 nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据 TX_PLD按照时序由 SPI口写入 nRF24L01缓存区， TX_PLD必须在 CSN为低时连续写入，而 TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后 CE置为高电平并保持至少 10μ s，延迟130μ s后发射数据。 若自动应答开启，那么 nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址 TX_ADDR一致）。 如果收到应答，则认为此次通信成功， TX_DS置高，同时 TX_PLD从 TX FIFO中清除。 若未收到应答，则自动重新发射该数据 (自动重发已开启 )，若重发次数 (ARC)达到上限， MAX_RT置高， TX FIFO中数据保留以便在次重发。 MAX_RT或 TX_DS置高时，使 IRQ变低，产生中断，通知 MCU。 最后发射成功时 ,若 CE为低则 nRF24L01进入空闲模式 1。 若发送堆栈中有数据且 CE为高，则进入下一次发射。 若发送堆栈中无数据且 CE为高，则进入空闲模式 2。 接收数据时 ,首先将 nRF24L01配置为接收模式，接着延迟 130μ s进入接收状态等待数 据的到来。 当接收方检测到有 效的地址和 CRC时，就将数据包存储在 RX FIFO中，同时中断标志位 RX_DR置高， IRQ变低，产生中断，通知 MCU去取数据。 若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。 最后接收成功时，若 CE变低，则 nRF24L01进入空闲模式 1。 9 nRF24L01单端射频输出原理图如图 45所示 图 45nRF24L01 单端射频输出原理图 4． 4 时钟电路的设计 时钟电路采用了 DS1302芯片， DS1302 是美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日 、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ～。 采用三线接口与 CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的 时钟信号 或 RAM数据。 DS1302内部有一个 318的用于临时性存放数据的 RAM寄存器。 DS1302是 DS1202的升级产品，与 DS1202兼容，但增加了主电源 /后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 时钟芯片的电路图如图 46所示 图 46时钟芯片的电路图 4． 5 主机与 PC 机的传输设计 主机与 PC 机的通信采用 MAX232 芯片， 该产 品是由德州仪器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。 由于电脑串口 rs232 电平是 10v +10v，而一般的单片机应用系统 10 的信号电压是 ttl 电平 0 +5v,max232 就是用来进行电平转换的 ,该器件包含 2 驱动器、 2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA232F 电平。 该器件符合 TIA/EIA232F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA232F 电平转换成 5V TTL/CMOS 电平。 每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA232F 电平。 主要特点 ： （ 1） 单 5V 电 源工作 ； （ 2） LinBiCMOSTM 工艺技术 ； （ 3） 两个驱动器及两个接收器 ； （ 4） 177。 30V 输入电平 ； （ 5） 低电源电流：典型值是 8mA； （ 6） 符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA232E 及 ITU 推荐标准 ； （ 7） ESD 保护大于 MILSTD883（方 法 3015）标准的 2020V。 MAX232 的电路图如图 47 所示 图 47 MAX232的电路图 4． 6 液晶电路的设计 液晶显示电路采用了 12864液晶模块， 液晶模块的软件特性主要由 ST7920 控制驱动器决定。 ST7920 同时作为控制器和驱动器，它可提供 33 路 输出和 64 路 seg输出。 在驱动器ST7921 的配合下，最多可以驱动 256 32 点阵液晶。 ST7920 系列产品硬件特性如下： （ 1） 提供 8 位， 4 位并行接口及串行接口可选； （ 2） 并行接口适配 M6800 时序； （ 3） 自动电源启动复位功能； （ 4） 内部自建振荡源； （ 5） 64 16 位字符显示 RAM（ DDRAM 最多 16 字符 4 行， LCD 显示范围 16 2 行）； 11 （ 6） 2M 位中文字型 ROM（ CGROM），总共提供 8192 个中文字型（ 16 16 点阵）； （ 7） 16K 位半宽字型 ROM(HCGROM)，总共提供 126 个西文字型（ 16 8 点阵）； （ 8） 64 16 位字符产生 RAM（ CGRAM）； （ 9） 15 16 位总共 240 点的 ICON RAM（ ICONRAM）。 ST7920 系列产品软件特性如下： （ 1） 文字与图形混合显示功能； （ 2） 画面清除功能； （ 3） 光标归位功能； （ 4） 显示开 /关功能； （ 5） 光标显示 /隐藏功能； （ 6） 显示字体闪烁功能； （ 7） 光标移位功能功能 （ 8） 显示移位功能； （ 9） 垂直画面旋转功能； （ 10） 反白显示功能； （ 11） 休眠模式。 利用液晶的显示功能，我们可以将检测到的温湿度和时间在液晶上显示，并通过按键来对系统进行设 置。 12864的电路图如图 48所示 图 4812864的电路图 4． 7 储存电路的设计 本电路主要采用了 AT24C02， AT24C02是一个 2K位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256个 8位字节， CATALYST公司的先进 CMOS技术实质上减少了器件的功耗。 AT24C02有一个16字节页写缓冲器。 该器件通过 IC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。 我 12 们将检测到得温湿度 写入到 AT24C02中，当需要时候又可以从中读取出来。 AT24C02的电路图如图 49所示 图 49AT24C02的电路图 5．软件部分的设计 软件部分设计包括：串口与 PC 机通信的设计，温湿度程序设计，液晶显示程序设计，无线收发程序设计等 „„ 主机系统流程图如 图 51 所示 ： 图 51 主机系统 程序流程图 检测单片机系统如图 52 所示： 开始 初始化 主机单片机控制 时钟 液晶显示 无线接收数据 串口通信 超过设定值 除湿、降温 语音报警 13 图 52 检测单片机系统 6．系统的调试 调试工具：万用表、信号发生器、示波器、 KEIL 编译软件、 STC 下载软件、 VC++ 编译软件等。 6． 1 硬件的调试 首先按照电路图，画出 PCB，然后制板。 在焊元器件前要用万用表检查电路的各线路有没有短路与断路的，做完这些工作之后再焊接元器件。 在焊元器件的时候要注意虚焊与元件之间不要短接，焊好之后用万用表检测元器件间是否通路。 确定无误之后上电，看看指示灯是否正常，然后测量各个脚的电压，最后再插入芯片。 硬件的实物图 如下图 61 主机硬件图： 图 61 主机硬件图 检测单片机电路图 62 如下： 开始 初始化 单片机控制 温湿度检测 数据发送 14 图 62 检测单片机电路图 6． 2 软件的调试 软件调试分为三部分： （ 1）主机的调试：主要有几个子程序，时钟的调试、液晶的显示、无线收发的接收、按键的设置、自动降温除湿的设置、串口通信等； （ 2）检测单片机的调试： DHT11 传感器获取温湿度的调试、无线收发的数据发送调试； （ 3） PC 机界面的调试：界面的设计、数据的显示。 15 结论及尚存在的问题 本设计 主要采用单片机技术、自动检测技术对粮仓管理系统进行应用设计，所设计的系统 完滿完成了设计的要求，实现了设计的各项功能，具体包括： （ 1）能检测到各仓库的温度与湿度，并在液晶上显示； （ 2）能利用按键设置临界值，当超过之后会自动报警并提示是那个房间那种值超标，然后自动采取相应的措施来除湿与降温保持仓库的良好环境； （ 3）能通过无线发收模块将检测到的值传到电脑上，可以通过界面来监控粮仓的情况； （ 4）能利用按键来查阅某段时间的温湿度，更好了解仓库温湿度的变化情况； （ 5）通过时钟芯片， 能设置时间与显示； 通过多次的检测、测试，证明 粮仓管理系统的设计 比较稳定，各个功能都能按照我们的设想进行工作，有比较好的智能化与自动化，能利用一台主机对多台分机进行监测， 粮仓管理系统 的应用，大大缓解了粮食仓储的压力，它能及时、准确、快速地反映粮堆温度、湿度的变化情况，既省时又省力。 本设计系统如果能利用 WIFI 来进行通信，则效果会更加好，数据传输更加稳定，但由于时间与技术有限，无法完成这样的设计，待以后有机会的再继续努力改进。 16 参考文献 [1] 周航慈 .单片机 应用程序设计 [M].北京航空航天大学出版社， 1991 [2] 何希才、虹敏 .传感器应用接口电路 [M].机械工业出版社 ,1997 [3] 刘笃仁、韩保君 .传感器原理及应用技术 [M].机械工业出版社， [4] 康华光 .电子技术基础 .高等教育出版社 [M], [5] ＜美＞ M 考夫曼、 AH 塞德 .电子计算手册 [M].国防工业出版社， 1985 [6] 李建民 .单片机在温度控制系统中的应用 [J].江汉大学学报 , [7] 潘其光 .常用测温仪表技术问答 [M].国防工业出版社 ,1989 [8] 陈后金 ,胡健 ,薛健 .信号与系统 [M].清华大学出版社， [9] 凌肇元 .集成电路应用实例锦集 [J].人民邮电出版， 2020 [10] 胡汉才主编，单片机原理及其接口技术 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